Contexte tectonique et géologique de la chaine interne de Kaikoura

La chaine de Kaikoura se situe à la limite entre la plaque pacifique à l’est et la plaque australienne à l’ouest (Figure 5.1). Ces plaques convergent actuellement à un taux d’environ 41 mm.an-1, ce qui rend la zone très active tectoniquement (Anderson and Webb, 1994). La chaine de Kaikoura est divisée en deux parties avec la chaine interne au nord-ouest et la chaine externe au sud-est (Figure 5.2A). La région est divisée en trois blocs tectoniques délimités par quatre grandes failles crustales à déplacement principalement dextre. Au Nord-Est, la chaine est bordée par la faille Wairau qui prolonge la faille alpine, et son taux de glissement actuel est estimé à environ 4-6 mm.an-1 (Pettinga et al., 2001; Figure 5.2A). Plus au sud-est, la faille Awatere qui s’étend sur près de 200 km du sud-ouest vers le nord-est, délimite la chaine interne de Kaikoura (Figure 5.2A). Son taux de glissement actuel est d’environ 5-6 mm.an-1 (Mason et al., 2006). Encore plus au sud-est, la faille Clarence, parallèle à la faille Awatere, délimite la chaine externe de Kaikoura avec un taux de glissement actuel d’environ 3.5-5 mm.an-1 (Nicol and Van Dissen, 2002). Enfin, la faille la plus au sud-est, la faille Hope, est la plus active actuellement avec un taux de glissement égal à environ 23±4 mm.an-1 (Van Dissen and Yeats, 1991), et accommodent une grande part de la convergence entre les deux plaques lithosphériques (Van Dissen and Yeats, 1991; Little and Jones, 1998; Nicol and Van Dissen, 2002). Le pendage du plan de ces failles est supérieur à 60° et leur direction est d’environ 70°N dans leur partie sud-ouest et s’oriente à 55°N vers leur partie nord-est (Lamb, 1988). Ce changement de direction résulte d’une rotation estimée entre 50 à 130° de la zone de Marlborough au Néogène (depuis ~20 Ma) engendrée par l’indentation du bloc continental du Chatham Rise (Figure 5.1), bloquant ainsi la subduction à la limite de plaque au nord de l’île du sud de Nouvelle-Zélande (Hall et al., 2004; Lamb, 2011; Randall et al., 2011). Ainsi, les failles de la région de Marlborough ont pu montrer, au début du Miocène, une orientation NO-SE et une dynamique de failles

inverses, qui a évolué progressivement vers une orientation NE-SO observée aujourd’hui, avec un déplacement horizontal dextre et une composante en faille inverse (Randall et al., 2011).

L’inversion d’âges (U-Th)/He sur zircon (ZHe) et apatite (AHe) (Collett et al., 2019; Jiao et al., 2017), ainsi que trace de fission sur apatites (AFT; Baker and Seward, 1996) montrent deux grandes périodes d’exhumation de la chaine de Kaikoura. Une première phase s’étend du Miocène au Pliocène (~25-5 Ma) où l’exhumation est focalisée sur les blocs supérieurs le long des failles Wairau, Awatere et Clarence, et une seconde phase d’exhumation distribuée sur l’ensemble de la région depuis le Pliocène (Baker and Seward, 1996; Collett et al., 2019; Jiao et al., 2017). Baker et Seward (1996) ont montré, à partir d’analyses AFT, une accélération d’exhumation du complexe ignée du Mont Tapuaenuku (Figure 5.2) à ~40-25 Ma appuyant une initiation de la chaine de Kaikoura au plus tard au début du Miocène. Cette conclusion est renforcée par la présence de dépôts sédimentaires marins datant du Crétacé tardif jusqu’à l’Oligocène (Pza et Onl ; Figure 5.2B), période à laquelle des dépôts de conglomérats (Mnw et Mau, Figure 5.2B) sont observés (Rattenbury et al., 2006).

Les roches affleurantes dans la chaine interne de Kaikoura sont en majeure partie représentées par les terrains de Pahau, d’âge Jurassique tardif à début Crétacé (Ktp, Figure 5.2B). Ces derniers sont composés de grauwackes quartzo-feldspatiques déposés sur la marge est de l’ancien continent

Figure 5.1. Contexte tectonique actuel de la Zélande, et localisation géographique de la zone d’étude. La

Nouvelle-Zélande se situe à la limite entre les plaques tectoniques australienne et pacifique, qui converge à un taux d’environ 41 mm an -1 au niveau de la zone d’étude (encadré noir). La chaine interne de Kaikoura se situe au nord de l’île de sud de la Nouvelle-Zélande. L’encadré noir délimite la zone d’étude, montrée à la Figure 5.2. (Figure traduite et modifiée de Rattenbury et al. (2006))

Gondwana et remaniés par un ancien prisme d’accrétion Mésozoïque (Rattenbury et al., 2006). Dans ces terrains, se sont mis en place des complexes magmatiques comme le complexe igné du Mont

Figure 5.2. (A) Carte structurale de la région de Marlborough, avec son système de faille. La chaine interne et externe de

Kaikoura sont localisées. (B) Localisation des sites d’échantillonnage sur fond de carte géologique dans la vallée de l’Awatere dans la chaine interne de Kaikoura. Les aires de drainage amont sont montrées pour chacun des échantillons détritiques récoltés. Les localisations d’échantillons in-situ d’études précédentes sont également reportées sur la carte (Baker et Seaward, 1996 ; Colett et al., 2019 ; Kao et al., 2001).

Tapuaenuku (CIT ; ~100 Ma ; Baker et al., 1994; Baker and Seward, 1996) qui représente aujourd’hui le point culminant de la chaine avec ses 2885 m d’altitude. Cette intrusion est composée de pyroxenite, de péridotite, d’anorthosite, de gabbro et de carbonatite mineures (Kit); et son insertion a métamorphisé les terrains de Pahau alentours formant des cornéennes (Kth ; Figure 5.2B; Baker et al., 1994; Rattenbury et al., 2006). Dans un rayon de plus de 10 km autour du CIT, des dikes principalement basanitiques et trachybasaltiques affleurent (Baker et al., 1994; Challis, 1961). Les roches du CIT et des dikes contiennent des apatites (Baker et al., 1994) et fournissent a priori une source majeure dans les sédiments des rivières drainantes. Des séries sédimentaires datant du Crétacé, affleurent dans la vallée de l’Awatere (Figure 5.2B). Elles reposent en non-corformité sur les terrains de Pahau aux alentours du Mont Lookout et sont composées de conglomérats, grès et limons (Kc, Figure 5.2B; Challis, 1966) évoluant vers des dépôts marins peu profonds dans lesquels des coulées basaltiques se sont mis en place plus tard (Kw, Figure 5.2B; Reay, 1993). Ces séries sédimentaires montrent une évolution de la zone d’étude à cette époque, d’un contexte de cônes deltaïques remplissant de petits bassins bordés par des failles, début Crétacé (~120-110 Ma) vers un environnement de plaine côtière à marin peu profond (Rattenbury et al., 2006). Le crétacé tardif et le Paléogène sont marqués par l’ouverture de la mer de Tasman et une subsidence régionale affecte la zone, provoquant une transgression marine. Le dépôt de sédiments fins et de calcaire domine cette période (Pza et Onl, Figure 5.2B). Enfin, la présence de conglomérats et de grès grossiers datant du Miocène (Mau et Mnw) dans la zone d’étude, est reliée au début de la surrection de la chaine interne de Kaikoura (Rattenbury et al., 2006; Walcott, 1978).

Dans cette étude, j’explore l’histoire d’exhumation de la chaine interne de Kaikoura à travers la datation d’apatites détritiques collectées dans la rivière Awatere et quelques-uns de ces tributaires actuels, par la thermochronométrie trace de fission (AFT). Je m’intéresse également à l’évolution du signal d’exhumation le long de la vallée Awatere, afin de savoir si l’histoire d’exhumation de la chaine interne de Kaikoura est similaire à l’exhumation en deux phases suggérée par (Collett et al., 2019) sur le bloc délimité par la faille Clarence et la faille Hope-Kekerengu.