The Ayabacas Formation (Turonian-Coniacian boundary, southern Peru): submarine collapse ensued from the initiation of the Andean orogeny
La Formation Ayabacas (limite Turonien-Coniacien, Sud-Pérou) : collapse sous-marin en réponse à l'amorce de l'orogenèse andine
Résumé
The Ayabacas Formation, which crops out irregularly in the Andes of southern Peru, is a resedimented unit displaying spectacular deformation. It results from the submarine collapse, near the Turonian-Coniacian boundary (~90 Ma), of the carbonate platform that had developed during two transgressions, in the early to late Albian (~108.5 - ~102 Ma) and from the late Cenomanian to late Turonian (~95 - ~90 Ma). The collapse extended over more than 80 000 km2 and its deposits, which are locally lacking in the head, reached > 500 m in thickness in the toe. More than 10 000 km3 of sedimentary materials were displaced during a single event (at the scale of geological time). Its dimensions are comparable to those of recent giant slides and the Ayabacas collapse appears as the most extensive fossil submarine mass-wasting body currently known.
Deposits are organised from NE (head) to SW (toe) into six zones, on the basis of deformational facies and in relation with two important structural systems that were reactivated at the time of collapse. A seventh zone corresponds to the northeastern ‘stable' platform. In zones 1 to 3, deposits consist in a megabreccia, with elements of 10s to 100s of metres (limestone rafts and sheets, plastically folded, and less commonly rigid blocks deriving from Cretaceous or Paleozoic units) ‘floating' in a calcareous-siliciclastic mix of small clasts and red mudstones to siltstones. These materials were partly liquified and easily deformable and thus prone to ductile deformation: they acted as a sliding sole that greatly facilitated the downslope displacement of the larger elements. These zones are also characterised by deformation and brecciation at whichever scale. Zones 4 to 6, at the toe of the collapse, are exclusively calcareous and display stacked limestone masses that increase in size, due to the westward disappearance of the ductile sliding sole.
When compared with recent or fossil giant slides, the Ayabacas Formation appears as an atypical collapse because it occurred along an apparently stable backarc margin. The collapse occurred just prior to the rapid continentalization of the backarc basin of Peru, which have long been interpreted to mark the beginning of the Andean orogeny, and was one of the consequences of the significant changes that affected the Pacific mantle convection cell between ~91 and 70 Ma. Along the Peru margin, the conditions of subduction were abruptly modified starting ~91-89 Ma: decrease in slab subduction angle increased plate coupling and slab velocity, which dragged down and flexured the backarc lithosphere. This flexuration normal-faulted the backarc substratum, which triggered the giant collapse of its sedimentary cover.
Deposits are organised from NE (head) to SW (toe) into six zones, on the basis of deformational facies and in relation with two important structural systems that were reactivated at the time of collapse. A seventh zone corresponds to the northeastern ‘stable' platform. In zones 1 to 3, deposits consist in a megabreccia, with elements of 10s to 100s of metres (limestone rafts and sheets, plastically folded, and less commonly rigid blocks deriving from Cretaceous or Paleozoic units) ‘floating' in a calcareous-siliciclastic mix of small clasts and red mudstones to siltstones. These materials were partly liquified and easily deformable and thus prone to ductile deformation: they acted as a sliding sole that greatly facilitated the downslope displacement of the larger elements. These zones are also characterised by deformation and brecciation at whichever scale. Zones 4 to 6, at the toe of the collapse, are exclusively calcareous and display stacked limestone masses that increase in size, due to the westward disappearance of the ductile sliding sole.
When compared with recent or fossil giant slides, the Ayabacas Formation appears as an atypical collapse because it occurred along an apparently stable backarc margin. The collapse occurred just prior to the rapid continentalization of the backarc basin of Peru, which have long been interpreted to mark the beginning of the Andean orogeny, and was one of the consequences of the significant changes that affected the Pacific mantle convection cell between ~91 and 70 Ma. Along the Peru margin, the conditions of subduction were abruptly modified starting ~91-89 Ma: decrease in slab subduction angle increased plate coupling and slab velocity, which dragged down and flexured the backarc lithosphere. This flexuration normal-faulted the backarc substratum, which triggered the giant collapse of its sedimentary cover.
La Formation Ayabacas est une unité resédimentée, affectée de déformations spectaculaires, qui affleure irrégulièrement dans les Andes du sud du Pérou. Elle résulte du collapse sous-marin, aux alentours de la limite Turonien-Coniacien (~91-89 Ma), de la quasi-totalité de la plate-forme carbonatée qui s'était mise en place au cours de deux transgressions, entre l'Albien inférieur et l'Albien supérieur (~108,5 - ~102 Ma) pour la première, et entre le Cénomanien supérieur et le Turonien supérieur (~95 - ~90 Ma) pour la seconde. Le collapse a affecté une surface d'au moins 80 000 km2 et les dépôts, parfois absents à l'amont, atteignent plus de 500 m d'épaisseur à l'aval. Il a été déplacé, au cours d'un événement unique à l'échelle des temps géologiques, un volume de matériaux estimé à > 10 000 km3. Ces dimensions, de l'ordre de celles des glissements sous-marins géants récents, font du collapse Ayabacas le plus grand glissement sous-marin fossile actuellement connu.
Le collapse s'organise du NE au SW en six zones basées sur les faciès de déformation, en relation avec deux importants systèmes structuraux d'échelle lithosphérique (une septième zone, à l'extrême NE, correspondant aux dépôts non déstabilisés). Dans les parties amont du collapse (zones 1 à 3, au NE), les dépôts forment une méga-brèche, avec des éléments de taille décamétrique à kilométrique (principalement des nappes et des radeaux calcaires, souvent plissés plastiquement ; plus rarement des blocs rigides dérivés de formations crétacées et paléozoïques) flottant dans un mélange de petits clastes carbonatés ou siliciclastiques et de matériaux pélitiques rougeâtres. Ce mélange de matériaux enclins à se liquifier et à se déformer plastiquement a servi de semelle de glissement aux plus gros éléments. Ces zones se caractérisent également par des déformations et des faciès bréchiques quelle que soit l'échelle d'observation. Les parties aval, au SW, sont exclusivement carbonatées, avec un empilement de masses calcaires de tailles croissantes, une disparition de la semelle de glissement très ductile et une organisation croissante des dépôts marquant un amortissement du collapse.
Le collapse Ayabacas, qui s'est produit sur une marge qui paraissait a priori stable, est atypique comparé aux autres glissements actuels ou fossiles. Intervenant immédiatement avant la rapide continentalisation du bassin d'arrière-arc sud-péruvien, et donc l'émergence des Andes, le collapse est une des conséquences de changements géodynamiques à l'échelle de la cellule de convection mantellique du Pacifique, qui ont notamment entraîné une brusque modification des conditions de subduction dans le sud du Pérou. Ce bouleversement a provoqué une flexure de la lithosphère de l'arrière-arc et un découpage du substratum ante-Ayabacas en blocs basculés par des failles normales, créant des pentes favorables au collapse de la plate-forme.
Le collapse s'organise du NE au SW en six zones basées sur les faciès de déformation, en relation avec deux importants systèmes structuraux d'échelle lithosphérique (une septième zone, à l'extrême NE, correspondant aux dépôts non déstabilisés). Dans les parties amont du collapse (zones 1 à 3, au NE), les dépôts forment une méga-brèche, avec des éléments de taille décamétrique à kilométrique (principalement des nappes et des radeaux calcaires, souvent plissés plastiquement ; plus rarement des blocs rigides dérivés de formations crétacées et paléozoïques) flottant dans un mélange de petits clastes carbonatés ou siliciclastiques et de matériaux pélitiques rougeâtres. Ce mélange de matériaux enclins à se liquifier et à se déformer plastiquement a servi de semelle de glissement aux plus gros éléments. Ces zones se caractérisent également par des déformations et des faciès bréchiques quelle que soit l'échelle d'observation. Les parties aval, au SW, sont exclusivement carbonatées, avec un empilement de masses calcaires de tailles croissantes, une disparition de la semelle de glissement très ductile et une organisation croissante des dépôts marquant un amortissement du collapse.
Le collapse Ayabacas, qui s'est produit sur une marge qui paraissait a priori stable, est atypique comparé aux autres glissements actuels ou fossiles. Intervenant immédiatement avant la rapide continentalisation du bassin d'arrière-arc sud-péruvien, et donc l'émergence des Andes, le collapse est une des conséquences de changements géodynamiques à l'échelle de la cellule de convection mantellique du Pacifique, qui ont notamment entraîné une brusque modification des conditions de subduction dans le sud du Pérou. Ce bouleversement a provoqué une flexure de la lithosphère de l'arrière-arc et un découpage du substratum ante-Ayabacas en blocs basculés par des failles normales, créant des pentes favorables au collapse de la plate-forme.