Image de la semaine | 15/03/2021

Boudins et plis dans l'Himalaya, dôme du Tso Marori, Ladakh

15/03/2021

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Boudinage et plissement en contexte de collision.


Giga-boudin (13 x 4 m) d'amphibolites emballé dans des orthogneiss, dôme de Tso Morari, Ladakh

Figure 1. Giga-boudin (13 x 4 m) d'amphibolites emballé dans des orthogneiss, dôme de Tso Morari, Ladakh.

Ce boudin, en fait un double boudin, se trouve dans le dôme du Tso Morari, dans le Nord-Ouest de Himalaya indien, au Ladakh. Un tel boudinage indique un très important étirement de gauche à droite, avec striction des niveaux basiques compétents (amphibolites) emballés dans les niveaux felsiques incompétents schistosés (gneiss).

Localisation par fichier kmz des boudins d'amphibolites du Tso Morari (Ladakh).


Zoom arrière sur l'affleurement montrant des boudins d'amphibolites emballés dans des gneiss

Figure 2. Zoom arrière sur l'affleurement montrant des boudins d'amphibolites emballés dans des gneiss.

On voit qu'un deuxième “double boudin” se trouve à une dizaine de mètres à droite des boudins de la figure 1.


Zoom arrière sur le versant de la vallée du Ladakh des figures 1 et 2 montrant les boudins d'amphibolites emballés dans des gneiss

Figure 3. Zoom arrière sur le versant de la vallée du Ladakh des figures 1 et 2 montrant les boudins d'amphibolites emballés dans des gneiss.

On voit qu'un deuxième et un troisième niveau à boudins se trouvent respectivement à environ 20 et 30 m au-dessus du principal niveau avec boudins. La foliation est horizontale sur la totalité du versant, des boudins étirés horizontalement sont visibles dans les 2/3 de la hauteur de la totalité du versant. La déformation pénétrative affecte donc une grande épaisseur des terrains.


Zoom arrière sur le versant de la vallée du Ladakh des figures 1 et 2 montrant les boudins d'amphibolites emballés dans des gneiss

Figure 4. Zoom arrière sur le versant de la vallée du Ladakh des figures 1 et 2 montrant les boudins d'amphibolites emballés dans des gneiss.

On voit qu'un deuxième et un troisième niveau à boudins se trouvent respectivement à environ 20 et 30 m au-dessus du principal niveau avec boudins. La foliation est horizontale sur la totalité du versant, des boudins étirés horizontalement sont visibles dans les 2/3 de la hauteur de la totalité du versant. La déformation pénétrative affecte donc une grande épaisseur des terrains.


Le Ladakh indien se trouve au Nord-Ouest de la chaine de l'Himalaya, chaine souvent présentée comme l'exemple typique des chaines de collisions. Au Sud de la suture ophiolitique qui marque la limite entre le craton indien et les nombreux “blocs” asiatiques (suture dite de l'Indus dans l'Ouest, de la chaine, du Tsang Po à l'Est), l'Himalaya est constitué d'un empilement de nappes de charriage chevauchant vers le Sud. Au Nord de cette suture se trouve le très complexe plateau du Tibet (cf. Le plateau du Tibet : caractéristiques, origine et évolution). Dans la chaine himalayenne sensu stricto, on trouve de très nombreux objets tectono-métamorpho-magmatiques. Planet-Terre a déjà des plis (cf. Plis dans une zone de convergence (chaîne de collision) : la vallée de Sarchu dans l'Himalaya, Ladakh (Inde)), des failles normales (cf. Failles normales et extension dans une zone de convergence (chaîne de collision) : exemple au Ladakh (Inde), Himalaya)... Nous vous montrons cette semaine d'autres objets tectoniques, à savoir des boudins. Toutes les photographies de cette semaine proviennent du dôme du Tso Morari, un des éléments des nappes Nord-himalayennes. Ces photographies ont été prises lors d'une excursion organisée en 2010 par le CBGA sous la direction de Raymond Cirio, Jean-Luc Epard et Arnaud Pêcher. Une partie du livret guide édité à cette occasion a été repris pour une excursion en 2019 et est disponible sur le web. Ce secteur Nord-himalayen a subi une histoire tectono-métamorphique très complexe qu'il n'y a pas lieu de détailler ici. Le Tso Morari est constitué majoritairement de gneiss, contenant des niveaux d'amphibolites, souvent sous forme de boudins. Ces gneiss sont des orthogneiss, provenant de granites du Protérozoïque supérieur / Paléozoïque inférieur, poly-métamorphisés depuis 70 Ma. Les amphibolites dérivent sans-doutes d'anciens filons ou sills basiques (datant de l'ouverture de la marge Nord-indienne ?), transformés en éclogites il y a 55 Ma, rétromorphosés en amphibolites il y a 45 Ma et parfois en schistes verts il y a 30 Ma. Ce fragment de la croute continentale indienne a donc subi une subduction au moins jusqu'à 70-80 km (2,5 GPa) puisque des reliques de coésite y ont été découvertes [A.K. Jain et S. Singh,2009, Geology and Tectonics of the Southeastern Ladakh and Karakoram. Geol Soc. of India, Bangalore]. Puis cette croute continentale éclogitisée a été exhumée.

Coupe Sud-Nord de l'Himalaya au niveau du Ladakh, au Nord des nappes Nord-himalayennes

Figure 5. Coupe Sud-Nord de l'Himalaya au niveau du Ladakh, au Nord des nappes Nord-himalayennes.

HFB : Front Himalayen (Himalayan Front Boundary) ; MBT : Chevauchement Bordier (transportant le Moyen Himalaya sur l'avant-pays molassique) ; MCT : Chevauchement Central (base du haut Himalaya) ; LKRD : dôme de Larji-Kullu Rampur (localement crevé en fenêtre laissant voir les nappes sous-jacentes du Moyen Himalaya) ; ZSZ : Zanskar shear-zone, zone de faille Nord-himalayenne.

Toutes les photos ont été prises dans le dôme du Tso Morari (TM, astérisque rouge).

D'après A. Steck, 2003. Geology of the NW Indian Himalaya, Eclogae Geologicae Helvetiae, 96, 2, 147-196


Rappel du mécanisme à l'origine du boudinage

Figure 6. Rappel du mécanisme à l'origine du boudinage.

Par rapport au schéma de la semaine dernière (cf. Fentes de tension et boudinage dans la vallée de la Durance (Hautes-Alpes)), une composante cisaillante a été rajoutée à l'élongation et au raccourcissement.


Détail sur les boudins de droite visibles sur la figure 2

Figure 7. Détail sur les boudins de droite visibles sur la figure 2.

La schistosité/foliation du gneiss montre un pli à plan axial horizontal à gauche du boudin.


Détail sur la terminaison du pli couché visible sur la figure précédente (c'est la schistosité/foliation de l'orthogneiss qui est plissée)

Figure 8. Détail sur la terminaison du pli couché visible sur la figure précédente (c'est la schistosité/foliation de l'orthogneiss qui est plissée).

Bien qu'il soit difficile de faire de la géologie “de loin“, il semble que la schistosité replissée n'emballe pas la terminaison du boudin, mais se trouve dessous. Cela montre l'histoire tectonique complexe du secteur du Tso Morari, avec schistosité, plissement de cette schistosité, boudinage…


En plus des “gros boudins” affleurant dans le versant de la montagne, de très nombreuses figures de boudinage de petite taille sont visibles en bord de route.

En parcourant les rares routes qui traversent le dôme du Tso Morari, on voit ici ou là des boudins sombres agrémentant les flancs des montagnes faites majoritairement de gneiss clairs.

Boudins basiques dans les montagnes du Tso Morari, Ladakh

Deux ensembles de boudins basiques (sombres) au flanc d'une montagne du Tso Morari

Figure 14. Deux ensembles de boudins basiques (sombres) au flanc d'une montagne du Tso Morari.

La figure suivante détaille les niveaux basiques de gauche, les deux figures d'après détaillent ceux de droite.


Zoom sur les boudins d'amphibolites de la gauche de la vue générale

Figure 15. Zoom sur les boudins d'amphibolites de la gauche de la vue générale.

La géométrie de ces boudins est plus complexe que celle des boudins des figures 1 à 5.


Zoom sur les boudins d'amphibolite de la droite de la vue générale

Figure 16. Zoom sur les boudins d'amphibolite de la droite de la vue générale.

Vus de près, ces niveaux basiques s'avèrent constitués de plusieurs lits basiques intensément replissés. Cela montre encore que les déformations ayant affecté le Tso Morari sont extrêmement complexes, bien plus complexes qu'un simple chevauchement vers le Nord.

Localisation par fichier kmz des niveaux basiques lités et plissés du Ladakh.


Zoom sur les boudins d'amphibolite de la droite de la vue générale

Figure 17. Zoom sur les boudins d'amphibolite de la droite de la vue générale.

Vus de près, ces niveaux basiques s'avèrent constitués de plusieurs lits basiques intensément replissés. Cela montre encore que les déformations ayant affecté le Tso Morari sont extrêmement complexes, bien plus complexes qu'un simple chevauchement vers le Nord.

Localisation par fichier kmz des niveaux basiques lités et plissés du Ladakh.


Le phénomène de boudinage est classiquement associé à un étirement important, étirement affectant des niveaux de compétences différentes. Quand, sur le terrain, je montre des boudins à des étudiants (ou à des enseignants en stage) dans les Alpes, les Pyrénées ou la chaine hercynienne (chaines résultant d'une convergence), j'ai souvent la réaction suivante : « comment peut-on avoir du boudinage, résultant d'une élongation, dans une chaine résultant d'une collision ? ». Peut-être certains d'entre vous se sont-ils posé cette question la semaine dernière (cf. Fentes de tension et boudinage dans la vallée de la Durance (Hautes-Alpes)) en découvrant des boudins dans les Alpes. D'une façon très générale, il faut bien savoir que les déformations se font à volume constant, et que s'il y a raccourcissement dans une direction, il y a forcément élongation dans une autre. Plus concrètement, nous vous montrons 2 exemples où il peut y avoir élongation dans un contexte de raccourcissement. Et parce que la plus visible (la plus récente) des déformations du Tso Morari est une extension ductile, nous vous montrons comment une telle extension peut aussi faire des plis.

Plis simples et symétriques engendrés par un raccourcissement

Figure 18. Plis simples et symétriques engendrés par un raccourcissement.

Dans le cas de plis anisopaques (matériel incompétent soit à cause de sa nature, soit de sa température), les flancs des plis sont étirés, et du boudinage y est possible.


Schéma d'un volume de roche affecté d'un mouvement chevauchant en régime ductile

Figure 19. Schéma d'un volume de roche affecté d'un mouvement chevauchant en régime ductile.

De l'élongation est engendrée à deux échelles par ce mouvement : (1) si ce mouvement chevauchant génère des plis d'entrainement, il peut y avoir du boudinage dans les flancs de ces plis d'entrainement ; (2) même s'il ne se fait pas de plis d'entrainement, la distance entre les points A et B augmente ; le matériel y subit donc une élongation et du boudinage peut apparaitre.


Schéma d'un volume de roche affecté d'un mouvement normal (extensif) en régime ductile

Figure 20. Schéma d'un volume de roche affecté d'un mouvement normal (extensif) en régime ductile.

De l'élongation est engendrée à deux échelles par ce mouvement : (1) si ce mouvement extensif génère des plis d'entrainement, il peut y avoir du boudinage dans les flancs de ces plis d'entrainement ; (2) même s'il ne se fait pas de plis d'entrainement, la distance entre les points A et B augmente ; le matériel y subit donc une élongation et du boudinage peut apparaitre.


Résumé sommaire de l'histoire du Tso Morari, Ladakh

Figure 21. Résumé sommaire de l'histoire du Tso Morari, Ladakh.

  1. Le futur Tso Morari faisait partie de la marge passive et de la croute continentale amincie Nord-indienne.
  2. Après la subduction totale de l'océan compris entre l'Inde et l'Asie, la marge indienne subduit à son tour. Le futur Tso Morari atteint au moins 70-80 km de profondeur (55 Ma).
  3. Pour des raisons encore discutées mais sans doute reliées à des serpentinites localisées au-dessus du slab, le Tso Morari remonte activement, forme un dôme et est exhumé.
  4. Des mouvement décrochants tardifs (non représentés ici) comme ceux de la faille du Karakoram affectent l'ensemble.

Il n'est pas étonnant que tous ces mouvements aient généré des métamorphismes et des déformations complexes polyphasés.

S. Guillot, K.H. Hattori, J. de Sigoyer, 2000. Mantle wedge serpentinization and exhumation of eclogites: Insights from eastern Ladakh, northwest Himalaya, Geology, 28, 3, 199–202 [pdf]


Vue aérienne du Ladakh, à cheval sur 3 pays (Chine, Inde et Pakistan, avec des frontières contestées)

Figure 22. Vue aérienne du Ladakh, à cheval sur 3 pays (Chine, Inde et Pakistan, avec des frontières contestées).

La punaise jaune localise le secteur du Tso Morari où ont été prises les photos de boudins de cet article.


Localisation du Ladakh et de ses boudins au Nord-Ouest de la chaine himalayenne