Faculté des sciences

Geology, correlations, and geodynamic evolution of the Biga Peninsula (NW Turkey)

Beccaletto, Laurent ; Stampfli, Gérard M. (Dir.)

Thèse de doctorat : Université de Lausanne : 2003.

L’objectif de ce travail de recherche était de décrypter l’évolution géodynamique de la Péninsule de Biga (Turquie du N-O), à travers l’analyse de deux régions géologiques peu connues, le mélange de Çetmi et la zone d’Ezine (i.e. le Groupe d’Ezine et l’ophiolite de Denizgören). Une étude complète et détaillée de terrain (cartographie et échantillonnage) ainsi qu’une... Plus

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    Résumé
    L’objectif de ce travail de recherche était de décrypter l’évolution géodynamique de la Péninsule de Biga (Turquie du N-O), à travers l’analyse de deux régions géologiques peu connues, le mélange de Çetmi et la zone d’Ezine (i.e. le Groupe d’Ezine et l’ophiolite de Denizgören). Une étude complète et détaillée de terrain (cartographie et échantillonnage) ainsi qu’une approche multidisciplinaire (sédimentologie de faciès, pétrographie sédimentaire et magmatique, micropaléontologie, datations absolues, géochimie sur roche totale, cristallinité de l’illite) ont permis d’obtenir de nouveaux éléments d’information sur la région considérée. • Le mélange de Çetmi, de type mélange d’accrétion, affleure au nord et au sud de la Péninsule de Biga ; les principaux résultats de son étude peuvent se résumer comme suit: - Son aspect structural actuel (nature des contacts, organisation tectonique) est principalement dû au régime extensif Tertiaire présent dans la région. - Il est constitué de blocs de différentes natures : rares calcaires Scythien-Ladinien dans le faciès Han Bulog, blocs hectométriques de calcaires d’âge Norien-Rhaetien de rampe carbonatée, nombreux blocs décamétriques de radiolarites rouges d’âge Bajocien- Aptien, blocs/écailles de roches magmatiques de type spilites (basaltes à andésite), ayant des signatures géochimiques d’arcs ou intra-plaques. - La matrice du mélange est constituée d’une association greywacke-argilites dont l’âge Albien inférieur à moyen a été déterminé par palynologie. - L’activité du mélange s’est terminée avant le Cénomanien (discordance Cénomanienne au sommet du mélange, pas de bloc plus jeune que la matrice). - Du point de vue de ses corrélations latérales, le mélange de Çetmi partage plus de traits communs avec les mélanges se trouvant dans les nappes allochtones du Rhodope (nord de la Grèce et sud-ouest de la Bulgarie) qu’avec ceux de la suture Izmir-Ankara (Turquie); il apparaît finalement que sa mise en place s’est faite dans une logique balkanique (chevauchements vers le nord d’âge anté-Cénomanien). • Le Groupe d’Ezine et l’ophiolite sus-jacente de Denizgören affleurent dans la partie ouest de la Péninsule de Biga. Le Groupe d’Ezine est une épaisse séquence sédimentaire continue (3000 m), subdivisée en trois formations, caractérisée chacune par un type de sédimentation spécifique, relatif à un environnement de dépôt particulier. De par ses caractéristiques (grande épaisseur, variations latérales de faciès et d’épaisseur dans les formations, érosion de matériel provenant de l’amont du bassin), le groupe d’Ezine est interprétée comme un dépôt syn-rift d’âge Permien moyen-Trias inférieur. Il pourrait représenter une partie de la future marge passive sud Rhodopienne à la suite de l’ouverture de l’océan Maliac/Méliata. L’ophiolite de Denizgören sus-jacente repose sur le Groupe d’Ezine par l’intermédiaire d’une semelle métamorphique à gradient inverse, du faciès amphibolite à schiste vert. L’âge du faciès amphibolite suggère une initiation de l’obduction au Barrémien (125 Ma, âge Ar/Ar); cet âge est unique dans le domaine égéen, mais il peut là aussi être relié à une logique balkanique, sur la base de comparaison avec le domaine Rhodopien. • Toutes les unités précédentes (mélange de Çetmi, Groupe d’Ezine et ophiolite de Denizgören) ont passivement subi trois phases extensives pendant le Tertiaire. Dans la région d’Ezine et du mélange nord, les micaschistes HP sous-jacents ont été exhumés avant l’Eocène moyen. Dans le cas du mélange sud, cette exhumation Eocene est en partie enregistrée dans les mylonites séparant le mélange du dôme métamorphique sous-jacent du Kazda€. Le mélange sud est dans tous les cas fortement érodé à la suite de la double surrection du dôme du Kazda€, près de la lim ite Oligocène/Miocene et pendant le Plio- Quaternaire. Dans le premier cas, ce soulèvement est caractérisé par le développement d’une faille de détachement à faible pendage, qui contrôle à la fois l’exhumation du massif, et la formation d’un bassin sédimentaire syntectonique, de type bassin supradétachement; quant à la phase extensive la plus récente, elle est contrôlée par le jeu de failles normales à forts pendages qui remanient l’ensemble des structures héritées, et dictent la géomorphologie actuelle de la région. • Il est possible de proposer un scénario pour l’évolution géodynamique de la Péninsule de Biga, basé sur l’ensemble des résultats précédents et sur les données de la géologie régionale ; ses points principaux sont: - La Péninsule de Biga fait partie de la marge Rhodopienne. - Le Groupe d’Ezine est un témoin de la marge passive nord Maliac/Méliata. - L’ophiolite de Denizgören et le mélange de Çetmi ont été mis en place tous deux vers le nord sur la marge précédente, respectivement au Barrémien et à l’Albien terminal- Cénomanien inférieur. - Une forte composante décrochante durant l’emplacement est suggérée par la préservation de fragments de la marge passive et l’absence de métamorphisme dans la plaque inférieure. - Tous les évènements précédents ont été largement affectés par le régime d’extension Tertiaire.
    Summary
    The purpose of this study is to unravel the geodynamic evolution of the Biga Peninsula (NW Turkey) through the detailed study of two poorly known areas, the Çetmi mélange and the Ezine zone (i.e. the Ezine Group and the Denizgören ophiolite). The methodology was based on a detailed field work and a multidisciplinary approach. • The accretion-related Çetmi mélange is mainly cropping out north and south of the Biga Peninsula; the main results of its study can be summarized as follows: -Its present-day structural aspect (type of contacts, tectonic organisation) is largely inherited from the Tertiary extensional regime in the region. -It is made of blocks of various natures: Han Bulog limestones with a Scythian to Ladinian age, common carbonate ramp Norian-Rhaetian limestones (biggest blocks of the mélange), red radolarite with a Bajocian to Aptian age; the most common lithology of the mélange is made by block/slices of spilitic magmatic rocks (basalt to andesite); they have volcanic arc or within plate basalt geochemical signatures. -The matrix of the mélange is made of a greywacke-shale association of Early-Middle Albian age. - The mélange stopped its activity before the Cenomanian (no younger blocks than the matrix, and Cenomanian unconformity). - If compared to the regional geology, the Çetmi mélange shares some characteristics with the Izmir-Ankara mélanges (less), and with the mélanges from allochthonous nappes found in eastern Rhodope (more); it appears finally that its emplacement is related to a Balkanic logic (ante-Cenomanian northward thrusting). • The Ezine Group and the overlying Denizgören ophiolite are cropping out in the western part of the Biga Peninsula. The Ezine Group is a thick sedimentary sequence interpreted as a syn-rift deposit of Middle Permian-Early Triassic age. It represents a part of the south Rhodopian passive margin, following the opening of the Maliac/Meliata oceanic domain. The Denizgören ophiolite has been emplaced northward on the Ezine Group in the Barremian (125 Ma, age of the amphibolitic sole); this age is unique in the Aegean domain, but here again, it may be related to a Balkan logic. • All the previous units (Çetmi mélange, Ezine Group and Denizgören ophiolite) have passively suffered two extensional regimes during the Tertiary. In the Ezine and northern Çetmi mélange area, the underlying HP Çamlýca micaschists were exhumed before the Middle Eocene. As for the southern mélange, it was strongly eroded following the Late Oligocene to Quaternary uplift of the underlying Kazda€ Massif. This uplift was characterized by the development of a low-angle detachment fault controlling a part of the exhumation, as well as the development of a supra-detachment basin. • Based on the previous results, and on the data from the regional geology, one can propose a scenario for the geodynamic evolution of the Biga Peninsula. Its key points are:- The Biga Peninsula is belonging to the Rhodope margin. - The Ezine Group is a remnant of the northern Maliac/Meliata passive margin. - Both the Denizgören ophiolite and the Çetmi mélange have been emplaced northward on the previous margin, respectively in the Barremian and in the Late Albian-Early Cenomanian times. - The preservation of the remnants of the Rhodope margin, as well as the absence of metamorphism in the lower plate suggest a strong strike-slip component during the emplacements. - All the previous events are (at least) partly obliterated by the Tertiary extensional regime.
    Summary
    Le géologue est comme un «historien» de la Terre, qui porte un intérêt particulier à l’étude du passé de notre planète; ce dernier, très ancien, se mesure en dizaines ou centaines de millions d’années (Ma). Or le visage de la terre a constamment évolué au cours des ces millions d’années écoulés, car les plaques (continentales et océaniques) qui composent son enveloppe superficielle ne restent pas immobiles, mais se déplacent continuellement à sa surface, à une vitesse de l’ordre du cm/an (théorie de la tectonique des plaques); c’est ainsi, par exemple, que des océans naissent, grandissent, puis finissent par se refermer. On appelle sutures océaniques, les zones, aujourd’hui sur la terre ferme, où l’on retrouve les restes d’océans disparus. Ces sutures sont caractérisées par deux associations distinctes de roches, que l’on appelle les mélanges et les ophiolites; ces mélanges et ophiolites sont donc les témoins de l’activité passée d’un océan aujourd’hui refermé. L’équipe de recherche dans laquelle ce travail à été réalisé s’intéresse à un vaste domaine océanique fossile: l’océan Néotéthys. Cet océan, de plusieurs milliers de kilomètres de large, séparait alors l’Europe et l’Asie au nord, de l’Afrique, l’Inde et l’Australie au sud. De cet océan, il n’en subsiste aujourd’hui qu’une infime partie, qui se confond avec notre mer Méditerranée actuelle. Or, tout comme l’océan Pacifique est bordé de mers plus étroites (Mer de Chine, du Japon, etc…), l’océan Néotéthys était bordé au nord de mers marginales. C’est dans ce cadre que s’est inscrit mon travail de thèse, puisqu’il a consisté en l’étude d’une suture océanique (mélange plus ophiolite), témoin d’une des mers qui bordait l’océan Néotéthys sur sa marge nord. L’objectif était de préciser de quelle suture il s’agissait, puis de déterminer quand et comment elle avait fonctionné (i.e son évolution géologique). Les roches qui composent cette suture affleurent aujourd’hui en Turquie nord occidentale dans la Péninsule de Biga. Au nord et au sud de la péninsule se trouvent les zones géologique du mélange de Çetmi, et à l’ouest, le Groupe d’Ezine et l’ophiolite susjacente, dite ophiolite de Denizgören. Une étude complète et détaillée de terrain (cartographie, échantillonnage), suivie de diverses analyses en laboratoire (détermination de leur âge, de leur condition de formation, etc…), ont permis d’aboutir aux principaux résultats suivants : - Mise en évidence dans le mélange de Çetmi des témoins (1) de l’océan Lycien disparu (ancienne mer marginale de la Néotéthys), et (2) de la marge continentale qui le bordait au nord. - Fin de l’activité du mélange de Çetmi il y a environ 105 Ma (Albien). - Le mélange de Çetmi est difficilement corrélable dans le temps avec les unités semblables affleurant dans la région d’étude (unicité du mélange), ce qui implique des conditions particulière de formation. - L’ophiolite de Denizgören est un morceau d’océan Lycien posé sur un reste préservé de sa marge continentale nord. - Cette dernière est représentée sur le terrain par une succession de roches caractéristiques, le Groupe d’Ezine. Celui-ci est lui-même un témoin de l’ouverture d’un océan marginal de la Néotethys antérieur au Lycien, l’océan Maliac, qui s’est ouvert il y a 245 Ma (Permien-Trias). - La mise en place de l’ophiolite de Denizgören sur le Groupe d’Ezine (125 Ma, Barrémien) est antérieure à la mise en place du mélange de Çetmi. - Il apparaît que ces deux mises en place sont contemporaines de la formation de la chaîne des Balkans, terminée avant le Cénomanien (100 Ma). - L’évolution dans le temps des objets précédents (océans, marges continentales) montre de grands mouvements latéraux est-ouest entre ces objets (translation). Ce qui implique que les roches que l’on retrouve aujourd’hui sur un transect nord-sud ne l’étaient pas nécessairement auparavant. - Enfin, il s’avère que le mélange de Çetmi, l’ophiolite de Denizgören, et le Groupe d’Ezine ont subi par la suite des déformations extensives importantes qui ont considérablement perturbé le schéma post-mise en place.