Geometry and kinematics of the Cyprus Arc system

In the eastern Mediterranean, different plate boundary conditions coexist (i.e., oceanic subduction, continental collision, extension, and strike-slip movements). The study area is comprised between major tectonic elements: the Hellenic Arc to the west, the Dead Sea Transform Fault to the east, the relatively undeformed African transform margin to the south and the Cyprus Arc system to the north. The latter is still not well understood. It is divided into three segments, from east to west: the Latakia Ridge, the Cyprus Arc and the Florence Rise. Vintage multichannel seismic reflection profiles were re-analyzed and merged with a synthesis of available subsurface data from the scientific literature. The dataset is made by the Mediterranean Sea project (MS project ) and the Cruise 5 of the Stakhov survey, both acquired in the 1970s and recently reprocessed by OGS and GEOMAR, respectively. Three key seismic sections crossing the main offshore structures were considered. The Eastern Transect (i.e., MS56 seismic section) crosses in a north-south direction the entire eastern Mediterranean Sea from the southern Turkish coast to the Levant Basin, imaging the Latakia Ridge and the Kyrenia Ridge. On the seismic section, the Mesozoic subduction front was interpreted to be now hindered by strike-slip on the Latakia Ridge. Another prominent transpressive structure is the Kyrenia Ridge, which is interpreted as an active structure with a well-imaged active thrust system in front of it. The Central Transect (i.e., Strakhov-8 seismic section) with orientation NNW-SSE runs near the west coast of Cyprus and images the Cyprus Arc and Eratosthenes Seamount. On this seismic profile, the Cyprus Trench shows active subduction beneath Cyprus and flexural faulting is interpreted on the Eratosthenes Seamount that is acting as an inhibitor for the subduction. The Western Transect (i.e., MS53) traverses the Antalya Basin and the Herodotus Basin in a north-south direction, passing through the Florence Rise. This seismic line shows that the oceanic crust of the Herodotus Basin is subducting northwards under the Eurasian plate. The Florence Rise is the leading edge of the system, and the Antalya Basin is its forearc basin. Near the Turkish coast, a buried block appears to act as a backstop for the offshore system, and north of it some out-of-sequence thrusts have been interpreted. The Strakhov-8 section is depth migrated instead, the MS sections were converted to depth to create a regional geological model of the Cyprus arc system. Active subduction fronts, which are only partially mapped, were structurally modelled and then cross-referenced with previous studies to better constrain their geometry. In the northeastern Mediterranean, a plate boundary is buried offshore with active subduction west of Cyprus and mainly transpressional tectonics to the east. A better understanding of its nature and kinematics would be useful to assess the tsunami hazard in this area.

Il Mediterraneo orientale è il risultato di una lunga e variegata storia deformativa (da tettonica estensionale a compressiva e, in seguito, tettonica trascorrente) che vede inoltre coinvolti diversi tipi di placche tettoniche. I principali elementi tettonici dell’area di studio sono: l'arco ellenico a ovest, la faglia trasforme del Mar Morto a est, il margine trasforme africano relativamente indeformato a sud e il sistema dell'arco di Cipro a nord. La cinematica e le geometrie delle strutture tettoniche di quest'ultimo non sono state ancora ben comprese. Il sistema dell’arco di Cipro può essere suddiviso in tre segmenti, da ovest a est: il Florence Rise, l’Arco di Cipro e il Latakia Ridge. Al fine di spiegare l’evoluzione cenozoica del sistema dell’arco di Cipro sono stati rianalizzati profili vintage di sismica a riflessione multicanale e incrociati con una sintesi dei dati del sottosuolo disponibili dalla letteratura scientifica. Il dataset di sismica a riflessione è costituito dalle linee sismiche del progetto MS (Mediterranean Sea project) e da quelle del dataset Strakhov, entrambi acquisiti nel 1970 e recentemente rielaborati rispettivamente da OGS e GEOMAR. Sono state prese in considerazione tre sezioni sismiche che attraversano le principali strutture offshore. Il transetto occidentale (cioè MS53) attraversa il bacino di Antalya e il bacino di Erodoto in direzione nord-sud, passando attraverso il Florence Rise. Questa linea sismica mostra la crosta oceanica del bacino di Erodoto che sta subducendo verso nord sotto la placca eurasiatica. Il Florence Rise è il fronte esterno del sistema e il bacino di Antalya è il suo bacino di forearc. Vicino alla costa turca, un blocco sepolto sembra fungere da backstop per il sistema offshore, e a nord di esso sono state interpretate alcune faglie inverse fuori sequenza. Il transetto centrale (cioè la sezione sismica di Strakhov-8), con orientamento NNW-SSE, passa vicino alla costa occidentale di Cipro e attraversa l'arco di Cipro e il seamount di Eratostene. Su questo profilo sismico la fossa di Cipro mostra subduzione attiva sotto Cipro e faglie di estradosso sono interpretate sul seamount di Eratostene, il quale agisce come inibitore per la subduzione. Il transetto orientale (cioè la sezione sismica MS56) attraversa in direzione nord-sud l'intero Mar Mediterraneo orientale dalla costa meridionale turca al bacino di Levante, attraversando il Latakia Ridge e il Kyrenia Ridge. Sulla sezione sismica, il fronte di subduzione mesozoica è stato interpretato ed è ora mascherato dall’intensa deformazione e dalla tettonica trascorrente sul Latakia Ridge. Un'altra struttura transpressiva prominente è il Kyrenia Ridge, che viene interpretato come una struttura attiva con un sistema di thrust attivo ben visibile al suo fronte La sezione Strakhov-8 ci è stata fornita migrata in profondità mentre le sezioni MS sono state convertite in profondità per creare un modello geologico regionale del sistema dell’arco di Cipro. I fronti di subduzione attivi, che sono solo parzialmente visualizzati dalle nostre sezioni sismiche, sono stati modellati strutturalmente e poi incrociati con studi precedenti per vincolare meglio la loro geometria. Nel Mediterraneo nord-orientale, un margine di placca attivo è sepolto offshore con subduzione attiva a ovest di Cipro e principalmente tettonica transpressiva a est.