IV.1 Unités sismiques régionales et contraintes stratigraphiques

La stratigraphie sismique des bassins sédimentaires offshores de la partie Nord du continent Zealandia, tels que le Bassin de Reinga (Bache et al. 2012), le Fossé de Nouvelle-Calédonie (Etienne et al. 2018) et le Bassin de Fairway (Rouillard et al. 2017), calée sur les données de puits disponibles régionalement, a abouti à un découpage en 5 unités sismiques proposées par Bache et al. (2014) (Figure I-27). Ces dernières sont organisées en trois megaséquences (U3, U2 et U1) associées à des cycles de transgression/regression avec :

- la subduction Est-Gondwanienne (U3) ; - la période de rifting crétacé (U2b) ; - la période post-rift crétacé-éocene (U2a) ; - la période de compression éocene (U1b) ;

- la période d’ouverture des bassins arrière-arc de la subduction Tonga Kermadec entre l’Oligocène et le Néogène (U1a) ;

Figure I-27 : Schéma réapitulatif des unités sismiques et discordances présentes dans le région nord du continent Zealandia. Chacune de ces unités sismiques est rattachée aux phases tectoniques précédemment décrites. Figure d’après Etienne et al. (2018) et adaptée d’après Bache et al. (2014) et Rouillard et al. (2017)

Figure I-28 : a) Carte bathymétrique de la région Sud-Ouest Pacifique et positionnement des lignes sismiques montrées dans cette partie ainsi que les puits DSDP présents sur le Continent Zealandia. b), c), d) et e) Interprétation des lignes sismiques GA-206-1, ga302-19, 114-02 et REI09-012-4060 montrant les unités sismiques régionales visibles sur l’ensemble du domaine offshore du continent Zealandia. Il est à noter que l’interprétation de la ligne 114-114-02 ne fait pas de distinction entre l’unité U2b et U2a. Données bathymétriques issues de l’altimétrie satellitaire (Smith & Sandwell 1997).

Ces trois mégaséquences identifiées régionalement (Figure I-28), sont séparées par deux discordances majeures nommées RU1 et RU2 (Figure I-27 et Figure I-28d) (Bache et al. 2014). Ces dernières correspondent respectivement à une discordance majeure Éocène-Oligocène séparant les mégaséquence U1 et U2 ; et à une discordance d’âge crétacé supérieur délimitant les unités sismiques U2 et U1.

I-IV.1.1 Les séries pré-rift (Unité 3)

L’unité U3, regroupant les séries pré-rift basales, est représentée par des faciès sismiques de configuration chaotique ou des réflecteurs continus et inclinés souvent plissés et affectés par des failles normales (Figure I-28b) (Collot et al. 2009; Bache et al. 2014; Rouillard et al. 2017; Etienne et al. 2018). Cette unité est présente à la base des structures en horst et graben et sa limite supérieure est définie par une surface érosive de forte amplitude marquée par des réflecteurs en toplap (Figure I-28c & d). Cette surface d’érosion majeure est dénommée RU2 et correspond à une discordance angulaire (Figure I-28d) enregistrant la transition entre la phase de convergence associée à la subduction Est-Gondwanienne et la phase extensive de rifting (Bache et al. 2014). L’ensemble de cette unité est interprété comme s'étant déposé dans un bassin avant- ou arrière-arc de la subduction Est-gondwanienne (Bache et al. 2014; Rouillard et al. 2017) avec notamment la présence de sédiments volcanoclastiques au sein du forage Wakanui (Milne & Quick 1999).

I-IV.1.2 Les séries syn-rift (Unité U2b) et post-rift (Unité U2a)

1) L’unité syn-rift U2b

L’unité U2b est interprétée comme synchrone de la phase de rifting crétacé supérieure. Elle enregistre la mise en place de grabens et demi-grabens (Figure I-29) avec la présence de (1) faciès sismiques aux configurations divergentes (Figure I-28c) (Hashimoto et al. 2008; Collot et al. 2009; Colwell et al. 2010; Bache et al. 2014; Rouillard et al. 2017) ; ou (2) de wedges progradant se terminant en downlap sur l’unité sous-jacente (Figure I-28b) (Van de Beuque et al. 1998; Uruski et al. 2003; Exon et al. 2007; Collot et al. 2009; Bache et al. 2014; Rouillard et al. 2017). La base de cette unité sismique est marquée par une surface de downlap et onlap sur la surface érosive RU2 alors que son sommet est marqué par une surface de onlap des unités sismiques sus-jacentes U1b ou U1a (Bache et al. 2014; Etienne et al. 2018).

Les analogies avec les formations onshores (Formation à Charbon en NC (Paris 1981) et les groupes de Rakopi et Pororari en NZ (Laird 1993; Laird & Bradshaw 2004; Browne et al. 2008) permettent une interprétation de dépôts peu profond (type deltaïque) pour cette unité sismique (Uruski & Wood 1991; Uruski et al. 2003; Hashimoto et al. 2008; Colwell et al. 2010; Bache et al. 2014; Rouillard et al. 2017). Localement, des dépôts associés à une tectonique salifère et des constructions récifales sont interprétés dans le Bassin de Fairway (Rouillard et al. 2017).

2) L’unité post-rift U2a

L’ouverture de la Mer de Tasman (85 Ma ; (Hayes & Ringis 1973; Weissel & Hayes 1977; Gaina et al. 1998; Crawford et al. 2003) engendre une subsidence post-rift régionale enregistrée par l’unité U2a (Bache et al. 2014; Rouillard et al. 2017; Etienne et al. 2018). Elle est représentée par un faciès sismique composé de réflecteurs tabulaires drapant l’ensemble des structures et des unités sous-jacentes en onlap, formant généralement des géométries en forme de bassin sag (Figure I-28c & e) (Collot et al. 2008; Bache et al. 2014; Rouillard et al. 2017). Les dépôts associés à cette unité correspondent à des dépôts marins profonds enregistrant la transgression post-rift (visible au sein des puits DSDP, cf. partie I-IV.2.4) (Browne et al. 2016; Rouillard et al. 2017). Le sommet de cette unité sismique correspond à la

discordance RU1 marquant le hiatus majeur Éocène – Oligocène (Figure I-28d) (Bache et al. 2014; Etienne et al. 2018).

Cette discordance marquerait le passage à la phase compressive éocène, liée à l’initiation de subduction Tonga-Kermadec (Collot et al. 2008; Bache et al. 2014; Sutherland et al. 2017).

I-IV.1.3 Les séries syn-convergence (Unité U1b) et syn-subsidence (Unité U1a)

1) Les séries syn-convergence : l’Unité U1b

L’Éocène marque un changement majeur de régime tectonique avec une période de compression régionale, nommée évènement TECTA – Tectonic Event of Cenozoic in the Tasman Area – et qui serait associé à l’initiation de la subduction Tonga-Kermadec (Bache et al. 2012; Sutherland et al. 2017). Cette phase est associée à l’unité sismique discontinue U1b (Rouillard et al. 2017; Sutherland et al. 2017; Etienne et al. 2018) (Figure I-29). Elle est représentée par des faciès sismiques chaotiques voir par des réflecteurs faiblement continus formant des wedges sédimentaires en pied de pente des hauts structuraux (Figure I-28d et e) (Sutherland et al. 2017; Etienne et al. 2018). Aussi, Sutherland et al. (2017) y voient l’enregistrement syn-tectonique de (1) failles normales réactivées en inverse, (2) de chevauchements ainsi que (3) de plis visibles dans la région (Figure I-29).

L’alimentation de cette unité sismique proviendrait principalement de l’érosion transgressive visible sur les différentes rides et objets structuraux mis en jeu durant cette période. Cette érosion est associée à la discordance RU1 (Bache et al. 2012). Cette unité sismique enregistrerait donc une surrection notable des différentes rides directement liée à la compression éocène (Sutherland et al. 2017; Etienne et al. 2018).

Figure I-29 : Interprétation sismique montrant le caractère syn-tectonique de l’Unité u1b. Respectivement, les unités U2a et U1a pré- et post-date la déformation se déroulant durant l’Éocène. L’emplacement des lignes sismiques est visible dans la Figure I-28. Les caractères sismiques de cette unité sont décrits ci-avant. Figure d’après Sutherland et al. (2017)

2) Les séries syn-subsidence : l’Unité U1a

L’unité sismique U1a représente l’ensemble des dépôts se mettant en place entre l’Oligocène et l’actuel (Hashimoto et al. 2008; Colwell et al. 2010; Sutherland et al. 2010; Bache et al. 2012; Bache et al. 2014; Rouillard et al. 2017; Etienne et al. 2018). Elle est représentée par des réflecteurs à la configuration conforme, drapant en onlap l’ensemble des structures du domaine (Colwell et al. 2010; Rouillard et al. 2017; Etienne et al. 2018). Dans le sud du Fossé de Nouvelle-Calédonie, Etienne et al. (2018) observent de fortes variations de faciès sismique entre les dépôts existants sur les marges des différentes rides (chaotiques) et ceux présents dans les bassins (conformes). Cette variation est marquée par une surface d’onlap et est expliquée comme une transition de faciès. Enfin, l’ensemble de cette unité montre des variations d’épaisseurs importantes entre les dépôts existants sur la ride et ceux dans le bassin (Rouillard et al. 2017).

Localement forée, cette unité correspond à de la boue carbonatée provenant de la décantation pélagique et hémipélagique (Rouillard et al. 2017; Etienne et al. 2018) (voir partie I-IV.1.4). Un transfert des dépôts entre les rides et les bassins permet d'expliquer les variations d'épaisseur observée (Rouillard et al. 2017; Etienne et al. 2018). Cette interprétation est appuyée par les nombreuses ravines, escarpements et autres déformations gravitaires (creeping) visibles dans la bathymétrie actuelle (Rouillard et al. 2017; Etienne et al. 2018).

I-IV.1.4 Calages stratigraphiques : les données de puits DSDP/ODP/IODP

Les unités sismiques décrites précédemment sont partiellement calées stratigraphiquement grâce aux données de forages existantes dans la partie septentrionale du continent Zealandia. Ces calages proviennent des puits 207 et 208 du Leg DSDP 21 localisés respectivement dans le Fossé de Nouvelle-Calédonie et sur la Ride de Lord Howe. Ces puits échantillonnent les dépôts sédimentaires du Crétacé supérieur jusqu’à l’actuel (Figure I-30).

Figure I-30 : Synthèse des données des forages DSDP présents sur le continent Zealandia et présentation du calage stratigraphique avec les données et unités sismiques présentes dans la zone. La localisation des forages est visible dans les. Figure modifiée d’après Collot et al. 2009)

1) Le Forage 208 (Burns et al. 1973a)

Localisé sur la bordure ouest de la Ride de Lord Howe (Figure I-28a), le forage DSDP 208, foré dans les années 70, échantillonne une colonne sédimentaire de 594m recoupant à sa base des dépôts d’âge crétacé supérieur. Ce forage traverse trois séquences sédimentaires séparées par deux discordances majeures (Figure I-30).

- La première séquence (594-512m) correspond à des mudstones à foraminifères planctoniques et riche en nannofossiles marqués par la présence de nodule de chert et de bioturbations de type Zoophycos. Des spicules d’oursin, des diatomées, des radiolaires ainsi que de la pyrite sont présents de manière subordonnée. Les âges obtenus sur ce premier intervalle s’étendent entre le Maastrichtien supérieur et le Paléocène moyen.

- Une première discordance importante est ensuite observée entre le Paléocène moyen et l’Éocène inférieur.

- La seconde séquence présente une variation dans la sédimentation avec la mise en place d’un mudstone à radiolaire aussi marqué par la présence de nodule de chert. Cet intervalle s’étend de -512m à -488m et se met en place entre l’Éocène inférieur et l’Éocène moyen. - Une seconde discordance se met en place à la suite du second intervalle et marque un

hiatus sédimentaire entre l’Éocène supérieur et l’Oligocène moyen.

- Le troisième intervalle s’étend entre la profondeur de -488m jusqu’au sommet du forage. Il est composé de mudstone à nannofossiles et foraminifères avec des variations dans la proportion de ces éléments. Quelques nodules de pyrite sont observés ainsi que des bioturbations de type Zoophycos. Ce nouveau faciès se met en en place entre l’Oligocène supérieur et le Pléistocène supérieur. À partir de la profondeur -315m, les sédiments ne sont pas consolidés et correspondent à des oozes riches en nannofossiles et foraminifères Ce puit, localisé au plus proche du domaine offshore calédonien a été utilisé par Collot et al. (2008) pour caler stratigraphiquement les unités sismiques de cette zone (Figure I-30). Nécessitant une conversion temps-profondeur réalisée grâce à un modèle de vitesse, ces auteurs ont pu corréler et identifier la discordance RU1 Éocène-Oligocène dans le Bassin de Nouvelle-Calédonie jusqu'à la Ride de Lord Howe. Ce travail de détail, évitant l’ensemble des hauts structuraux de la ride, a permis d’obtenir un calage stratigraphique partiel des bassins sédimentaires dans le domaine offshore occidental.

2) Le forage 206 (Burns et al. 1973b)

Localisé au milieu du Fossé de Nouvelle-Calédonie (Figure I-28a), à l’extrémité sud du domaine offshore de la NC, le forage 206 échantillonne un grand nombre de séries et de discordances permettant le calage stratigraphique des unités. La base du forage échantillonne des séries paléocènes moyen à éocènes moyen composées d’argiles grises à nannofossiles, d'éléments de calcites et de foraminifères ainsi que des oozes à foraminifères planctoniques. Il est à noter la présence de quelques cherts. D'autre part, une première discordance est identifiée entre le Paléocène inférieur et l’Éocène inférieur (Figure I-30). Entre l’Éocène moyen et supérieur, le forage montre la présence de oozes riches en radiolaires et nannofossiles ainsi que des éléments de calcites. Une seconde discordance est observée entre l’Éocène supérieur et l’Oligocène moyen. À partir de l’Oligocène, l’ensemble des lithologies traversées correspond à des oozes riches en nannofossiles et en foraminifères. Quelques éléments d’argile et de calcite sont aussi identifiés. Cet intervalle note encore une discordance mineure entre le Miocène et le Pliocène.

I-IV.2 Le Fossé et le Bassin de Nouvelle-Calédonie – bassin(s) sédimentaire(s)