Deep crustal structure of the North-West African margin
Structure profonde de la marge Nord-Ouest Africaine
Résumé
The Central Atlantic is bordered to the north by the Pico and Gloria fracture zones and by the 15°20'N and Guinea fracture zones to the south. It is one of the oldest oceans on Earth. The study of the deep structure of its two conjugate passive margins, the North-East American and Northwest African margins is essential for the understanding of the formation and evolution of the passive continental margins as well as the formation of their associated sedimentary basins.
Understanding these mechanisms of major importance because passive continental margins represent an economic and scientific challenge, in effect, understands the terms of their formation and evolution contributes significantly to the reconstruction of the tectonic history of our planet and to the exploration of the energy and mineral resources. From the point of view of oil exploration, the study of conjugate passive margins has proved to be a powerful way to evaluate basins that they contain and to define analog prospects leading to major discoveries.
The NE American margin represents one of the best studied margins in the world, it was the subject of several scientific programs (LASE, EDGE 801, USGS 32 etc...). In comparison, the conjugate NW African margin remains fairly unknown, only two deep seismic cruises were acquired: the SISMAR cruise (2001) offshore the Meseta and the DAKHLA cruise (2002) offshore the Sahara.
The MIRROR cruise was undertaken in 2011 offshore Safi. The data which are analyzed and interpreted in this work fill a gap of seismic acquisition along the Moroccan margin. The deep structure of the Canadian margin is known due to the SMART wide-angle seismic profiles 1, 2 and 3. The initial reconstitution of Africa/Meseta/North America system at the end of the Sinemurian (Sahabi et al., 2004) shows that the location of the SISMAR wide-angle profiles is conjugate to the Grand Banks of Newfoundland margin, while the SMART-1 profile represents a conjugate to the Abda basin in Morocco. The first objective of the MIRROR project was to acquire combined wide-angle and deep reflection seismic data offshore Safi, a segment conjugate to the SMART-1 profile segment. The comparison between the homologous segments of these two margins aimed to better understand the opening mechanism of the Central Atlantic Ocean.
The main results of modeling of combined wide-angle and reflection seismic data of the MIRROR profiles are:
-three sedimentary layers with a maximum thickness of 6 km were modeled with velocities ranging between 1.8 km/s for the upper unit and 4.9 km / s for lower unit. The sedimentary strata are perturbed by salt diapirs;
-unthinned continental crust at the African continent is of 36 km thickness and composed of three layers and modeled with velocities ranging between 6.25 km/s and 7.0 km/s;
-the continental crust thins over a distance of 130 km to the west up to a thickness of 8 km. Several tilted fault blocks have been identified along the continental slope;
- oceanic crust is located west of the WACMA magnetic anomaly. This domain is divided into two parts called OC-1 and OC-2. OC-1 domain consists of two layers, modeled with high seismic velocities in the lower crust (7.0 - 7.4 m / s). It is interpreted as an atypical or proto oceanic crust. The OC-2 domain, with a thickness of 8 km, is divided into two layers with velocities ranging between 5.4 km / s and 7.25 km/s. These velocities, slightly higher than those expected for "normal" oceanic crust, are probably related to the existence of small pockets of serpentinite in the lower crust.
A comparison between Sismar, Dakhla and Mirror models shows that the continental crust is thicker in the north and thins toward the south. The width of the transition zone is narrower south and Sismar profiles are located on a sedimentary basin placed on a very thinned continental crust.
Comparing the Mirror profile with that of the Canadian conjugate margin (Smart 1) shows that the thickness, the structure of the continental crust and the thinning is very similar. However, zones of exhumed and serpentinized mantle were imaged along the Canadian profile that have no conjugate on the African margin. Moreover, the thickness of the oceanic crust is variable with 8 km on the African side and only 3-4 km on the Canadian margin. Several hypotheses have been proposed to explain this difference (a) an age difference between the two types of crust (b) thickening associated with the passage of the Canary hotspot (c) an asymmetric accretion or (d) an accretion at slow to ultra-slow speading centers.
L’Atlantique Central (ATLC) est bordé au Nord par les zones de fracture Pico et Gloria et au Sud par les zones de fracture 15°20'N et Guinée au Sud. Il représente un des océans les plus anciens du globe. L’étude de la structure profonde de ses deux marges passives conjuguées NO-africaine et NE- américaine est essentielle pour la compréhension des mécanismes de la formation et de l’évolution des marges continentales passives ainsi que les bassins sédimentaires associés.
La compréhension de ces mécanismes représente un sujet d’actualité, car les marges continentales passives constituent à la fois un enjeu scientifique et économique de premier ordre. En effet, la connaissance des modalités de leur genèse contribue énormément à la reconstitution de l’histoire naturelle de notre planète et à la prospection des vastes ressources énergétiques et minières qu’elles recèlent. De point de vue prospection pétrolière, l'analyse des marges conjuguées s’est récemment avérée être un puissant moyen d'évaluation des bassins qu’elles renferment et de définition de prospects analogiques ayant abouti à des découvertes majeures.
De point de vue structure profonde, la marge NE américaine est une des marges les mieux étudiées au monde, elle a fait l’objet de plusieurs programmes scientifiques (LASE, EDGE 801, USGS 32 etc..). En comparaison, la marge africaine reste peu étudiée car deux campagnes océanographiques uniquement y ont été menées : la campagne Sismar (2001) au large de la Meseta et la campagne Dakhla (2002) au large du Sahara.
La campagne océanographique MIRROR réalisée en 2011au large de Safi, dont les données sont analysées et interprétées dans ce travail, vient combler le manque d’acquisition sur la marge marocaine. La structure profonde de la marge homologue canadienne est connue grâce aux profils de sismique grand-angle SMART-1, 2 et 3. La reconstitution initiale du système Afrique / Meseta / Amérique du Nord à la fin du Sinémurien (Sahabi et al., 2004), montre que le profil grand-angle SISMAR se retrouve en regard de la marge du Grand Banc de Terre Neuve, alors que le profil SMART-1 se retrouve en face du bassin de Abda au Maroc. Le premier objectif de programme MIRROR était d’acquérir des profils combinant sismique grand-angle et sismique réflexion au large de Safi, c’est-à-dire sur un profil homologue au profil SMART-1. La comparaison des coupes des segments homologues de ces deux marges aura comme but final de mieux comprendre le mode d’ouverture de l'océan Atlantique Central.
Les modèles de vitesse de sismique grand-angle des sept profils de la campagne Mirror, montrent que:
-trois couches sédimentaires avec une épaisseur maximale de 6 km dans lesquelles les vitesses sismiques varient verticalement entre 1.8 km/s pour la couche la plus superficielle et 4.9 km/s pour la couche la plus profonde. La stratification sédimentaire est perturbée par la présence de nombreux diapirs de sel.
-la croûte continentale non amincie est modélisée par trois couches d’une épaisseur combinée de 36 km dont les vitesses sismiques varient entre 6.25 km/s et 7.0 km/s.
-sur une longueur de 130 km, la croûte continentale s’amincit vers l’Ouest jusqu’à une épaisseur de 8 km. Des blocs y ont été identifiés le long de la pente continentale.
-le domaine océanique est situé à l’Ouest de l’anomalie magnétique WACMA. Ce domaine est divisé en deux parties appelées OC-1 et OC-2. Le domaine OC-1 est constitué de deux couches dont les vitesses sismiques sont élevées dans la croûte inférieure (7.0 - 7.4 km/s). Il est interprété comme une croûte océanique atypique. Le domaine OC-2, d’une épaisseur de 8 km, est divisé en deux couches pour lesquelles les vitesses sont comprises entre 5.4 km/s et 7.25 km/s. Ces vitesses, légèrement plus élevées que celles attendues pour une croûte océanique dite « normale », sont probablement dues à la présence de quelques poches de serpentine à la base de la croûte inférieure.
Une comparaison entre les modèles Sismar, Mirror et Dakhla, montre que la croûte continentale est plus épaisse au nord et s'amincit vers le sud. La largeur de la zone de transition est plus étroite au sud et les profils Sismar sont localisés sur un bassin sédimentaire posé sur une croûte continentale très amincie.
La comparaison du profil Mirror avec celui de la marge canadienne homologue (Smart 1), montre que l'épaisseur, la structure de la croûte continentale et la zone d'amincissement est très semblable. Par contre, il existe une zone de manteau exhumé et serpentinisé sur le profil canadien qui n'a pas d’homologue sur la marge africaine. De plus, l'épaisseur de la croûte océanique est différente avec 8 km sur la côte africaine et seulement 3-4 km sur la marge canadienne. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer cette différence (a) une différence d’âge entre les deux croûtes (b) un épaississement lié au passage du point chaud des Canaries (c) une accrétion asymétrique ou (d) une accrétion le long d’une dorsale lente à ultra-lente.