Contraintes structurales et cinématiques sur la frontière de plaque du Bloc Sud Mexicain

L'analyse des profils sismiques, des images satellites et des observations de terrain a permis d'identifier la Falla de Veracruz, une importante faille décrochante sénestre affectant le bassin de Veracruz et le volcanisme postérieur à 5 Ma du Massif de Los Tuxtlas. Cette faille, tectoniquement active, est mise en évidence par une sismicité modérée et une déformation affectant les cônes et terrasses alluviales, ainsi que le volcanisme quaternaire. Son importance réside dans sa capacité à connecter le système transtensif sénestre du CVM au NW avec les cisaillements latéraux également senestres affectant la Sierra de Chiapas au SE. La découverte de cette faille majeure modifie notre compréhension de la tectonique de la région, notamment en ce qui concerne les interactions entre les différentes plaques tectoniques et la déformation de la croûte terrestre. L'étude souligne l'utilisation combinée de données géologiques, géophysiques et géomorphologiques pour identifier et caractériser cette structure tectonique clé. L'étude des formations volcaniques du Pliocène, également affectées par ce cisaillement, renforce son importance dans l'analyse de la déformation plio-quaternaire.

La plaque Amérique du Nord est bordée au sud par deux frontières majeures : une frontière convergente avec les plaques Cocos et Rivera, et une frontière décrochante avec la plaque Caraïbe. La convergence entre les plaques Amérique du Nord et Cocos/Rivera se produit le long de la fosse d'Amérique Centrale, orientée N110°. Le volcanisme résultant de cette subduction forme l'Axe Volcanique Trans-Mexicain (AVTM). L'orientation est-ouest de cet arc volcanique est oblique par rapport à la fosse, suggérant un contrôle par la géométrie de la plaque plongeante. La géométrie de la plaque Cocos est variable, plongeant avec un angle élevé, sauf entre 102°W et 99°W où l'angle se rapproche de l'horizontale. Le vecteur de convergence est orienté N033°, sa vitesse augmentant de l'Est (23 mm/an) à l'Ouest (68 mm/an). L'étude mentionne également les failles Polochic et Motagua, dont la signature morphologique s'estompe vers l'Ouest, et un modèle où la déformation est absorbée de manière diffuse dans la province décrochante des Chiapas, selon Guzmán-Speziale & Meneses-Rocha (2000). Les travaux de Lyon-Caen et al. (2006) montrent une diminution du mouvement sur le système Polochic-Motagua vers l'Ouest, une partie du mouvement étant absorbée par les grabens d'Amérique Centrale et un «forearc sliver».

De nombreuses études ont identifié des microplaques découplées de la plaque Amérique du Nord au Mexique méridional. Le Bloc Sud-Mexicain (BSM), constitué des blocs Michoacán et Guerrero, est bien défini entre 99°W et 104°W. Il migre vers le sud-est par rapport à la plaque Amérique du Nord. Cette étude vise à définir les limites orientales du BSM. L'analyse d'observations de terrain, d'images satellites et de profils sismiques révèle la Falla de Veracruz comme une importante faille décrochante sénestre affectant la partie orientale de l'AVTM, la région de Veracruz et le Massif de Los Tuxtlas. Cette structure relie le système transtensif sénestre de la partie centrale de l'AVTM et le système transpressif sénestre de la province du Chiapas, suggérant que la Falla de Veracruz constitue la limite orientale du BSM. L'étude met en avant l'importance de cette nouvelle frontière pour comprendre la cinématique du BSM et son interaction avec les plaques environnantes. Les travaux antérieurs, principalement basés sur des données paléomagnétiques, mentionnent un mouvement sud-est du Sud du Mexique par rapport à la plaque Nord-Américaine, mais cette étude étend cette compréhension vers l'est.

L'étude propose un modèle cinématique pour le Bloc Sud-Mexicain (BSM) basé sur une rotation antihoraire. Ce modèle explique la déformation observée, notamment la transtension sénestre dans la Ceinture Volcanique Trans-Mexicaine (CVTM) connectée à la transpression dans la région du Chiapas. La frontière entre le BSM et la plaque Nord-Américaine est décrite comme complexe, constituée de trois zones de déformation active : une transtension sénestre affectant la CVTM, une faille décrochante sénestre le long de la côte du Golfe du Mexique et des failles inverses et décrochantes sénestres dans la région du Chiapas. L'arrangement de ces zones de déformation, avec transtension d'un côté et transpression de l'autre, suggère une rotation antihoraire du BSM. Ce mouvement est considéré comme crucial pour comprendre le point triple Cocos-Caraïbes-Amérique du Nord. Des travaux précédents, reposant sur des données paléomagnétiques, mentionnaient déjà un mouvement vers le sud-est du BSM, mais cette étude offre une perspective plus complète en intégrant les données structurales et cinématiques des différentes zones de déformation.

Le mécanisme de partitionnement du glissement le long de la fosse d'Amérique Centrale est évoqué pour expliquer le mouvement du BSM. L'azimut de convergence Cocos-Amérique du Nord, le long de la fosse orientée N110°, est de N033° (DeMets & Wilson, 1997), légèrement oblique par rapport à la fosse. Les vecteurs de glissement à la fosse ne sont pas parallèles au vecteur de convergence des plaques, mais déviés vers la normale à la fosse. Avant cette étude, aucune faille décrochante active parallèle à la fosse n'avait été clairement identifiée au Mexique méridional. La transtension dans la CVTM était considérée comme le principal mécanisme d'accommodation du partitionnement. Cependant, l'angle de convergence (14° en moyenne) est significativement plus faible que dans d'autres zones de subduction où le partitionnement est clairement exprimé. L'angle ψ entre le vecteur de glissement et la composante normale à la fosse est de seulement 10° dans la fosse d'Amérique Centrale, contre 20° pour la fosse de Java et 45° pour la fosse des Aléoutiennes (McCaffrey, 1992), rendant l'explication du partitionnement par l'obliquité de la subduction seule insuffisante.

En utilisant le taux d'extension dans la CVTM (N328° ± 10° à ~8 mm/an) et la vitesse du BSM déduite du diagramme de vitesse à la jonction quadruple (~N80° à ~8-11 mm/an), l'étude calcule approximativement un pôle eulérien de rotation pour le mouvement du BSM par rapport à la plaque Nord-Américaine. Le modèle proposé prédit une rotation antihoraire de 0.452°/Ma avec un pôle situé à 24.16°N et -91.8°W. Une comparaison avec les vitesses GPS obtenues par Lyon-Caen et al. (2006) montre une bonne concordance pour certains sites (ELEN, RUB, SOL, HUE), tandis que les vitesses pour d'autres sites (MAZ, CHL) sont intermédiaires entre les mouvements prédits pour le BSM et la microplaque de l'avant-arc centro-américain. Cette différence pourrait résulter d'une déformation diffuse ou élastique entre les deux microplaques. Le mouvement de la plaque Cocos par rapport au BSM a également été calculé, les vecteurs de vitesse ajustant les directions de glissement le long de la fosse d'Amérique Centrale. L'estimation précise de la vitesse de rotation est donc un point important pour mieux cerner la cinématique du bloc dans son ensemble.

La déformation cénozoïque de la Mesa Central est marquée par deux événements extensifs majeurs. Le premier, d'âge Oligo-Miocène, est souvent associé à un épisode de type "Basin & Range" ou à l'ouverture du Golfe de Californie. Il a affecté le volcanisme de la Sierra Madre Occidentale et créé de grands grabens orientés Nord-Sud, formant le trait morphologique le plus marquant de la Mesa Central. Le second événement, plus récent (Miocène supérieur à actuel), est lié à l'extension intra-arc affectant l'Axe Volcanique Trans-Mexicain. Les failles N90° et N45° du système Tula-Chapala sont les principales structures impliquées, accommodant un mouvement transtensif senestre. La chronologie et les interactions de ces deux événements extensifs sont essentielles pour comprendre l'évolution tectonique de cette région. La complexité des structures géologiques nécessite une analyse approfondie pour déterminer les relations temporelles et spatiales entre les différents systèmes de failles.

Le système Tepehuanes-Zimapán, actif durant l’Oligocène et le Miocène, est composé de failles normales, transtensives et décrochantes sénestres. L’étude explore la possibilité de rotations de blocs associées à ce système. Des études similaires sur la Ceinture Volcanique Trans-Mexicaine, actuellement affectée par une tectonique transtensive sénestre, ont montré des rotations antihoraire. La région de San Luis Potosí et la Sierra de Guanajuato, riches en successions ignimbritiques de l'Oligocène inférieur, sont particulièrement étudiées. Les coulées pyroclastiques, en formant de vastes épanchements tabulaires, facilitent les corrélations stratigraphiques et les corrections de pendage. L'analyse des données structurales indique un mouvement transtensif sénestre, avec une direction d'extension NNE-SSW oblique aux structures. Des études paléomagnétiques sur les roches de l'Oligocène inférieur montrent des rotations antihoraire, confirmant l'hypothèse d'un mouvement transtensif senestre. La comparaison avec la transtension observée dans l'Axe Volcanique Trans-Mexicain suggère une interprétation similaire pour le système Tepehuanes-Zimapán.

La Sierra de Guanajuato, comme la région de San Luis Potosí, présente deux systèmes de failles orthogonaux, orientés NW-SE et NE-SW. Dans la partie orientale de la Sierra de Guanajuato, des unités volcaniques datées entre 30 et 37 Ma sont affectées par des failles NW-SE. La faille La Leona, par exemple, met en contact la formation Calderones (non datée) et la rhyolite La Bufa (37 Ma). Autour de Querétaro, le volcanisme andésitique et dacitique, lié à la formation de l'Axe Volcanique Trans-Mexicain, est affecté par des structures orientées ENE-WSW à E-W, recoupées par des failles N-S du graben de Querétaro. L'âge de ces formations varie entre 16.1 ± 1.7 Ma et 9.9 ± 0.4 Ma. Des mesures sur les failles montrent des régimes décrochants avec une composante dextre et des régimes purement extensifs, selon la localisation et les unités affectées. L'âge des structures est relativement bien contraint par l'étude des formations volcaniques qu'elles affectent. La ville de Guanajuato, ainsi que Querétaro et San Miguel de Allende sont mentionnés comme des localisations clés pour l'étude de ces structures.