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Bull. Soc. géol. Fr., 2011, t. 182, no 2, pp. 163-180

Refining our knowledge of the Messinian salinity crisis records in the offshore domain through multi-site seismic analysis JOHANNA LOFI1, FRANÇOISE SAGE2, JACQUES DÉVERCHÈRE3, LIES LONCKE4, AGNÈS MAILLARD 5, VIRGINIE GAULLIER4, ISABELLE THINON6, HERVÉ GILLET7, POL GUENNOC6 and CHRISTIAN GORINI8 Key-words. – Messinian salinity crisis, Mediterranean, Seismic profiles, Evaporites, Erosion, Clastics.

Abstract. – The Messinian salinity crisis (MSC) [Hsü et al., 1973] has deeply shaped the Mediterranean landscape and triggered large sedimentary deposits (evaporites and clastics) in the deep basins within a short time span. Until recently, the MSC has mainly been analyzed independently, either through outcrops located onshore (e.g. Morocco, Cyprus, Spain, Sardinia, Italy) or through marine seismic profiles in the deep offshore. Each approach bears its own limitations: (1) on the one hand, land outcrops refer to incomplete Messinian successions that are geometrically disconnected from the offshore Messinian deposits owing to tectonics (e.g. Apennines) and/or because they accumulated at an early stage of the crisis in shallow marginal basins (e.g. Spain); (2) on the other hand, seismic profiles from the upper margins down to the deep basins allow to image and explore the entire MSC event as a continuous process, but with a lower resolution and with a lack of stratigraphical and lithological control, in the absence of full recovery of scientific boreholes. We present here a synthesis of a set of modern geophysical data over the Mediterranean and Black seas allowing to image the Messinian markers (erosion surfaces, depositional units and their bounding surfaces) much better than previously and to study the spatio-temporal organisation of these markers from the inner-shelves down to the bathyal plains. The results from thirteen areas located offshore are compared, with common charts and nomenclatures. The comparative and multi-site approach developed here allows to analyse the record of the MSC on margin segments and basins that depict various structural, geodynamical and geological settings, to fix a number of local influencing factors (tectonics, subsidence, inherited topography, sedimentary fluxes...) and to partly assess their influence in facies and geometrical variations of the MSC units. We are thus able to extract from our analysis some recurrent signals related to the MSC ss., allowing us to discuss: (1) the amplitude and modalities of base-level changes during the MSC; (2) the depositional modalities of the MSC units in the deep basins; (3) the location of the erosion product of the margins and to emphasise (4) the major differences between the eastern and western Mediterranean basins.

Une meilleure connaissance des enregistrements de la crise de salinité messinienne en domaine marin grâce à l’analyse sismique multi-sites Mots-clés. – Crise de salinité messinienne, Méditerranée, Profils sismiques, Evaporites, Erosion, Clastiques.

Résumé. – La crise de salinité messinienne (CSM) [Hsü et al., 1973] a profondément modelé les paysages méditerranéens et généré d’épaisses accumulations sédimentaires (évaporites et dépôts clastiques) dans les bassins profonds sur une brève période de temps à l’échelle géologique. Jusqu’à présent, la CSM a principalement été étudiée distinctement, à terre, grâce aux affleurements (ex. Maroc, Chypre, Espagne, Sardaigne, Italie…), et en domaine marin, par l’intermédiaire de profils sismiques. Chacune de ces approches a ses propres avantages et limites : (1) les affleurements à terre sont relativement facile d’accès mais concernent des successions messiniennes incomplètes et déconnectées géométriquement des séries en mer, du fait de la tectonique post-crise (ex. Apennins) et/ou car elles se sont accumulées dans un premier temps de la crise seulement, dans des basins marginaux peu profonds (ex. Espagne) ; (2) les profils sismiques acquis de la plate-forme au bassin profond permettent quant à eux d’imager et d’étudier l’intégralité de la crise, mais avec une résolution bien inférieure à celle du terrain, et sans contraintes stratigraphiques et lithologiques en l’absence de forages scientifiques profonds. Nous présentons ici une synthèse d’un jeu de données géophysiques modernes acquises en Méditerranée et en mer Noire, permettant d’imager les marqueurs messiniens (surfaces d’érosion, unités de dépôts et leurs limites) bien plus nettement que par le passé, et d’étudier l’organisation spatio-temporelle de ces marqueurs depuis les domaines de plates-formes internes jusqu’aux plaines bathyales. Les résultats issus de 13 sites d’études localisés en mer sont comparés, avec des chartes et nomenclatures communes. L’approche comparative multi-sites développée ici permet d’analyser les enregistrements de la CSM sur des segments de marges et de bassins localisés dans des contextes structuraux, géody-

1. Géosciences Montpellier. cc 60 Bât. 22. Univ. Montpellier 2. 34095 Montpellier cedex 05, France. johanna.lofi@gm.univ-montp2.fr 2. Géoazur – Université Pierre et Marie Curie-Paris 6, UNS-CNRS-IRD-OCA, B.P. 48, 06235 Villefranche-sur-Mer cedex, France 3. Université Européenne de Bretagne; Domaines Océaniques UMR 6538 CNRS – Université de Brest (UBO) – IUEM, Place N. Copernic 29280 Plouzané, France 4. Laboratoire IMAGES – E.A. 4218, Université de Perpignan Via Domitia, 52 av. Paul Alduy, 66860 Perpignan cedex, France 5. LMTG, Université Toulouse-CNRS-IRD-OMP, 14 av. E. Belin, 31400 Toulouse, France 6. BRGM, GEO-GBS, 3 avenue Claude Guillemin, BP 6009, 45060 Orléans cedex 02, France 7. UMR 5805-EPOC, Université Bordeaux 1, F-33405 Talence, France 8. ISTeP, Université Pierre et Marie Curie, Place Jussieu, 75252 Paris cedex 05, France Manuscrit déposé le 21 janvier 2009 ; accepté après révision le 29 avril 2010; Bull. Soc. géol. Fr., 2011, no 2


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