Tectonic evolution of the Tianshan mountains during Cenozoic time in response to the India-Asia collision: from Magnetostratigraphy and U-Th/He thermochronology analysis of Neogene sediments.
Evolution tectonique du Tianshan au Cénozoïque liée à la collision Inde-Asie Apports de la magnétostratigraphie
et de la géochronologie isotopique U-Th/He.
Résumé
The Tianshan range is one of the largest Asia's mountain ranges, with summits higher than 7000 m extending over an E-W distance of 2500 km. The Tianshan is the most active intracontinental range, however, its geology records a complex history of Paleozoic subduction-related processes, with a recent phase of Cenozoic reactivation induced by the India-Asia collision. The exact timing of this later reactivation is poorly constrained, which inhibits a better understanding of the evolution of continental deformation due to the indenting India. In addition, on both its northern and southern sides the Tianshan present piedmonts composed by series of fold and thrust belts with excellent surface exposures of Permian to Quaternary sediments in the adjacent Kuche and Junggar basins that present case examples of foreland basins. The history of mountain building with its related foreland sedimentation and erosion rate might be deciphered from the sediments well exposed along the piedmont.
In the Neogene sediments of these basins, we carried out three magnetostratigraphic studies at the Yaha section located on the southern piedmont and the Kuitun and Jingou He sections on the northern piedmont. From stepwise demagnetization we found 18, 16, and 22 magnetic polarity chrons at the Yaha, Kuitun and Jingou He sections, which we correlated with a reference polarity time scale to date the sections between 5.2 and 12.6 Ma, 3.1 and 10.5 Ma, and 8.5 Ma and 22 Ma, respectively. At Yaha, sedimentation rate increases remarkably at ~ 11 Ma; Sedimentation rates areconstant at the Kuitun section while; the Jingou He is characterized by two important accelerations at ~15 Ma and ~11 Ma. We also performed measurements of rock magnetism to track time-transgressive changes in the sedimentary record. Several magnetic parameters, such as the anisotropy shape parameter (T) and bulk susceptibility (Κ) show obvious changes at around 21, 15 and 11 Ma on both sides of the range. Based on the changes in the rock magnetic parameters and in the sedimentation rate, we conclude that the central Tianshan Mountains likely began uplifting by 15 Ma and then underwent accelerated uplift at 11 Ma.
To describe the kinematics and the kinetics of both the piedmonts and the high range we also combine structural model of the piedmont and foreland basin, with chronological constraints on the stratigraphy derived from these magnetostratigraphic sections and U-Th/He dating of detrital apatite and zircon grains to constraint : (1) the timing of development and rate of folding of the piedmont, (2) the flux history and propagation rates of sediment and (3) the erosion rates history of the high range.
In the Neogene sediments of these basins, we carried out three magnetostratigraphic studies at the Yaha section located on the southern piedmont and the Kuitun and Jingou He sections on the northern piedmont. From stepwise demagnetization we found 18, 16, and 22 magnetic polarity chrons at the Yaha, Kuitun and Jingou He sections, which we correlated with a reference polarity time scale to date the sections between 5.2 and 12.6 Ma, 3.1 and 10.5 Ma, and 8.5 Ma and 22 Ma, respectively. At Yaha, sedimentation rate increases remarkably at ~ 11 Ma; Sedimentation rates areconstant at the Kuitun section while; the Jingou He is characterized by two important accelerations at ~15 Ma and ~11 Ma. We also performed measurements of rock magnetism to track time-transgressive changes in the sedimentary record. Several magnetic parameters, such as the anisotropy shape parameter (T) and bulk susceptibility (Κ) show obvious changes at around 21, 15 and 11 Ma on both sides of the range. Based on the changes in the rock magnetic parameters and in the sedimentation rate, we conclude that the central Tianshan Mountains likely began uplifting by 15 Ma and then underwent accelerated uplift at 11 Ma.
To describe the kinematics and the kinetics of both the piedmonts and the high range we also combine structural model of the piedmont and foreland basin, with chronological constraints on the stratigraphy derived from these magnetostratigraphic sections and U-Th/He dating of detrital apatite and zircon grains to constraint : (1) the timing of development and rate of folding of the piedmont, (2) the flux history and propagation rates of sediment and (3) the erosion rates history of the high range.
Le Tianshan est une des chaînes majeures d'Asie qui s'étend sur près de 2500 km de longitude avec des reliefs supérieurs à 7000 m. Il s'agit de l'orogène intracontinental le plus actif au monde issu d'une accrétion initiale au Paléozoïque suivie d'une réactivation majeure au Cénozoïque en réponse à la collision Inde-Asie. Mais l'âge exact d'initiation de la déformation cénozoïque reste mal contraint, ce qui est un obstacle important à la compréhension et à la détermination de l'évolution de la déformation en Asie. Les piémonts Nord et Sud du Tianshan sont constitués par deux remarquables prismes d'avant chaîne où les sédiments permiens au quaternaires des bassins flexuraux adjacents de Kuche et de la Junggarie sont très bien exposés. L'histoire de la construction du Tianshan peut être déterminée grâce à une étude de l'enregistrement sédimentaire facilement accessible au niveau des piémonts.
Ainsi, nous avons réalisé trois études magnétostratigraphiques le long des coupes de la Kuitun et de la Jingou He au Nord et le long de celle de Yaha au sud pour lesquelles nous avons identifié respectivement 16, 22 et 18 chrons magnétiques que nous avons corrélés à l'échelle de référence donnant des âges compris entre, 3.1 et 10.5 Ma, 8.5 Ma et 22 Ma et 5.2 et 12.6 Ma respectivement. Les vitesses de sédimentations déduites de ces corrélations montrent une accélération à ~11 Ma sur la coupe de Yaha et celle de la Jingou He qui présente également une accélération antérieure à ~15 Ma alors que les vitesses restent stables depuis ~10 Ma sur la coupe Kuitun. Nous avons également réalisé des études de la minéralogie magnétique et des mesures de l'ASM qui montrent des changements importants de la susceptibilité magnétique (Κ) et du paramètre de forme (T) à 21, 15 et 11 Ma sur les deux piémonts. A partir des changements de vitesses de sédimentation, contraint par ailleurs par ceux des paramètres magnétiques, nous pensons que la surrection du Tianshan a probablement débuté vers 15 Ma puis s'est accélérée à ~11 Ma, ce qui est cohérent avec les études précédentes réalisées sur la zone suivant d'autres méthodes.
A partir de modèles structuraux des piémonts et des basins de la Junggarie et de Kuche, associés aux âges magnétostratigraphiques et à des datations U-Th/He de grains d'apatites et zircons détritiques , nous déterminons également: (1) l'âge d'activation et les vitesses de déformation de certaines structures des piémonts, (2) les flux et vitesses sédimentaires et (3) l'évolution des taux d'érosion. Nous discutons et décrivons ainsi l'évolution cinétique et cinématique des piémonts et de la haute chaîne.
Ainsi, nous avons réalisé trois études magnétostratigraphiques le long des coupes de la Kuitun et de la Jingou He au Nord et le long de celle de Yaha au sud pour lesquelles nous avons identifié respectivement 16, 22 et 18 chrons magnétiques que nous avons corrélés à l'échelle de référence donnant des âges compris entre, 3.1 et 10.5 Ma, 8.5 Ma et 22 Ma et 5.2 et 12.6 Ma respectivement. Les vitesses de sédimentations déduites de ces corrélations montrent une accélération à ~11 Ma sur la coupe de Yaha et celle de la Jingou He qui présente également une accélération antérieure à ~15 Ma alors que les vitesses restent stables depuis ~10 Ma sur la coupe Kuitun. Nous avons également réalisé des études de la minéralogie magnétique et des mesures de l'ASM qui montrent des changements importants de la susceptibilité magnétique (Κ) et du paramètre de forme (T) à 21, 15 et 11 Ma sur les deux piémonts. A partir des changements de vitesses de sédimentation, contraint par ailleurs par ceux des paramètres magnétiques, nous pensons que la surrection du Tianshan a probablement débuté vers 15 Ma puis s'est accélérée à ~11 Ma, ce qui est cohérent avec les études précédentes réalisées sur la zone suivant d'autres méthodes.
A partir de modèles structuraux des piémonts et des basins de la Junggarie et de Kuche, associés aux âges magnétostratigraphiques et à des datations U-Th/He de grains d'apatites et zircons détritiques , nous déterminons également: (1) l'âge d'activation et les vitesses de déformation de certaines structures des piémonts, (2) les flux et vitesses sédimentaires et (3) l'évolution des taux d'érosion. Nous discutons et décrivons ainsi l'évolution cinétique et cinématique des piémonts et de la haute chaîne.
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