Constraints for the convergence zones: Confrontation of the metamorphism data with thermomechanical numerical modeling - Application to the Alps and Oman.
Des contraintes pour les zones de convergence: Confrontation des données du métamorphisme et des modélisations numériques thermomécaniques - Application aux Alpes et à l'Oman.
Résumé
What are the mechanisms controlling the exhumation of HP(UHP)-LT metamorphic rocks in the different types of convergence zones? What are the conditions required to obtain this exhumation? Are these mechanisms different according to the nature of the rocks involved? These questions have already been the subject of numerous studies but are still not completely resolved.
Numerical models constitute the ideal tool for such studies. It permits to carry out parametric studies whose results can be tested against natural data. The comparison of synthetic P-T-t paths, obtained from the experiments conducted using the thermomechanical numerical code PARA(O)VOZ, with natural ones inferred from Alpine metamorphism allowed to study the processes of exhumation during convergence in the context of both oceanic and continental subduction. The particular case of obduction was addressed in the case of Oman, for which additional high-resolution P-T estimates were specifically realized.
The numerical experimental part of this study clarifies the influence of parameters such as the convergence rate, the erosion rate, or the nature of the lithospheres involved and the density of sediments, on the exhumation processes. It demonstrates good correlations between the results of the numerical experiments and the field observations (topography, morphology, P-T-t shape, exhumation rates).
This study reveals the importance of the buoyancy forces responsible for the initially fast exhumation stages, both in the accretionary wedge and within the entire subduction channel and intraplate contact zone. It also confirms that erosion and surface tectonic processes control the exhumation rates at the slower, final stages. Finally, this study allows to characterize more precisely the exhumation mechanisms of oceanic crust which, once eclogitized, can be exhumed only with the help of less dense materials such as serpentinite or continental crust.
Finally, an assessment of exhumation paths and mechanisms for sedimentary, oceanic and continental material in convergence zones is proposed.
Numerical models constitute the ideal tool for such studies. It permits to carry out parametric studies whose results can be tested against natural data. The comparison of synthetic P-T-t paths, obtained from the experiments conducted using the thermomechanical numerical code PARA(O)VOZ, with natural ones inferred from Alpine metamorphism allowed to study the processes of exhumation during convergence in the context of both oceanic and continental subduction. The particular case of obduction was addressed in the case of Oman, for which additional high-resolution P-T estimates were specifically realized.
The numerical experimental part of this study clarifies the influence of parameters such as the convergence rate, the erosion rate, or the nature of the lithospheres involved and the density of sediments, on the exhumation processes. It demonstrates good correlations between the results of the numerical experiments and the field observations (topography, morphology, P-T-t shape, exhumation rates).
This study reveals the importance of the buoyancy forces responsible for the initially fast exhumation stages, both in the accretionary wedge and within the entire subduction channel and intraplate contact zone. It also confirms that erosion and surface tectonic processes control the exhumation rates at the slower, final stages. Finally, this study allows to characterize more precisely the exhumation mechanisms of oceanic crust which, once eclogitized, can be exhumed only with the help of less dense materials such as serpentinite or continental crust.
Finally, an assessment of exhumation paths and mechanisms for sedimentary, oceanic and continental material in convergence zones is proposed.
Quels sont les mécanismes qui contrôlent l'exhumation des roches métamorphiques de HP(UHP)-BT au niveau des différents types de zones de convergence? Quels sont les conditions indispensables à l'obtention de l'exhumation ? Ces mécanismes sont-ils différents selon la nature des roches impliquées ? Ces questions ont déjà fait l'objet de nombreuses études mais ne sont toujours pas complètement résolues.
Les modèles numériques constituent l'outil idéal pour une telle étude, permettant de réaliser des études paramétriques dont les résultats peuvent être évalués avec les données naturelles. L'étude des résultats P-T-t synthétiques obtenus à partir des pointeurs intégrés au code numérique thermomécanique PARA(O)VOZ, comparés aux données naturelles du métamorphisme pour les Alpes nous a ainsi permis d'étudier les processus d'exhumation lors de la convergence, à la fois en contexte de subduction océanique et continentale. Le cas particulier de l'obduction a été traité dans le cas de l'Oman, pour lequel des estimations P-T complémentaires de haute-résolution ont été spécifiquement réalisées.
Ce travail, par la réalisation de modélisations paramétriques, met en lumière l'influence de paramètres tels que la vitesse de convergence, le taux d'érosion ou encore la nature des lithosphères impliquées et la densité des sédiments sur les processus d'exhumation. Il montre que de bonnes corrélations existent entre les résultats des expériences numériques et les observations de terrain (topographie, morphologie, chemins P-T-t, vitesses d'exhumation).
S'agissant des mécanismes d'exhumation, envisagés en fonction du contexte de convergence et du type de matériel mis en jeu, cette étude révèle l'importance des forces de volumes responsables des premiers stades rapides d'exhumation, tant au niveau du prisme d'accrétion qu'à l'échelle lithosphérique pour la croûte continentale. Elle confirme, en outre, que les processus d'érosion et de tectonique de surface contrôlent l'exhumation des stades finaux, plus lents. Enfin, elle permet de caractériser plus précisément les problèmes du mécanisme d'exhumation de la croûte océanique qui, une fois éclogitisée, ne peut être exhumée qu'avec l'aide de matériaux moins denses comme la serpentinite ou la croûte continentale.
Un bilan de l'exhumation du matériel sédimentaire, océanique et continental au niveau des zones de convergence est finalement proposé.
Les modèles numériques constituent l'outil idéal pour une telle étude, permettant de réaliser des études paramétriques dont les résultats peuvent être évalués avec les données naturelles. L'étude des résultats P-T-t synthétiques obtenus à partir des pointeurs intégrés au code numérique thermomécanique PARA(O)VOZ, comparés aux données naturelles du métamorphisme pour les Alpes nous a ainsi permis d'étudier les processus d'exhumation lors de la convergence, à la fois en contexte de subduction océanique et continentale. Le cas particulier de l'obduction a été traité dans le cas de l'Oman, pour lequel des estimations P-T complémentaires de haute-résolution ont été spécifiquement réalisées.
Ce travail, par la réalisation de modélisations paramétriques, met en lumière l'influence de paramètres tels que la vitesse de convergence, le taux d'érosion ou encore la nature des lithosphères impliquées et la densité des sédiments sur les processus d'exhumation. Il montre que de bonnes corrélations existent entre les résultats des expériences numériques et les observations de terrain (topographie, morphologie, chemins P-T-t, vitesses d'exhumation).
S'agissant des mécanismes d'exhumation, envisagés en fonction du contexte de convergence et du type de matériel mis en jeu, cette étude révèle l'importance des forces de volumes responsables des premiers stades rapides d'exhumation, tant au niveau du prisme d'accrétion qu'à l'échelle lithosphérique pour la croûte continentale. Elle confirme, en outre, que les processus d'érosion et de tectonique de surface contrôlent l'exhumation des stades finaux, plus lents. Enfin, elle permet de caractériser plus précisément les problèmes du mécanisme d'exhumation de la croûte océanique qui, une fois éclogitisée, ne peut être exhumée qu'avec l'aide de matériaux moins denses comme la serpentinite ou la croûte continentale.
Un bilan de l'exhumation du matériel sédimentaire, océanique et continental au niveau des zones de convergence est finalement proposé.
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