Structural evolution of metamorphic rocks in the Talas Alatau, Tien Shan, Central Asia: Implication for early stages of the Talas-Ferghana Fault

The Talas Alatau Ridge consists of three tectonic units separated by thrusts. The central (Talas parautochthon) and northeastern (Kumyshtag sheet) parts consist mainly of unmetamorphosed terrigenous and carbonate deposits. The southwestern part of the Talas Alatau (Usunakhmat sheet) consists of greenschists and is bounded by the Central Talas Thrust (CTT) and Talas-Ferghana Fault (TFF). The latter is a major strike-slip fault with post-Permian dextral displacement estimated at as much as 200 km. A structural study shows that elongation axes of strain ellipsoids, stretching lineation and map-scale fold axes, as well as the trend of major faults including the CTT and the TFF, are parallel to each other. The natural deviatoric strain value gradually increases from the CTT to the TFF. The shape of the strain ellipsoid gradually varies within the Usunakhmat sheet from oblate at the frontal thrust to prolate in internal parts of the unit. The magnitude of shortening increases towards the CTT, whereas natural deviatoric strain decreases towards the CTT implying structural thickening of internal parts of the Usunakhmat sheet. Strong parallelism of the TFF, CTF and other map- and outcrop-scale structures and their close connection with strain patterns show that they were formed during the same tectonic event. They were likely formed during Middle to Late Ordovician collision and built up Kyrgyzian microcontinent as a thrust fold belt whereas reactivation of the TFF as a strike-slip fault occurred later, in Late Paleozoic.

RésuméLa Chaîne de Talas Alatau consiste en trois unités tectoniques séparées par des charriages. Les parties centrale (parautochtone de Talas) et nord-orientale (unité de Kumyshtag) sont constituées essentiellement de dépôts carbonatés et terrigènes non métamorphosés. La partie sud-occidentale du Talas Alatau (unité d’Usunakhmat) consiste en schistes verts et est limitée par le charriage central de Talas (CTT) et par la Faille de Talas-Ferghana (TFF). Cette dernière est un décrochement majeur, avec déplacement dextre post-Permien, estimé à environ 200 km. L’étude structurale montre que les axes d’élongation des ellipsoïdes de contrainte et les axes de plis à l’échelle de la carte, ainsi que la déformation des failles majeures incluant CTT et TFF sont parallèles les uns par rapport aux autres. La valeur naturelle de la contrainte de déviatorique augmente graduellement de CTT à TFF. La forme de l’ellipsoïde de contrainte varie aussi graduellement, au sein de l’unité d’Usunakhmat, d’oblate au front du charriage à prolate dans les parties internes de l’unité. L’amplitude du raccourcissement augmente vers CTT, tandis que la contrainte déviatorique naturelle décroît vers CTT impliquant un épaississement structural des parties internes de l’unité d’Usunakhmat. Un parallélisme intense de TFF, CTF et d’autres structures à l’échelle de la carte ou de l’affleurement et leur connexion étroite avec les configurations de contrainte montrent que TFF et CTF se sont formés pendant le même évènement tectonique : leur genèse a vraisemblablement pris place lors de la collision à l’Ordovicien moyen-supérieur et donné naissance au microcontinent Kyrgyzian en tant que ceinture plisée de charriage, alors que la réactivation de TFF en tant que faille de décrochement s’est produite plus tard, au Paléozoïque supérieur.