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Geología de la margen activa del Perú entre los 3° y 12° de latitud sur

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Author(s): Bourgois, Jacques | Huchon, Philippe | Pautot, Guy

Journal: Bulletin de l'Institut francais d'études Andins
ISSN 0303-7495

Volume: 19;
Issue: 2;
Date: 1990;
Original page

Keywords: Géologie | Marge continentale | Fosse Pérou Chili | Erosion | Sédimentation | Bassin marginal externe | Tectonique | Tertiaire | Quaternaire

ABSTRACT
GEOLOGIE DE LA MARGE ACTIVE DU PEROU ENTRE 3° ET 12° DE LATITUDE SUD. La structure de la marge de type andin du Pérou est bien connue le long de trois profils sismiques multitraces localisés entre 5° et 12º Sud, au large de Paita (Profil CDP3), de Chimbote (CDP2) et Huacho (CDP1), du Nord vers le Sud. Des données additionnelles existent le long de ces transects il s'agit des levers SeaBEAM et SeaMARC II couvrant de vastes surfaces, de dragages et de carottages. Pendant le Leg. 112 du programme ODP, le Joides Resolution a foré 10 sites essentiellement localisés le long des profils CDP1 (679, 680, 681, 682 et 683) et CDP2 (683, 684 et 685). Les résultats du 'Nazca Plate Project' (1972-1980) ont montré que les roches métamorphiques du socle sud-américain s'étendent au moins jusqu'au bord du plateau continental et que l'accrétion de sédiments existe sur le bas de la pente continentale. Le retraitement postérieur des profils sismiques CDP1, CDP2 et CDP3 et les données bathymétriques SeaBEAM ont montré que la limite entre le socle continental de la marge et le prisme d'accrétion est localisé à la limite entre la pente moyenne et la pente inférieure de la marge. Cette limite marque également un changement dans le régime tectonique de la marge qui passe de l'extension pour le haut de pente à la compression vers le bas de pente. Les profils sismiques CDP1 et CDP2 montrent une discordance majeure de l'Eocène sur le socle identique à celle forée aux puits pétroliers Delphin et Ballena. Cette discordance est attribuée à la phase Incaïque (67 Ma à 57 Ma) bien connue à terre. Pendant le Leg. 112, l'Eocène a été foré sur trois sites de la pente moyenne et du bas de pente de la marge. Au site 688, l'Eocène présente des faciès marins de faible profondeur d'eau appartenant au plateau continental et à la pente supérieure comme l'indiquent les foraminifères benthiques. Cet Eocène (57 Ma à 40 Ma) est recouvert en discordance par de l'Oligocène supérieur. Les terrains de l'Eocène supérieur et de l'Oligocène inférieur (40 Ma à 25 Ma) manquent. Cette discordance correspond à la dernière phase Incaïque qui est reconnue au travers de la marge depuis le plateau continental jusqu'à moins de 15 km de la fosse où on la trouve à plus de 6,2 km de profondeur sous le niveau de la mer. Ainsi, pendant les 25 derniers Ma, le taux minimum de subsidence de la marge continentale externe localisée au large de Huacho, a été de 250 m. Ma-1. La sédimentation des 25 derniers Ma est marquée par plusieurs discordances angulaires locales semblables à celles connues à terre. Elles correspondent aux phases Quechua 1 à 3 (18-19 Ma à Actuel). Aux sites 688 et 682 du bas de pente, la séquence du Pliocène inférieur présente des faciès finement laminés d'upwelling côtier qui se déposent aujourd'hui sous des profondeurs d'eau comprises entre 150 m et 500 m. Leur découverte indique une subsidence de la marge de 3,5 km à 4 km pendant les 5 à 6 derniers Ma. Cela correspond à un taux de subsidence de 675 m. Ma-1 comparable au taux de subsidence de 350 m. Ma-1 à 650 m. Ma-1 calculé sur le haut de pente à partir d'échantillons dragués dans le bassin de Lima. Les profils sismiques CDP1 et CDP2 montrent un complexe d'accrétion collé contre la zone de transition tectonique compression-extension. Au site 685 un hiatus de 4,3 Ma sépare les sédiments de pente non déformés du Pléistocène du Miocène terminal (6,1 Ma à 6,8 Ma) sous-jacent. Les sédiments du Miocène présentent une fabrique pénétrative en compression. L'accrétion a commencé lorsque le flanc Nord de la ride de Nazca est passé en subduction à cet endroit, voilà environ 6 Ma. Au large de Paita, le long du profil CDP3, la bathymétrie SeaBEAM et les profils de sismique multitrace supplémentaires montrent des écroulements en masse sur le bas de pente. Deux escarpements courbes coupent la pente moyenne. Ils sont l'expression superficielle de surfaces de glissement vers le large le long desquels un bloc de 33 km par 20 km s'est déplacé de 800 m à 1000 m. Le raccordement de marqueurs indique en effet une rotation de 5° associé au glissement vers la fosse. Si ce mouvement est, comme nous le pensons, catastrophique, il aurait pu occasionner un tsunami de 50 m de haut, et cela pendant les 50 000 dernières années. L'effondrement des blocs localisés sur la pente moyenne a détruit une surface plate qui peut représenter le prolongement vers le bas du Tablazo connu à terre. Ce Tablazo est d'âge quaternaire au plus ancien. Ainsi la pente moyenne a pu subir une subsidence de 3 km pendant les deux derniers Ma avec un taux de 1500 m. Ma-1. Une estimation du volume de matériel érodé en provenance de la marge du Pérou peut être calculé à partir des valeurs de la subsidence reconnues le long des profils CDP1 et CDP3. Le long de CDP1 l'estimation du volume érodé pendant les 5 à 6 derniers Ma est de 450 km3 par km de fosse. Le long de CDP3 des valeurs moins fiables peuvent être calculées : 300 km3 par km de fosse pendant les 2 derniers Ma. Ces valeurs conduisent à des taux d'érosion compris entre 75 km3.km-1. Ma-1 et 150 km3, km-1. Ma-1 qui sont du même ordre de grandeur que ceux calculés le long de CDP1 par von Huene et al. (en préparation) et qui sont de l'ordre de 345 km3 en utilisant le modèle du prime de Coulomb. La valeur inférieure du flux de matériel déplacé par érosion sous-crustale au Pérou est égale à peu de choses prés à la plus grande valeur du flux de sédiments subduits en provenance de la Plaque Nazca. La estructura tipo andino de la margen peruana se define por medio de tres registros sísmicos multicanales transversales, ubicados entre los 5 y 12 grados de Latitud Sur. De Norte a Sur son: mar adentro de Paita (CDP-3), de Chimbote (CDP-2) y de Huacho (CDP-1) respectivamente. Información adicional a lo largo de estas líneas, incluyen extensos levantamientos 'SeaBEAM' y 'SeaMARC II', dragado y muestreo de testigos. Durante la ODP 'Leg 112', la 'Joides Resolution' perforó en 10 sitios ubicados principalmente a lo largo de las líneas CDP-1 (679, 680, 681, 682 y 683) y CDP-2 (683, 684, y 685). Los resultados del 'Proyecto Placa de Nazca' (1972 - 1980) indicaron que las rocas metamórficas continentales se extendían por lo menos hasta el borde del zócalo y que los sedimentos han crecido a lo largo de la pendiente continental inferior. El reprocesamiento subsecuente de los records sísmicos multicanales CDP-1, CDP-2 y CDP-3 y el levantamiento batimétrico SeaBEAM, en las afueras de Paita y Chimbote, colocaron el límite entre el basamento continental y el complejo de crecimiento, a lo largo del borde entre la pendiente media e inferior. Este borde también marca un cambio en el régimen tectónico: de tensional hacia arriba, a compresional hacia abajo. Los registros sísmicos CDP-1 y CDP-2 muestran una discordancia en el basamento bajo la sección del Eoceno, similar a la perforada en los pozos industriales Delfín y Ballena. Se infiere que esta discordancia sea la primera discordancia Incaica documentada en la costa (67 a 57 Ma). Durante la actividad de Leg 112, la sección del Eoceno fue muestreada en tres lugares de la pendiente media e inferior de la margen. En la estación 688, el Eoceno contiene una fauna de foraminíferos propios de una secuencia marina de aguas someras. Esta secuencia eocénica (57 a 40 Ma) está cortada por una discordancia a lo largo de la cual no existe el Eoceno Superior y el Oligoceno Inferior (40 a 25 Ma). La discordancia corresponde a la última discordancia Incaica, la cual se extiende desde el zócalo hasta dentro de 15 Km del eje de la Fosa y alcanza una profundidad de 6.2 Km bajo el nivel del mar. Durante los últimos 25 Ma, la mínima proporción de subsidencia de la margen continental externa fuera de Huacho, fue de 250 m. Ma-1. La sedimentación durante los últimos 25 Ma está marcada por varias discordancias angulares similares a las conocidas en la costa como Discordancias Quechua 1 a 3 (18-19 Ma a Recientes). En las estaciones 688 y 682 sobre la pendiente inferior, la secuencia basal pliocénica incluye facies de sedimentos finamente laminados, depositados por aguas frías que emergen de las profundidades y que están restringidas a la deposición en agua a profundidades de 150 a 500 m. Su recuperación indica 3.5 a 4.0 Km de subsidencia durante los últimos 5-6 Ma, lo cual corresponde a una proporción de subsidencia de 675 m. Ma-1. Esto es consistente con la proporción de subsidencia de 350 a 650 m. Ma-1 calculada de muestras dragadas pendiente arriba en la cuenca de Lima. Los records sísmicos CDP-1 y CDP-2 reflejan una cuña de crecimiento sobre la zona de transición. En el punto 685, un hiato de por lo menos 4.3 Ma separa la pendiente de los sedimentos Pleistocénicos no deformados de los sedimentos subyacentes del Mioceno Tardío (6.1 a 6.8 Ma) que han crecido por la adición externa de partículas, las cuales exhiben una estructura compresional pervasiva. El crecimiento comenzó con la subducción del borde posterior de la Dorsal de Nazca hace 6 Ma. A lo largo del registro CDP-3 en las afueras de Paita, los registros de batimetría SeaBEAM y los adicionales de reflexión sísmica, revelan una fuerte denudación en forma de una avalancha de desmonte en la pendiente inferior. Dos escarpas curvadas, cortan la pendiente media y marcan superficies de deslizamiento hacia el mar. Un block de 20 por 33 Km fue desplazado de 800 a 1000 m y rotado 5 grados hacia atrás durante su movimiento hacia abajo. Si este deslizamiento fue tan catastrófico como lo fue la avalancha de desmonte documentada hacia abajo, se debe haber generado un tsunami local de 50 m de alto durante los últimos 50,000 años. El fallamiento en bloques del área de la pendiente media destruyó una superficie plana y suave conocida en la costa como el 'Tablazo' de edad Cuaternaria. El área de la pendiente media a lo largo de la línea CDP-3, puede haber tenido una subsidencia de hasta 3 Km durante los últimos 2 Ma, a una proporción de 1500 m. Ma.-l. El volumen del material erosionado de la margen peruana puede ser deducido por la subsidencia a lo largo de CDP-1 y CDP-3. La erosión estimada durante los últimos 5-6 Ma, es de 450 Km3 por Km a lo largo de la fosa en CDP-1. Un valor más especulativo de la erosión durante los últimos 2 Ma, es de 300 Km3 por Km a lo largo de la Fosa en CDP-3. Esto produce proporciones de erosión entre 75 y 150 Km3.Km-l.Ma-l, consistente con los 345 a 535 Km3 calculados en la línea CDP-1 por von Huene et al. (en preparación), usando el modelo de la Cuña de Coulomb. El valor más bajo de flujo de material removido por erosión subcortical iguala más o menos al valor del flujo más grande de sedimentos que vienen de la Placa de Nazca. THE GEOLOGY OF THE PERU ACTIVE MARGIN BETWEEN 3 AND 12° SOUTH LATITUDE. The structure of the Andean type Peruvian margin is defined along three transverse multichannel seismic records located between 5° ans 12° S offshore Paita (CDP3), Chimbote (CDP2) and Huacho (CDP1) from north to south. Additional data along these transects include extensive SeaBEAM and SeaMARC II surveys, dredging, and core sampling. During ODP Leg 112 the Joides Resolution drilled at 10 sites located mainly along CDP1 (679, 680, 681, 682 and 683) and CDP2 (683, 684 and 685) transects. Results of the 'Nazca Plate Project' (1972-1980) indicated that continental metamorphic rocks extend at least to the edge of the shelf and that sediment had accreted along the lower continental slope. The subsequent reprocessing of the CDP1, CDP2 and CDP3 multichannel seismic records and the bathymetric SeaBEAM survey off Paita and Chimbote placed the boundary between continental basement and the accretionary complex along the middle slope-lower slope boundary. This boundary also marks a change in the tectonic regime from tensional upslope to compressional downslope. Seismic records CDP1 and CDP2 show an unconformity on basement below the Eocene section similar to that drilled at the Delphin and Ballena industry wells. The unconformity is inferred to be the first Incaic unconformity (67 to 57 Ma) documented onshore. During Leg 112, the Eocene section was sampled at three sites on the middle and lower slopes of the margin. At site 688, the Eocene contains a shallow marine sequence with shelf and upper slope benthic-foraminifera. This Eocene sequence (57 to 40 Ma) is cut by an unconformity along which the uppermost Eocene and Lower Oligocene (40 to 25 Ma) is missing. The unconformity corresponds to the last Incaic unconformity, which extends seaward from the shelf to within 15 km of the trench axis and reaches a depth of 6.2 km below sea level. During the past 25 Ma, the minimum rate of subsidence of the outer continental margin off Huacho was 250 m. Ma-1. The sedimentation of the past 25 Ma is marked by several local angular unconformities similar to that know onshore as Quechua 1 to 3 unconformities (18-19 Ma to Recent). At sites 688 and 682 on the lower slope, the basal Pliocene sequence includes finely laminated coastal upwelling facies, which are restricted to deposition in water 150 to 500 m deep. Their recovery indicates 3.5 to 4 km of subsidence during the past 5-6 Ma, which corresponds to a subsidence rate of 675 m Ma-1. This is consistent with the subsidence rate of 350 to 650 m Ma-1 calculated from samples dredged upslope in the Lima basin. Seismic records CDP1 and CDP2 image and accretionary wedge stacked against the transition zone. At site 685, a hiatus of at least 4.3 Ma separates the undeformed Pleistocene slope sediment from the underlying late Miocene (6.1 to 6.8 Ma) accreted sediment that exhibits a pervasive compressional fabric. The accretionary began with the subduction to the trailing edge of the Nazca Ridge 6 Ma ago. Along records CDP3 off Paita, SeaBEAM bathymetry and additional seismic reflection records reveal mass wasting in the form of avalanche debris on the lower slope. Two curved scarps cut the middle slope and mark slip surfaces seaward of which a 20 km by 33 km block was displaced 800 to 1000 m and back rotated 5° as it moved downslope. If this slip was catastrophic as was the avalanche debris documented downslope, a local 50 m high tsunami was generated during the past 50,000 yr. Block faulting of the middle slope area destroyed a smooth flat surface that may represent a seaward extension of a flat structure known onshore as the Tablazo. The Tablazo is of Quaternary age. The middle slope area along the CDP3 line may have subsided as much as 3 km during the past 2 Ma at a rate of 1,500 m.Ma-1. Estimates of the volume of material eroded from the Peru margin can be derived from the amount of subsidence along CDP1 and CDP3. Along CDP1 the estimated erosion during the past 5-6 Ma is 450 km3 per km along trench. Along CDP3, a more speculative value of erosion during the past 2 Ma is 300 km3 per km along trench. This yields rates of erosion-between 75 and 150 km3, km-1 Ma-1 consistent with the 345 to 535 km3 calculated along the CDP1 line by von Huene el al. (in preparation) using the Coulomb wedge model. The lowest flux value of material removed by subcrustal erosion equal more or less the greatest flux value of sediment coming from the Nazca Plate.

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