Tectonic evolution and growth of the Zagros Mountain Belt (Fars, Iran): constraints from magnetostratigraphy, sedimentology and low- temperature thermochronometry
Evolution tectonique et croissance de la chaîne du Zagros (Fars, Iran): contraintes magnétostratigraphiques, sédimentologiques et thermochronométriques basse-température
Résumé
The distribution and precise timing of Cenozoic shortening as well as the degree of uplift and exhumation in the Zagros collision zone in Iran are keys to better understanding how the Arabia (AR) plate motion was accommodated during the collision with the overriding Eurasia (EUR) plate. This is particularly important if plate reconstructions are used to infer the connectivity between the Indo-Pacific Ocean, the Mediterranean Sea and the Para-Tethyan sea, to interpret the impact of the Arabia-Eurasia convergence on the regional aridification of Central Asia and on the Cenozoic global climate changes or to deduce the mechanisms of Iranian plateau uplift. In order to unravel the temporal evolution of uplift and exhumation patterns associated with the building of the Zagros in the Fars area from the Eocene period and the Miocene phase of shortening to the final regional uplift, we provide new magnetostratigraphic dating of Miocene detrital sediments. These new dating are combined with the provenance study of middle Miocene (19.7-14.8 Ma) detrital sediments in the northern Zagros foreland based on the analysis of petrological assemblages and clay mineralogy combined with new detrital apatite fission-track ages. The implications of the results are discussed in terms of plate geodynamics, landscape evolution and regional paleogeography. Combining all informations allowed proposing an original scenario for the building of the Zagros Mountains. After a protracted history of accretion and exhumation during the Jurassic and the Cretaceous on the Iranian plate, obduction occurred at ~70 Ma and a widespread thermal and extensional event affected the SSZ during the Eocene. Collision initiated ca. 35 Ma, several Myrs before first siliciclastic deposits were deposited in the foreland at 19.7 Ma. Until 12.4 Ma, exhumed source areas were dominated by the denudation of the suture domain including rocks from the High Zagros including the Neyriz ophiolites (ultramafic clasts and radiolarian cherts) and the adjacent Sanandaj-Sirjan metamorphic belt. Folding in the outer Zagros Folded Belt started between 15 and 14 Ma. However, the remarkable regional train of folds did not develop before 12.4 Ma. Since this time onwards both the Zagros Folded Belt and the Iranian plateau were uplifted as argued by the stratigraphy of the oldest marine sediments. This very fast accretion in the Zagros occurred probably in less than 5 Myrs and in association with weak erosion feedbacks as revealed by the arid climatic conditions that prevailed during the Miocene.
La distribution et la datation précise du raccourcissement cénozoïque ainsi que les modalités du soulèvement et de l'exhumation dans la zone de collision du Zagros en Iran sont des paramètres-clés pour mieux comprendre comment le mouvement de la plaque Arabie (AR) a été accommodé pendant la collision avec la plaque Eurasie (EUR). Il s'agit d'un point particulièrement important si l'on utilise les reconstructions cinématiques pour déduire la connectivité entre l'océan Indo-Pacifique, la Méditerranée et la mer para- Téthysienne, pour comprendre l'impact de la convergence Arabie-Eurasie sur l'aridification de l'Asie Centrale et sur les changements climatiques globaux au Cénozoïque, ou encore pour comprendre les mécanismes de soulèvement du plateau Iranien. Afin de reconstruire l'évolution temporelle du soulèvement et de l'exhumation associés à la formation de la chaîne du Zagros dans le Fars entre l'Eocène et la phase miocène de raccourcissement et de soulèvement régional, nous avons effectué de nouvelles datations magnétostratigraphiques des dépôts terrigènes miocènes. Ces nouvelles datations sont combinées avec (1) une étude de provenance des dépôts du Miocène moyen dans la partie nord de l'avant-pays du Zagros fondée sur l'analyse des assemblages minéralogiques et de la composition des argiles, et (2) de nouvelles datations par traces de fission sur apatite détritique. Les implications de ces résultats sont discutées en termes de géodynamique, d'évolution des paysages et de paléogéographie régionale. L'ensemble des résultats conduit à proposer un scénario original pour la construction de la chaîne du Zagros. Après une période d'accrétion et d'exhumation dans le " bloc iranien " pendant le Jurassique et le Crétacé, l'obduction se produit vers 70Ma tandis qu'un événement thermique extensif affecte à l'Eocène la zone de Sanandaj-Sirjan. La collision s'initie probablement vers 35 Ma, plusieurs Ma avant que les premiers dépôts clastiques ne se déposent dans le bassin d'avant-pays à 19.7 Ma. Jusqu'à 12.4 Ma, les régions exhumées ont été dominées par la dénudation du domaine de la suture incluant des roches du Haut Zagros (et des clastes ultramafiques et cherts radiolaritiques des ophiolites de Neyriz) et de la zone métamorphique de Sanadaj-Sirjan. Le plissement dans le Zagros externe a commencé entre 15 et 14 Ma, bien que le célèbre système de plis du Zagros ne se soit développé qu'après 12.4 Ma. Depuis cette époque, à la fois la chaîne plissée du Zagros et le plateau iranien ont été soulevés comme en témoignent la stratigraphie des sédiments marins les plus vieux. La phase d'accrétion dans le Zagros s'est produite probablement en moins de 5 Ma et avec un contrôle " érosionnel " faible dont témoignent les conditions climatiques arides qui ont prévalu pendant le Miocène.