The geometry of the North Anatolian transform fault in the Sea of Marmara and its temporal evolution: implications for the development of intracontinental transform faults
Résumé
The North Anatolian Fault is a 1200 km long strike-slip fault system connecting the East Anatolian convergent area with the Hellenic subduction zone and, as such, represents an intracontinental transform fault. It began forming some 13-11 Ma ago within a keirogen, called the North Anatolian Shear Zone, which becomes wider from east to west. Its width is maximum at the latitude of the Sea of Marmara, where it is 100 km. The Marmara Basin is unique in containing part of an active strike-slip fault system in a submarine environment in which there has been active sedimentation in a Paratethyan context where stratigraphic resolution is higher than elsewhere in the Mediterranean. It is also surrounded by a long-civilised rim where historical records reach well into the second half of the first millennium BCE (before common era). In this study, we have used 210 multichannel seismic reflexion profiles, adding up to 6210 km profile length and high-resolution bathymetry and chirp profiles reported in the literature to map all the faults that are younger than the Oligocene. Within these faults, we have distinguished those that cut the surface and those that do not. Among the ones that do not cut the surface, we have further created a timetable of fault generation based on seismic sequence recognition. The results are surprising in that faults of all orientations contain subsets that are active and others that are inactive. This suggests that as the shear zone evolves, faults of all orientations become activated and deactivated in a manner that now seems almost haphazard, but a tendency is noticed to confine the overall movement to a zone that becomes narrower with time since the inception of the shear zone, i.e., the whole keirogen, at its full width. In basins, basin margins move outward with time, whereas highs maintain their faults free of sediment cover, making their dating difficult, but small perched basins on top of them in places make relative dating possible. In addition, these basins permit comparison of geological history of the highs with those of the neighbouring basins. The two westerly deeps within the Sea of Marmara seem inherited structures from the earlier Rhodope-Pontide fragment/Sakarya continent collision, but were much accentuated by the rise of the intervening highs during the shear evolution. When it is assumed that below 10 km depth the faults that now constitute the Marmara fault family might have widths approaching 4 km, the resulting picture resembles a large version of an amphibolite-grade shear zone fabric, an inference in agreement with the scale-independent structure of shear zones. We think that the North Anatolian Fault at depth has such a fabric not only on a meso, but also on a macro scale. Detection of such broad, vertical shear zones in Precambrian terrains may be one way to get a handle on relative plate motion directions during those remote times.
La faille nord-anatolienne est constituée d’un système de failles décrochantes d’une longueur de 1200 km qui relie le secteur convergent anatolien à la zone de subduction hellénique elle représente ainsi, une faille transformante intracontinentale. Elle a commencé à se former il y a environ 13 à 11 Ma dans une ceinture déformée dominée par des déplacements de décrochement (« keirogène »), nommé la zone de cisaillement nord-anatolienne; elle s’élargit d’est en ouest. Elle atteint sa largeur maximale de 100 km à la latitude de la mer de Marmara. Le bassin de Marmara est unique en ce qu’il contient une partie d’un système actif de failles de décrochement dans un environnement sous-marin où il y a eu de la sédimentation active dans un contexte de mer Paratéthys et où la résolution stratigraphique est plus élevée qu’ailleurs en Méditerranée. La faille est aussi entourée par une bordure où, grâce aux civilisations de longue date, il existe des documents historiques datant de la deuxième moitié du premier millénaire avant notre ère. Dans la présente étude, nous avons utilisé les données obtenues par 210 profils de réflexion sismique multicanale, ce qui donne un total de 6210 km de profils; nous avons aussi utilisé de la bathymétrie à haute résolution et des profils de fluctuation de longueur d’onde disponibles dans la littérature pour cartographier toutes les failles plus récentes que l’Oligocène. Pour ces failles, nous distinguons celles qui recoupent la surface et celles qui ne la recoupent pas. Pour ces dernières, nous avons créé un tableau temporel de génération de failles basée sur la reconnaissance de la séquence sismique. Les résultats sont surprenants; en effet, peu importe l’orientation des failles, elles contiennent toutes des sous-ensembles actifs et des sous-ensembles non actifs. Cela suggère qu’à mesure de l’évolution de la zone de cisaillement, les failles de toutes directions sont activées et désactivées d’une manière qui semble presque aléatoire. Cependant, nous notons une tendance à restreindre le mouvement général à une zone qui se rétrécit avec le temps depuis de début de la zone de cisaillement, c.-à-d. tout le « keirogène », à sa pleine largeur. Dans les bassins, avec le temps, les bordures se déplacent vers l’extérieur alors que les zones surélevées gardent leurs failles libres de couverture sédimentaire, ce qui complique la datation. Toutefois, de petits bassins à leur sommet permettent d’obtenir une datation relative. De plus, ces bassins permettent de comparer l’histoire géologique des zones surélevées à celle des bassins avoisinants. Deux creux, situés à l’ouest dans la mer de Marmara, semblent être des structures héritées de la collision entre le fragment Rhodope–Pontide et le continent Sakarya. Cependant, ils ont été grandement accentués par le soulèvement des zones surélevées durant l’évolution du cisaillement. Lorsque nous partons de l’hypothèse qu’à une profondeur supérieure à 10 km, les failles qui forment actuellement la famille de failles de Marmara pourraient avoir des largeurs approchant les 4 km, l’image qui en ressort ressemble à une version agrandie d’une fabrique de zone de failles au faciès des amphibolites. Cette inférence concorde avec une structure de zones de cisaillement, indépendante de l’échelle. Nous croyons que la faille nord-anatolienne constitue un système qui a une telle fabrique en profondeur, non seulement à échelle moyenne mais aussi à grande échelle. La détection de telles larges zones verticales de cisaillement dans des terrains précambriens pourrait être une manière de comprendre les directions relatives des plaques à ces temps anciens.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)