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RIASSUNTO
In questo studio è stato esaminato il ruolo dell’erosione sui processi di esumazione e deformazione che caratterizzano un prisma d’accrezione.
A questo scopo sono stati realizzati degli esperimenti di modellizzazione analogica presso il laboratorio dell’Istituito “Géosciences de l’Université de Montpellier II”. Le simulazioni sono state svolte in una sandbox messa in scala, impiegando come materiali analogici, sabbia e microbiglie in vetro.
Sono stati eseguiti quattro esperimenti che rappresentano un prisma di Coulomb a doppia vergenza: i modelli I e III, che non subiscono erosione, sono utilizzati come riferimento per i modelli II e IV. In questi ultimi quando il prisma raggiunge il profilo all’equilibrio, viene sottoposto ad erosione sotto condizioni di flusso stabile (flux steady state): il volume del materiale eroso resta uguale al volume di materiale che viene continuamente accreto al prisma, mantenendo costante l’inclinazione della superficie durante la convergenza.
Dalle prime osservazioni qualitative si nota che, nei modelli I e II, privi di livello di scollamento, il prisma si sviluppa solo mediante l’accrezione frontale di unità di thrust embricate. Al contrario gli ultimi due modelli presentano un livello di scollamento intermedio a bassa coesione (décollement), al di sotto del quale, il processo di underplating, forma una struttura ad antiformal nappe stack costituita da duplex. Le analisi quantitative, indicano che le modalità di esumazione dipendono dalla dinamica interna del prisma, che a sua volta, è influenzata dall’erosione. In particolare si osserva che in un prisma d’accrezione sottoposto ad erosione, i processi di esumazione sono controllati dalla modalità di propagazione delle faglie che dipende dal valore della frizione basale. L’uplift delle unità costituenti il prisma, avviene lungo thrust anche molto inclinati (20°-50°) e si localizza in una zona ben distinta dove vengono esumate anche le unità più profonde. Questa zona di massima esumazione è limitata alla parte centrale del prowedge, nel MODELLO II privo di décollement, mentre si localizza nel retrowedge per il MODELLO IV con il décollement intermedio. In entrambi i casi la zona di massima esumazione migra verso il backstop con il procedere della convergenza. Lo studio dei tassi di spostamento delle
5 particelle nel prisma, indica che il tasso di esumazione cresce nel tempo ed in particolare il materiale accreto negli stadi più avanzati della convergenza viene esumato più rapidamente rispetto a quello incorporato precocemente.
In conclusione i risultati ottenuti sono stati comparati con due diversi esempi naturali a grande scala di prismi d’accrezione a doppia vergenza, sia attivi che fossili (rispettivamente Taiwan e Appennino), permettendo di distinguere i diversi processi che caratterizzano gli orogeni dei margini convergenti.
ABSTRACT
This study examines the role of erosion on exhumation and deformation history of accretionary orogens through experimental and geological methods. in this purpose, scaled two-dimensional sandbox experiments are made inside analogue modelization laboratory of
“Géosciences” Institut, Université de Montpellier II. These simulations employ as analogue material, sand and glass microbeads. Four experiments are used to investigate the effects of erosion in a bivergent Coulomb wedge: models I and III not submitted to erosion, are used as reference for models II and IV, which are submitted to erosion under flux steady state conditions, that is, the volume of eroded material remains equal to the volume of newly accreted material, maintaining a constant surface slope during shortening.
Qualitative results show that in models I and II, without low cohesion décollement surface, the accreted series grown thought frontal accretion, instead, presence of décollement in models III and IV, allows underplating of thrust units developing a duplex antiformal nappe stack, whose growth and location is favored by erosion.
From analytical measurements, derived the evidence that the way of exhumation depends on the internal dynamics of thrust wedge and, conversely, on how this dynamics is modified by erosion. In the eroded thrust wedge the diversity of exhumation patterns is controlled by the mode
6 of fault propagation. The uplift of material occurs along a series of inclined (20°-50°) thrusts in the rear of the high-friction wedge. The zone of maximum exhumation is generally localized in the middle part of the prowedge, for MODEL II without décollement zone; in the retrowedge for MODEL IV. These zone migrates toward the backstop with continued shortening. The results from the measurements of displacement particles rates, show that material accreted later is rapidly transferred to the main exhumation zone compared to the material accreted during the early stages.
Our results are compared to different present-day active and ancient convergent orogens (Taiwan, Apennines), allowing the different specific exhumation processes to be characterized.
RESUME
Dans cettte étude, on a examiné le rôle de l’érosion sur les processus d’exhumation et l’histoire de la deformation d’un prisme d’accrétion.
Dans cette idée on a effectué des expériences de modélisation analogique au laboratoire de l’Institut “Géosciences Montpellier (Université de Montpellier II)”. L’appareillage utilisé dans ces expériences est représenté par une boite à sable mise à l’échelle. Les matériaux utilisés sont des matériaux granulaires tels que le sable et les microbilles de verre.
Les quatre modèles réalisés représentent un prisme de Coulomb à double vergence: les modèles I et III, ne sont pas soumis à l’érosion, ils sont utilisés comme configuration de référence pour les autres deux modèles II et IV. Dans ce cas là, quand le prisme, atteint le profil à l’équilibre, une érosion caractérisée par un flux stable (flux steady state) est appliquée:
c’est à dire que l’on a une quantité équivalente de matériaux érodés et de matériaux accrétés au prisme, tout en gardant la hauteur et l’inclinaison de la surface constante pendant la convergence.
Les premières observations qualitatives, montrent que pour les modèles I et II, dépourvus de niveau de décollement à basse cohésion, le
7 prisme ne croît que par accrétion frontale, par contre, dans les modèles III et IV, au dessous du niveau de décollement, le processus de sous plaquage, crée, une structure d’empilement de nappes (antiformal nappe stack) constituée par des duplex.
Les résultats obtenus des analyses quantitatives, montrent que les modalités d’exhumation, dépendent de la dynamique interne du prisme, qui en même temps, est influencée par l’érosion. En particulier, on observe que dans un prisme d’accrétion soumit à l’érosion, les processus d’exhumation, sont contrôlés par la façon dont les failles se propagent. Le soulèvement des unités constituant le prisme, s’effectue le long de chevauchements très inclinés (20°-50°) et il contribue à la formation de la zone d’exhumation maximale où les unités les plus profondes sont exhumées. Dans le MODEL II, sans niveau de décollement, l’exhumation la plus importante se produit au milieu du proprisme, tandis que dans le MODEL IV, cette zone est limitée au retroprisme. Dans tous les cas, la zone d’exhumation maximale, se déplace vers le backstop pendant la convergence. Les taux de déplacement des particules calculés pour tous les modèles, montrent que le matériau accrété au prisme aux stades tardifs de convergence sont exhumés plus rapidement et à travers des trajectoires plus inclinées par rapport au matériau accrété au début.
En conclusion, les résultats obtenus sont été confrontée avec des cas naturels de prismes d’accrétion actifs et inactifs (Taiwan, Apennins), afin d’expliquer le fonctionnement des différent processus qui caractérisent les marge de convergence.
