Geodynamic evolution of the New Caledonia Western Offshore domain and its extensions towards New Zealand
Evolution géodynamique du domaine Ouestoffshore de la Nouvelle-Calédonie et de ses extensions vers la Nouvelle Zélande
Résumé
The geodynamical history of the Southwest Pacific is controlled since the Mesozoic by the evolution of peri-Pacific subduction zones which successively occurred along the Eastern Gondwana margin. The retreat of the trench by slab roll-back resulted in the continental fragmentation which gave birth to aborted rifts and back-arc basins associated to remnant volcanic arcs. In this geodynamical context, the basins which reached a stage of seafloor spreading, have recorded the inversions of the earth's magnetic field and present typical oceanic crust morphologies. These characteristics allow identifying the age and nature of the crust of these basins with a relatively high degree of confidence. In the SW Pacific, this is the case for most basins formed after 45 Ma. By contrast, the New Caledonia and Fairway basins, which are narrower and present thick sedimentary covers have a less known and more controversial origin. Even though these basins are morphologically and structurally noteworthy at a regional scale, they are not included in the present day schemes of regional geodynamical reconstructions. The present work, based on a new regional geological synthesis and on interpretaion of new high quality multichannel seismic reflection and refraction data from the ZoNéCo-11, Noucaplac-2 and TL-1 surveys, combined with the recent drill hole data off the Taranaki margin in New Zealand, proposes an updated chronostratigraphy of the Fairway and New Caledonia basins and their associated ridges. This interpretation combined with a new compilation of regional gravity and magnetic data has led to distinguish 3 main phases of the evolution of the basins : Phase 1: Mid Cretaceous formation of the Fairway-Aotea Basin in a continental intra- or back- arc position of a subduction system. The formation of this relatively shallow basin reflects the onset of continental breakup of the Eastern Gondwana margin during Cenomanian which was most probably caused by a dynamic change of the subduction. The « verticalization » of the slab could be attributed to : (i) a gravitational process related to the weight of the slab making it sink into the asthenosphere, leading to a hinge rollback, (ii) a backward asthenospheric flow pushing the slab and making it retreat and (iii) the kinematics of the plates involved in the subduction process being able to modify the dip of the slab and being able to create weakness zones in the overriding plate. A tectonic escape mechanism, in relation with the locking of the subduction zone by the jamming of the Hikurangi Plateau, could also be responsible of the trench retreat leading to backarc extension. Phase 2 : Latest late Eocene local deformation of the Northern New Caledonia Basin (strictly off New Caledonia main island), synchronously with the New Caledonian obduction. This asymmetrical deformation which lasted less than a few million years and had a vertical amplitude of about 10 km, is characterized by the uplift of the Fairway Ridge and the subsidence of the Eastern margin of the basin along New Caledonia's western coast. We suggest that as the oceanic crust of the South Loyalty Basin was being obducted onto the Norfolk Ridge at 37 Ma, the New Caledonia Basin subsided under the effect of the overloading and underthrusted to accommodate the compressional deformation as a foreland flexural basin. Phase 3 : Regional Eocene Oligocene subsidence of the system « Lord Howe Rise, Fairway-Aotea Basin, Fairway Ridge, New Caledonia Basin, Norfolk Ridge » linking New Caledonia to New Zealand. The morphostructural style of this deformation leads us to suggest that detachment of the lower crust is the cause of subsidence. We therefore propose a model in which the New Caledonia and Fairway-Aotea basins, initially shallow during Cretaceous (phase 1), would have greatly subsided during Eocene-Oligocene as the renewal of the Australia-Pacific convergent plate boundary took place. This renewal of convergence at 45 Ma would have driven the lithosphere of the basin and ridge system to thicken, leading to a root instability and to its detachment in the mantle. These new interpretations, and more specifically the mid Cretaceous age of the oldest sediments of the Fairway and Aotea basins, have regional petroleum implications, which are discussed in the present PhD.
L'histoire géodynamique du Sud-Ouest Pacifique est contrôlée depuis le Mésozoïque par l'évolution des zones de subduction péri-Pacifique qui ont successivement bordé la marge Est du Gondwana. Le recul de la fosse de subduction par effondrement du panneau plongeant dans le manteau est probablement le moteur de la fragmentation continentale qui a donné naissance à des rifts avortés et des bassins arrière-arcs associés à des arcs volcaniques rémanents. Dans ce contexte géodynamique, les bassins ayant atteint un stade d'océanisation avancé ont enregistré les inversions du champ magnétique terrestre et développé des morphologies typiques de la croûte océanique. Ces caractéristiques ont permis d'identifier l'âge et la nature de la croûte de ces bassins avec un degré de confiance élevé. C'est le cas de la plupart des bassins du Sud-Ouest Pacifique formés après 45 Ma. A l'inverse, les bassins de Nouvelle-Calédonie et de Fairway, plus étroits et recouverts d'épaisses séries sédimentaires ont une origine mal renseignée qui est longtemps restée controversée. Bien que morphologiquement et structuralement remarquables à l'échelle régionale, ces bassins n'interviennent pas dans les schémas actuels de reconstruction géodynamique régionaux. L'objet du présent travail de thèse est d'approfondir la connaissance de la structure et de l'histoire de ces bassins afin d'affiner le puzzle géodynamique du Sud-Ouest Pacifique. Une synthèse géologique régionale, accompagnée d'une carte structurale (planche hors texte A0), permet de replacer ces bassins dans le contexte géologique de l'évolution post-jurassique de la marge Est-Australienne. Les nouvelles données sismiques d'imagerie profonde des campagnes ZoNéCo-11, Noucaplac-2 et TL-1, couplées aux données récentes de forages sur la marge de Taranaki en Nouvelle-Zélande, constituent une base solide de données nouvelles autorisant une interprétation chronostratigraphique rénovée des bassins de Fairway et de Nouvelle-Calédonie ainsi que des rides qui leur sont associées. Ces interprétations complétées par une nouvelle compilation des données gravimétriques et magnétiques régionales permettent de dégager trois étapes dans l'évolution géodynamique de ces bassins : Etape 1 : Formation du Bassin de Fairway - Aotea au Crétacé moyen, en position intra- ou arrière-arc continental, dans un contexte de subduction. La formation de ce bassin, relativement peu profond, reflète les prémices de la déchirure continentale de la marge Est-Gondwanienne au Cénomanien, dont la cause est à rechercher dans un changement de la dynamique de la subduction. Une « verticalisation » de la plaque plongeante aurait entraîné de l'extension dans la plaque chevauchante. L'augmentation du pendage du slab pourrait être attribuée à : (i) un processus gravitaire lié au poids du slab, l'amenant à couler dans l'asthénosphère, engendrant alors un « hinge rollback », (ii) un flux asthénosphérique rétrograde, exerçant une pression horizontale sur le slab le faisant ainsi reculer, et (iii) la cinématique des plaques lithosphériques impliquées dans la subduction pouvant jouer un rôle sur le pendage du slab et pouvant créer des zones de faiblesse dans la plaque chevauchante menant à de l'extension arrière-arc. Un phénomène de « tectonic escape », lié à un blocage de la zone de subduction par le plateau d'Hikurangi à 105 Ma, pourrait aussi être la cause du recul de la subduction menant à de l'extension arrière-arc. Etape 2 : Déformation locale affectant la partie Nord du Bassin de Nouvelle-Calédonie (au large de la Grande Terre, strictement) à l'Eocène terminal, synchrone de l'obduction ophiolotique néo-calédonienne. Cette déformation asymétrique, d'une durée de quelques millions d'années et d'amplitude verticale de l'ordre de 10 km, est marquée par la surrection de la ride de Fairway et la subsidence de la marge Est du bassin, le long de la côte Ouest de la Nouvelle-Calédonie. Le Bassin de Nouvelle-Calédonie aurait subsidé sous l'effet de la surcharge engendrée par le charriage de la croûte océanique du Bassin de Sud-Loyauté sur la ride de Norfolk à 37 Ma et aurait réagi comme un bassin flexural d'avant-pays suivant un processus de sous-charriage (underthrusting), au fur et à mesure que la nappe progressait sur le bâti Calédonien. Etape 3 : Subsidence Eocène-Oligocène d'envergure régionale, affectant l'ensemble « Ride de Lord Howe, Bassin de Fairway – Aotea, Ride de Fairway, Bassin de Nouvelle-Calédonie, Ride de Norfolk », de la Nouvelle-Zélande à la Nouvelle-Calédonie. Les traits morphostructuraux associés à cette subsidence suggèrent que l'ablation d'une partie de la croûte inférieure du système est responsable de cette subsidence. Nous émettons ainsi une nouvelle hypothèse selon laquelle les bassins de Nouvelle-Calédonie et de Fairway-Aotea, initialement peu profonds pendant le Crétacé (phase de rifting Crétacé, étape 1), auraient subi une subsidence de grande ampleur à l'Eocène – Oligocène lors de la réactivation de la convergence Australie – Pacifique. La reprise de la convergence vers ~45 Ma aurait entraîné un épaississement crustal de l'ensemble de rides et bassins aboutissant à une instabilité gravitaire de sa racine, provoquant ainsi son détachement et son effondrement dans le manteau. Ces nouvelles interprétations, et en particulier l'âge Crétacé moyen des sédiments les plus anciens des bassins de Fairway et Aotea, ont des implications pour le potentiel pétrolier de la région.
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