Vertical movements of Madagascar (90 - 0 Ma) : a coupled analysis of relief morphology and sedimentary record of western Madagascar margins. - PhDData

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Vertical movements of Madagascar (90 – 0 Ma) : a coupled analysis of relief morphology and sedimentary record of western Madagascar margins.

The thesis was published by Delaunay, Antoine, in March 2018, Université Rennes 1.

Abstract:

Madagascar is an Archean to Neoproterozoic continental crust surrounded by transform, oblique and divergent margins: the transform Morondava basin to the west, pounded by the Davie Fracture Zone, and to the north, the divergent Mahajanga Basin connected to the Somali Oceanic Basin. This 1600 km long island is a high axial plateau with elevations from 1200 to 1800m. The top of the plateau corresponds to weathered planation surfaces (etchplains), bounded by more or less high scarps. Such elevation of the high axial plateau imply mantle processes, but the age and cinetic of the uplift is still poorly known. Few studies dealt with anorogenic domains in their entirety from the catchment area, the source, to the downstream depositional system, the sink, none of which is about Madagascar. This work lies on a double approach : it is onshore based on the analysis of the macroforms (planation surfaces, etchplains, pediments) throughout their (i) mapping, (ii) relative dating, (iii) relationships with weathering profiles and (iv) dating by their intersection with preserved sediments and volcanism (lava flow and intrusions). offshore, it is based on the interpretation of a dataset of seismic lines and industrial wells, coupled with refreshed biostratigraphy, in order to (i) identify, date and measure vertical movements of the margins and upstream reliefs. Chronology and mapping of vertical movements were defined on the Morondava margin and compared with the onset of the stepped planation surfaces typical of Madagascar topography. During Upper Cretaceous, the southern part of the island is uplifted, at ~94 Ma. This deformation is sealed by the onset of an undeformed planation surface between 80 and 66 ma. From Paleocene to Upper Eocene (66 to 20 Ma), Madagascar is a flat, low elevated island, surrounded by wide carbonate platforms. The relief is highly weathered with growth of lateritic profiles and silico-clastic influx within the basin is low. During Middle to Upper Miocene is the uplift and doming paroxysm with (1), tilt of the western margin (Morondava), (2) increase of silico-clastic influx from Middle Miocene and (3 the onset of four planation surfaces associated to deformation paroxysms. The end result of this uplift is a convex up shape pattern for the end Cretaceous surface weathered during Eocene times, creating the present-day dome morphology (with a central plateau) of Madagascar. The mechanism of this uplift has to explain a very long wavelength deformation (x1000 km) necessary due to mantle dynamics. The relationships with the other East African domes (Ethiopia, East Africa, South Africa) are discussed.

Madagascar est un lambeau de croĂ»te continentale archĂ©enne Ă  nĂ©oproterozoĂŻque entourĂ© de marges transformantes, obliques et divergentes : la marge oblique du bassin de Morondava Ă  l’Ouest, bornĂ©e par la ride de Davie, et au Nord, la marge divergente du bassin de Majunga connectĂ©e au bassin de Somalie. Cette Ă®le de 1600 kilomètres de long est composĂ©e d’un plateau axial archĂ©en-protĂ©rozoĂŻque entre 1200 et 1800m d’altitude, bordĂ© de tous cĂ´tĂ©s par des bassins sĂ©dimentaires. Le sommet du plateau correspond Ă  des surfaces d’aplanissement altĂ©rĂ©es, dĂ©limitĂ©es par des escarpements plus ou moins marquĂ©s. L’altitude des hauts plateaux traduit l’existence de processus mantelliques, mais la cinĂ©tique et l’origine du relief malgache est mal comprise. Peu d’Ă©tudes ont Ă©tudiĂ© les domaines non orogĂ©niques dans leur intĂ©gralitĂ© terre-mer, depuis le bassin versant en Ă©rosion jusqu’aux marges en sĂ©dimentation, et aucune d’entre elles ne porte sur Madagascar. Ce travail de thèse repose donc sur une double approche: une analyse gĂ©omorphologique des formes du relief (surfaces d’aplanissement) Ă  terre, basĂ©e sur leur (i) cartographie, (ii) chronologie relative, (iii) relation avec les profils d’altĂ©ration et (iv) datation au moyen des placages sĂ©dimentaires et du volcanisme datĂ© qui les scellent; une analyse stratigraphique de l’intervalle post-rift des marges, basĂ©e sur l’interprĂ©tation de donnĂ©es de sub-surface (puits et lignes sismiques), lesquelles ont Ă©tĂ© réévaluĂ©es en âge (biostratigraphie), pour (i) identifier, dater et mesurer les dĂ©formations des marges et de leur relief en amont, (ii) mesurer les flux silicoclastiques, produits de l’Ă©rosion continentale. Un calendrier et une cartographie des dĂ©formations ont Ă©tĂ© obtenus sur les marges et mis en relation avec les diffĂ©rentes gĂ©nĂ©rations de surfaces d’aplanissement Ă©tagĂ©es caractĂ©risant le relief malgache. Au CrĂ©tacĂ© supĂ©rieur, une flexuration de l’Ă®le est initiĂ©e au sud, Ă  grande longueur d’onde, autour de ~94 Ma. Cette dĂ©formation est scellĂ©e par la mise en place d’une surface d’aplanissement non dĂ©formĂ©e mise en place entre 80 et 66 Ma. Durant le PalĂ©ocène jusqu’à l’Eocène supĂ©rieur (66 Ă  20 Ma), Madagascar est une Ă®le relativement plate, de faible altitude, entourĂ©e de larges plateformes carbonatĂ©es. Ce relief est largement altĂ©rĂ© avec la croissance de nombreux profils latĂ©ritiques et les influx silico-clastique dans les bassins sont alors relativement faibles. Le Miocène moyen Ă  supĂ©rieur correspond au paroxysme de la surrection et de la dĂ©formation avec (1), le basculement de la marge ouest (Morondava), (2) une augmentation du flux de sĂ©dimentation silicoclastique depuis le Miocène moyen et (3) la mise en place d’une succession de quatre surfaces d’aplanissement correspondant Ă  des pics d’intensitĂ© de la dĂ©formation. Le rĂ©sultat de cette surrection est la morphologie en dĂ´me de l’île de Madagascar (avec un plateau central) marquĂ©e par la forme concave de la surface crĂ©tacĂ© supĂ©rieure altĂ©rĂ©e Ă  l’Eocène. Le mĂ©canisme de la surrection doit prendre en compte une dĂ©formation de très grande longueur d’onde (x 1000 km), forcĂ©ment liĂ©e Ă  la dynamique mantellique. Les relations avec les dĂ´mes d’Afrique de l’Est (Ethiopie, Afrique du Sud) sont discutĂ©es.



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