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La chaîne iranienne du Zagros

Le massif du Dena dans le Zagros. @ Alireza Javaheri / Panoramio / CC BY-SA 3.0.

Le Zagros est une chaîne de montagnes de 1 600 km de long s’étendant sur l’Iran, du nord-ouest vers le sud-est. Son point culminant, le Zard Kuh, atteint 4 548 mètres d’altitude. Il doit son nom, signifiant « Montagne Jaune », aux calcaires du Crétacé dont il est constitué. Le massif du Dena s’élève jusqu’à 4 409 mètres d’altitude et comporte une quarantaine de pics dépassant les 4 000 mètres. L’altitude moyenne est du Zagros est de 1 200 mètres. Le climat étant semi-aride, l’érosion est actuellement limitée, si bien que les structures géologiques se dégradent peu.

Les couches de calcaire du Zard Kuh. @ Naser Ramezani, 2015.

Ces montagnes sont récentes. Elles résultent de la collision entre le bloc Arabe et le bloc Iran il y a un peu plus de 66 millions d’années, le premier étant détaché de l’Afrique et le second faisait partie de l’Eurasie. Ainsi, le Zagros est un segment de la ceinture orogénique alpine. Entre l’Afrique et l’Eurasie, se trouvait l’océan Néothétys, dont la fermeture a entraîné la collision de ces deux continents. Du côté européen, c’est un autre micro-continent détaché de l’Afrique, ou plutôt du Gondwana, qui s’est aggloméré à l’Europe : le Grand Adria. À la différence des Alpes, cette chaîne est à peu près rectiligne. La collision n’est pas exactement frontale. La ligne de suture se comporte comme une faille décrochante, c’est-à-dire que les blocs Arabe et Iran glissent l’un contre l’autre. Ce mouvement est dextre : un objet posé à cheval sur les deux blocs, au-dessus de la faille, se mettrait à tourner dans le sens des aiguilles d’une montre. Il est toujours en cours et se mesure au GPS. La convergence est de 0,3 centimètre par an et le glissement est de 0,65 centimètre par an.

La structure du Zagros

Carte géologique du Zagros par Mehdi Alavi, 2005. Les champs de pétrole et de gaz sont indiqués respectivement en vert et en rouge.

L’essentiel du Zagros se trouve sur le bloc Arabe (ou plaque arabique). Depuis la fin du Précambrien, il y a plus de 541 millions d’années, des sédiments se sont accumulés sur un socle cristallin, composé de roches magmatiques et métamorphiques. Leur épaisseur est de plusieurs kilomètres. Ils contiennent des hydrocarbures qui ont fait la richesse de l’Arabie saoudite. Ce pays est séparé de l’Iran par le golfe Persique, mais ce n’est qu’une mer peu profonde. Les Iraniens du sud-ouest vivent sur la plaque arabique et la ceinture de plis et de chevauchement du Zagros (Zagros fold-and-thrust belt, ZFTB en anglais) comporte grosso modo les mêmes sédiments qu’en Arabie saoudite. On y a donc mené d’intenses campagnes de prospection qui ont permis de découvrir des champs de gaz et de pétrole, ainsi que d’avoir une bonne connaissance de la structure du Zagros.

Cette structure est comparable à celle des autres chaînes de collision, comme la chaîne hercynienne ou les Alpes. Le plancher de la Néotéthys était en subduction sous l’Eurasie. Quand l’océan s’est fermé, le long de la ligne de suture, la croûte continentale eurasienne a embouti celle de l’Arabie, qui a été plissée et brisée par son raccourcissement, certains morceaux chevauchant d’autres. C’est pourquoi on parle de ceinture de plis et de chevauchements, le terme « ceinture » désignant en géologie toute structure qui paraît allongée sur une carte. Elle comporte des écailles tectoniques, qui sont par définition des fragments peu déplacés les uns par rapport aux autres. Le front de déformation du Zagros (Zagros deformation front, ZDF) est la ligne à partir de laquelle le raccourcissement de la croûte continentale commence. Elle se présente comme une faille chevauchante : des unités géologiques du nord-est sont poussées sur celles du sud-ouest.

Anticlinaux en « dos de baleine » photographiés d’une navette spatiale vers le sud-sud-ouest, en septembre 1992. Le golfe Persique apparaît en haut à droite et le lac salé Bakhtegan en bas à gauche. NASA, domaine public.

Les différences entre le Zagros et les autres chaînes de collision sont dues à la structure de la croûte continentale arabique, avec ses épaisses couches de sédiments. La ZFTB, d’une largeur moyenne de 300 km, se caractérise par ses anticlinaux en « dos de baleine », signalés sur la carte géologique. Les couches y présentent une courbure convexe, qui correspond au relief grâce à la faiblesse de l’érosion. On y distingue plusieurs zones notées KR (Karkuk recess), LS (Lorestan salient), DR (Dezful recess) et FS (Fars salient), la première située en Irak. La ZFTB atteint sa largeur maximale dans l’arc du Fars. Cela s’explique par la présence de bassins salifères précambriens (dits d’Hormuz), à la base des sédiments, qui ont amplifié la propagation de la déformation. Dans toutes les chaînes de montagnes, ces couches de sels font toujours office de niveaux de décollement : ce sont des « couches savon » sur lesquelles les couches supérieures glissent. Elles deviennent aussi des diapirs. Elles montent à travers ces dernières, parce qu’elles sont moins denses, et forment des dômes. Le Kuh-e-Namak, l’un de ces diapirs dans la province côtière de Bouchehr, au sud-ouest de celle du Fars, est l’une des plus belles curiosités naturelles de l’Iran. Au total, il existe 120 diapirs, qui continuent à monter grâce au jeu de failles toujours actives. Il y a des tremblements de terre dans la région.

Le Kuh-e -Namak.

La zone imbriquée du Zagros (Zagros imbricate zone, ZIZ) est le cœur de cette chaîne de montagnes. Elle comprend des chevauchements qui ont commencé durant le Crétacé supérieur et qui ont transporté des unités géologiques du nord-est vers le sud-ouest. Ces failles chevauchantes sont indiquées sur la carte géologique. Les unités transportées sont des sédiments du Paléozoïque, du Mésozoïque et du Cénozoïque (auquel cas ce sont des écailles de sédiments), ainsi que des roches magmatiques et des complexes ophiolites. Ces derniers sont des restes de plaque océanique. Les unités de plus en plus anciennes, celles du Paléozoïque, se trouvent au nord-est. En allant vers le sud-ouest, on rencontre les unités du Mésozoïque puis du Cénozoïque, jusqu’à l’Oligocène (de 34 à 23 Ma). Le raccourcissement de cette zone a été très importante : elle a perdu plus de la moitié de sa largeur.

La ZIZ est délimitée au nord-est par la zone de suture ZS, indiquée en bleu. Au-delà, sur la plaque eurasiatique, une bande de 50 à 80 km de largeur comprend des roches magmatiques intrusives et effusives : l’assemblage magmatique d’Uremiah-Dokhtar UDMA. Elle est coupée par des failles décrochantes dextres. Il y a 4 kilomètres d’épaisseur de roches calco-alcalines (dont les feldspaths sont intermédiaires entre un pôle alcalin et un pôle calcique) et alcalines hautement potassiques : des andésites, des dacites, des andésibasaltes, des trachyandésites et des rhyolites. Elles ont subi des intrusions de diorite (version plutonique de l’andésite) et de divers granitoïdes associées à des dépôts de roches pyroclastiques, dont des ignimbrites. Des éruptions volcaniques très violentes se sont produites. L’activité magmatique a commencé durant le Crétacé inférieur et a atteint son apogée durant l’Éocène (de 56 à 34 Ma). Elle était due à la subduction de l’océan Néotéthys sous l’Eurasie, qui alimentait un arc volcanique situé sur la marge de l’Eurasie. C’est ainsi que fonctionnent les volcans indonésiens et de la ceinture de feu du Pacifique. Les roches calco-alcalines sont caractéristiques des zones de subduction.

Histoire du Zagros

Mehdi Alavi, Ibid.

Ces figures montrent l’orogenèse depuis l’Aptien, il y a environ 115 millions d’années. Il s’agit d’un étage du Crétacé inférieur. Ce qui a été appelé ici « plaque eurasiatique » comprenait en fait une partie de la Néotéthys qui s’était amarrée à l’Eurasie. Cette plaque océanique s’était donc séparée en deux parties et l’une était en subduction sous l’autre. L’arc volcanique de l’UDMA s’est ainsi édifié sur la partie eurasiatique de la Néotéthys. Plus au nord, une ligne de suture est notée PTC-CCS (Paleo-Tethyan continent-continent collisional suture). C’est le long de cette ligne que s’est fermé un océan plus ancien, la Paléotéthys, issu de la séparation du Gondwana, contenant l’Afrique, et de la Laurasie, contenant l’Amérique du Nord et l’Eurasie. Ils étaient réunis au sein de la Pangée. Un terrane, c’est-à-dire une « lanière » du Gondwana, s’est détaché et a dérivé vers le nord tandis que la Paléotéthys se fermait au nord et que la Néotéthys s’ouvrait au sud. On l’appelle le terrane cimmérien. Il est venu s’accoler à l’Eurasie, où il constitue une partie du territoire de l’Iran.

Mehdi Alavi, Ibid.

Durant le Campanien, il y a 80 millions d’années, la partie en subduction de la Néotéthys a presque disparu sous l’Eurasie. Cependant, des morceaux de cette plaque océanique ont été poussés sur la plaque afro-arabique. Ils sont représentés par des hachures rouges. Ce phénomène est appelé une obduction. Un grand ophiolite peut être observé au sud-est de l’Arabie saoudite, dans le sultanat d’Oman, dont il constitue le point culminant. Devant ces ophiolites, sous leur poids, des bassins d’avant-pays se sont développés par flexion de la lithosphère. Ils sont notés ZFB (Zagros protoforeland basin) et OFB (Oman foreland basin). Des sédiments silico-clastiques, produits par l’érosion de ces ophiolites, se sont déposés dedans.

Pendant le Maastrichtien supérieur, le dernier étage du Crétacé, la plaque afro-arabique est entrée en collision avec l’UDMA. Cet arc volcanique a été détruit mais son activité plutonique a été renouvelée et intensifiée. En présence de la croûte continentale, les magmas sont devenus plus potassiques. Dans les profondeurs la zone imbriquée du Zagros, créée par la collision, les roches ont été métamorphisées et ont subi une fusion partielle, donnant des granites de type S. On les appelle ainsi parce qu’ils proviennent de la fusion de roches sédimentaires. L’érosion de la chaîne, qui a commencé dès le début de sa surrection, a entraîné le dépôts d’abondants sédiments silico-clastiques.

Les géologues s’efforcent de déterminer la structure profonde de la chaîne et son évolution. D’après Matteo Molinaro, du Département des Sciences de la Terre et de l’Environnement de l’université de Cergy-Pontoise, la limite entre la lithosphère et l’asthénosphère se trouve à 100 km sous la surface, contre 200 km sous le golfe Persique. La lithosphère est composée de la croûte continentale ou océanique et de la partie rigide et cassante du manteau supérieur. C’est elle qui constitue les plaques dites tectoniques. À la base de la lithosphère, la température des roches du manteau (les péridotites) atteint les 1 400 °C, si bien qu’elles deviennent ductiles. L’épaisseur moyenne de la croûte continentale est de 35 km, ce qui est le cas en Arabie saoudite. Elle est de 55 km sous la zone imbriquée du Zagros.

La figure c) montre une coupe géologique de l’arc du Fars, du port de Bandar Abbas sur le détroit d’Hormuz, jusqu’au chevauchement principal du Zagros (main Zagros thrust MZT). Celui-ci délimite les zones externes de la chaîne, dont la ZFTB, des zones internes. Cette coupe a été effectuée à proximité de la ligne notée OL (Oman Line) sur la carte géologique, qui délimite la chaîne au sud-est. Les figures b) et a) nous font remonter dans le temps, jusqu’au Miocène moyen, il y a environ 14 millions d’années. Elles montrent la propagation vers le sud de la déformation de la couverture sédimentaire. On parle d’une tectonique de couverture (thin-skin tectonic). Les couches sédimentaires sont décollées du socle cristallin et plissées. Durant le Quaternaire, le socle est faillé et écaillé jusqu’à une vingtaine de kilomètres de profondeur, si bien que la tectonique devient plus épaisse (thick-skin tectonic). Le jeu des failles de socle découpe la couverture en écailles.

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Mehdi Alavi, Structures of the Zagros fold-thrust belt in Iran, American Journal of Science, Vol. 307, November, 2007, P. 1064–1095.

M. Molinaro et al., The structure and kinematics of the southeastern Zagros foldthrust belt, Iran: From thin-skinned to thick-skinned tectonics, Tectonics, Vol. 24, 2005.

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