MARLBORO

Name: MARLBORO
Start: 2011-07-07
End: 2011-07-16
Location: Mer d'Alboran

Type	Campagne océanographique
Navire	Côtes De La Manche
Propriétaire navire	CNRS jusqu'en 2019 - IFREMER depuis 2020
Dates	07/07/2011 - 16/07/2011
Chef(s) de mission	D'ACREMONT Elia
	INSTITUT DES SCIENCES DE LA TERRE DE PARIS - UMR 7193 4 place Jussieu 75005 Paris +33 (0)1 44 27 52 73 direction-istep@upmc.fr http://istep.sorbonne-universite.fr/fr/index.html
DOI	10.17600/11480100
Objectif	L'objectif général de la campagne Marlboro-1 était de reconstituer l'évolution tectonique des bancs de Xauen/Tofino et de la ride d'Alboran situés dans la partie sud-ouest de la mer d'Alboran (Maroc). Plus spécifiquement : 1) Déterminer et caractériser les structures tectoniques des rides de la marge marocaine ; 2) Établir la succession chronologique de l'activité des structures tectoniques ; 3) Analyser les produits sédimentaires résultants de l'activité tectonique (mass transport deposit) et l'évolution de la morpho-structure associée (contourites) et le feedback entre les deux systèmes sédimentaires. Ces observations permettront d'obtenir une première cartographie des structures tectoniques ; de visionner en 3D la relation entre ces structures et leurs morphologies avec l'étude de détail de l'architecture sédimentaire des contourites, et des instabilités gravitaires depuis le Messinien ; et enfin de confronter les structures observées avec la sismicité active afin d'imager les signes de tectonique active et évaluer le degré d'activité tectonique actuelle. Les zones de tectonique active et les taux de soulèvement passés et actuels pourront ainsi êtres quantifiés avec un maximum de précision spatiale et temporelle.

Contexte scientifique et programmatique des campagnes

Les projets de campagnes MARLBORO 1 et 2 se rattachent aux programmes français TerMex (Marge Méditerranée) et Actions Marges (Améditer) ainsi qu'aux programmes nationaux espagnols Contouriber, SAGAS, MOWER, DAMAGE et internationaux Topomed. Ces campagnes proposent d'étudier l'évolution tectonique post-messinienne dans la partie Ouest de la Mer d'Alboran (Maroc) en rassemblant une équipe nationale et internationale (ISTEP Paris, UBO-IUEM Brest, CSIC Barcelone, Univ. Rabat et Tanger, Geoazur Nice).

La Mer d'Alboran est située à l'entrée ouest de la Méditerranée dans une région tectoniquement active où l'activité sismique et les risques gravitaires sont importants, pouvant induire des tsunamis. Par une approche interdisciplinaire et intégrée, ce projet s'efforce de comprendre l'évolution de la Mer d'Alboran et les risques naturels majeurs pour les zones côtières densément peuplées. Ce bassin s'est formé lors de l'extension tectonique est-ouest d'âge Miocène, puis a subi une inversion tectonique depuis le Tortonien sous l'effet du rapprochement Afrique-Europe. Pour accommoder cette compression nord-sud, un système de failles décrochantes traverse la mer d'Alboran dans sa partie centrale depuis la ville d'Al-Hoceima (Maroc) jusqu'en Andalousie. La morphologie des fonds marins et la forte sismicité indiquent que le bassin d'Alboran se déforme encore aujourd'hui en réponse au mouvement des plaques adjacentes, en particulier au niveau des rides d'Alboran et de Yusuf et des systèmes de failles d'Al Idrisi dans la région d'Al Hoceima. Malgré la quantité de données géologiques-géophysiques collectées à terre et en mer, on ne connaît toujours pas avec certitude quelles failles ont joué lors des séismes destructeurs de 1994 et 2004 d'Al Hoceima. La jonction entre les structures tectoniques actives de la ride d'Alboran en mer et des systèmes de failles de Jebha et du bassin d'Al Hoceima à terre, reste incertaine. Les enjeux d'une meilleure connaissance de la structure et de la déformation passée et actuelle de cette région étaient d'abord sociétaux : il s'agit d'une région secouée par de forts séismes, et d'une région affectée par de préoccupantes instabilités gravitaires. Ils étaient aussi scientifiques car l'activité tectonique est ici associée à l'existence de marqueurs sédimentaires. Si, sur la marge andalouse, les accidents actifs ont été identifiés et récemment cartographiés grâce à des levés très détaillés (bathymétrie fine, sismique très haute résolution, ect.), de telles études de détails n'ont pas encore été menées sur la marge marocaine.

Les failles, les plis de croissance, les chenaux, les glissements gravitaires et les canyons fourniront des marqueurs tectoniques et sédimentaires de premier ordre pour préciser l'activité tectonique de la zone. Un des objectifs majeurs du lien terre-mer est de rechercher les traces des déformations récentes afin d'identifier les structures tectoniques potentiellement actives et donc susceptibles de générer des séismes destructeurs. Par la suite, les lignes sismiques de pénétration plus profonde déjà disponibles dans la zone d'étude permettront de relier les structures profondes aux structures superficielles et ainsi de préciser la géodynamique locale.

La campagne Marlboro-1 (7j sur zone, 8j en comptant les transits, la mise à l'eau et la récupération du matériel) a permis l'acquisition d'environ 1100 km de sismique réflexion moyenne résolution (12 traces, pénétration 5,5 secondes temps double). L'évolution latérale et longitudinale des contourites et des Mass Transport Deposits (MTDs), ainsi que les relations géométriques existant entre ces objets et les structures tectoniques actives ont été étudiées le long de 15 profils perpendiculaires aux rides, et 3 profils parallèles aux rides.

La campagne Marlboro-2 (11 jours) a permis d'imager les failles actives et les systèmes sédimentaires associés, par l'acquisition conjointe de bathymétrie multifaisceaux et de sismique réflexion haute résolution dans des eaux peu profondes de la région d'Al Hoceima (<200m).

Résultats majeurs

Au large d'Al Hoceima, environ 1100 km de sismique réflexion moyenne résolution ont été acquises au cours de cette campagne. La présence de formations sédimentaires en particulier des contourites (sédiments déposés ou remobilisés par des courants marins de fonds) et des instabilités, déposées depuis la fin du Messinien (env. 5.33 Ma), nous procure des marqueurs sédimentaires de premier ordre pour une bonne reconstitution de l'évolution tectonique (y compris des accidents inverses, telle que le banc de Xauen/Tofino). Les rides de Xauen/Tofino et d'Alboran au large du Maroc, au sud de la mer d'Alboran, ont montré à la fois des signes passés et actuels de forte déformation tectonique, de glissements sous marins, et d'activité de courants de fonds.

Les données MARLBORO-1 ont permis d'imager les séries sédimentaires depuis au moins la base du Plio-Quaternaire et ainsi de mettre en évidence des systèmes contouritiques perturbés par l'activité tectonique notamment au nord des bancs de Xauen et Tofino ainsi que le lien entre glissement gravitaire et croissance tectonique des bancs de Xauen-Tofino. Les structures et série sédimentaire entre le Messinien et la surface ont été décrites, permettant ainsi de faire le lien avec les structures profondes grâce aux données couplées sismique moyenne résolution acquises et données sismique plus basse fréquence disponibles. Une évolution tectonique polyphasée a ainsi été révélée.

Les hauts structuraux tels que les bancs de Xauen/Tofino et de la ride d'Alboran ont une forte complexité interne. Il s'agit de structures plissées dont les axes sont orientés E-W à NE-SW, structurés par des chevauchements qui contrôlent la sédimentation du bassin. Les directions des différents axes de plis évoluent d'ouest en est, marquant une accommodation complexe du rapprochement des plaques Eurasie-Afrique.

Les lignes sismiques montrent de nombreux produits sédimentaires résultants de l'activité tectonique (mass transport deposit) et une évolution de la morpho-structure associée (contourites). De nombreux MTD ont été observés depuis le Messinien jusqu'à l'actuel imageant une forte interaction entre ces systèmes sédimentaires complexes et la tectonique active (MTD, contourites, ect.). Une phase d'émersion généralisée a été observée, responsable de l'érosion nette des hauts structuraux (Xauen/Tofino, ride d'Alboran) et de figures de régression forcée.

L'analyse tectono sédimentaire de la zone des bancs de Xauen et Tofino par le bais des profils sismiques obtenus lors de la campagne Marlboro-1 a permis de montrer que :

L'enregistrement sédimentaire de la zone d'étude est fortement contrôlée par la tectonique depuis l'inversion du bassin d'Alboran au Tortonien supérieur (9 Ma). Cette sédimentation est caractérisée depuis la base du Plioquaternaire par une sédimentation contouritique omniprésente témoignant de la formation de hauts structuraux juste avant le Plioquaternaire et par la présence de nombreux processus gravitaires (glissements et MTDs)
Les structures causant cette sédimentation contouritique et gravitaire sont caractérisées par une succession de chevauchements et de plis d'axe NNE/SSW en moyenne. Ces structures accommodent un raccourcissement global de 8.2 km.
La différence entre la quantité de raccourcissement Plioquaternaire (1.6 km) et Miocène (6.6 km), ainsi que les discordances progressives présentent à partir du Tortonien supérieur, montrent une accélération de la déformation au Messinien. Cette accélération se déroulant en partie dans un contexte subaérien permet d'expliquer la forte discordance entre les plis miocènes et la déformation Plio-quaternaire.
Une deuxième phase de compression Pliocène a été mise en évidence au niveau du front de déformation au nord des bancs, associée au changement de direction de convergence N/S à NW/SE AfriqueEurasie.
Dans un contexte de convergence N/S à NW/SE, le raccourcissement peut être expliqué par le jeu d'un décollement situé soit au niveau des argiles souscompactées de l'Aquitano-Burdigalien, soit à l'interface entre le socle et les Ghomarides (unité pré-rift reposant sur le socle par le biais d'un ancien détachement et comprenant des métapélites à sa base). Les profils sismiques semblent indiquer que les Ghomarides remontent dans les plis. Il n'est donc pas exclu que les deux décollements accommodent la déformation.
Les processus mettant en jeu ce(s) niveau(x) de décollement impliquent le jeu d'un chevauchement profond et/ou d'un glissement généralisé à l'échelle de la marge marocaine.

Figure 2 : Carte morpho-sédimentaire de la zone d'étude (modifié de Juan et al. 2016).

Figure 3 : Mise en évidence de la déformation générée par le front de déformation au Nord du banc de Xauen.

Données acquises et analyses effectuées en mer et à terre

Bibliographie

Publications

D'Acremont E., Lafuerza Sara, Rabaute A., Lafosse M., Jollivet Castelot M., Gorini C., Alonso B., Ercilla G., Vazquez J.T., Vandorpe T., Juan C., Migeon Sebastien, Ceramicola S., Lopez-Gonzalez N., Rodriguez M., El Moumni B., Benmarha O., Ammar A. (2022). Distribution and origin of submarine landslides in the active margin of the southern Alboran Sea (Western Mediterranean Sea). Marine Geology, 445, 106739 (19p.). Publisher's official version : https://doi.org/10.1016/j.margeo.2022.106739 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00750/86169/

D'Acremont E., Lafosse M., Rabaute A., Teurquety G., Do Couto D., Ercilla G., Juan C., Mercier De Lépinay B., Lafuerza Sara, Galindo‐zaldivar J., Estrada F., Vazquez J.T., Leroy S., Poort J., Ammar A., Gorini C. (2020). Polyphase tectonic evolution of fore‐arc basin related to STEP fault as revealed by seismic reflection data from the Alboran Sea (W‐Mediterranean). Tectonics, 39(3), e2019TC005885 (25p.). Publisher's official version : https://doi.org/10.1029/2019TC005885 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00612/72436/

Lafosse M., Gorini C., Le Roy P., Alonso B., D'Acremont E., Ercilla G., Rabineau Marina, Vazquez J. T., Rabaute A., Ammar A. (2018). Late Pleistocene-Holocene history of a tectonically active segment of the continental margin (Nekor basin, Western Mediterranean, Morocco). Marine And Petroleum Geology, 97, 370-389. Publisher's official version : https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2018.07.022 , Open Access version : https://archimer.ifremer.fr/doc/00451/56232/

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Ercilla Gemma, Juan Carmen, Hernandez-Molina F. Javier, Bruno Miguel, Estrada Ferran, Alonso Belen, Casas David, Farran Marceli, Llave Estefania, Garcia Marga, Vazquez J. Tomas, D'Acremont Elia, Gorini Christian, Palomino Desire, Valencia Javier, El Moumni Bouchta, Ammar Abdellah (2016). Significance of bottom currents in deep-sea morphodynamics: An example from the Alboran Sea. Marine Geology, 378, 157-170. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2015.09.007

Juan Carmen, Ercilla Gemma, Hernandez-Molina F. Javier, Estrada Ferran, Alonso Belen, Casas David, Garcia Marga, Farran Marcelli, Llave Estefania, Palomino Desiree, Vazquez Juan-Tomas, Medialdea Teresa, Gorini Christian, D'Acremont Elia, El Moumni Bouchta, Ammar Abdellah (2016). Seismic evidence of current-controlled sedimentation in the Alboran Sea during the Pliocene and Quaternary: Palaeoceanographic implications. Marine Geology, 378, 292-311. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2016.01.006

Do Couto Damien, Gorini Christian, Jolivet Laurent, Lebret Noemie, Augier Romain, Gumiaux Charles, D'Acremont Elia, Ammar Abdellah, Jabour Haddou, Auxietre Jean-Luc (2016). Tectonic and stratigraphic evolution of the Western Alboran Sea Basin in the last 25Myrs. Tectonophysics, 677, 280-311. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.03.020

D’acremont Elia, Gutscher Marc-Andre, Rabaute A., Mercier De Lepinay Bernard, Lafosse Marc, Poort Jeffrey, Ammar A., Tahayt A., Le Roy Pascal, Smit J., Do Couto D., Cancouët Romain, Prunier C., Ercilla G., Gorini Christian (2014). High-resolution imagery of active faulting offshore Al Hoceima, Northern Morocco. Tectonophysics, 632, 160-166. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2014.06.008

Références des communications dans des colloques internationaux

Ercilla G., Estrada F., Juan C., Hernández-Molina F.J., Medialdea T., Casas D., Alonso B., Llave E., Somoza L., Vázquez J.T., Palomino D., El Moumni B., Arrabiou S., Ammar A., Gorini C., d'Acremont E., Gensous B., Tesson M., 2011. Reappraising the sedimentation in the alboran sea, Workshop Results and Prospects of Research on the Alboran Domain and the Arc of Gibraltar, Tetouan (Morocco) 27-28 Octobre 2011.

d'Acremont E., Gorini C., Ammar A., Do Couto D., El Abbassi M., Le Pourhiet L., Smit J., Farran M., Leroy S., Mercier de Lépinay B., Migeon S., Poort J., Ercilla G., Alonso B., 2011. SARAS- South Alboran Research of Active Systems : First results and future cruises, Workshop Results and Prospects of Research on the Alboran Domain and the Arc of Gibraltar, Tetouan (Morocco) 27-28 Octobre 2011.

d'Acremont E., Gorini C., El Abbassi M., Farran M., Leroy S., Mercier de Lépinay B., Migeon S., Poort J., Ammar A., Smit J., Ercilla G., Alonso B, 2011. Tectonic and stratigraphic evolution in South Alboran Sea (Morocco), in: AGU (Ed.), Fall meeting. AGU, San Francisco.

d'Acremont E., Gorini C., El Abbassi M., Farran M., Leroy S., Mercier de Lépinay B., Migeon S., Poort J., Ammar A., Smit J., Ercilla G., Alonso B., and the Marlboro team, 2011. Marlboro Project: Tectonic and stratigraphic evolution in South Alboran Sea (Morocco), MAPG, Marrakech 5-7 octobre 2011.