La géologie de partie française de l’île de Saint-Martin, aux Antilles, a été étudiée pour au moins deux raisons : soit pour des recherches de gisements de minéraux métallifères dans le but d'une possible exploitation ; soit en recherche fondamentale afin de mieux comprendre l'ensemble de l'histoire géologique du banc d'Anguille, et plus globalement de celle de l'arc des îles de la Caraïbe.
La tectonique des plaques décrit le déplacement vers l'ouest de la plaque nord-américaine et de la plaque sud-américaine à partir de la dorsale médio-atlantique. Au contact de la plaque caraïbe, la plaque sud-américaine s'enfonce sous la précédente dans un mouvement dit de subduction. En conséquence, plus à l'ouest, cela a créé des plissements qui ont remonté le plancher océanique (fond marin) de la plaque caraïbe en le rapprochant de la surface. C'est ainsi que se sont créés le chapelet des plateaux sous-marins (les bancs) de l'arc antillais et les fosses océaniques tel qu'au nord de Porto Rico. Pendant des dizaines de millions d'années ces bancs sont restés immergés.
Le volcanisme engendré il y a cinquante millions d'années (Éocène) a rapproché le fond marin de la luminosité de la surface des eaux, ce qui, dès les 40 mètres de profondeur, a permis il y a 36 millions d'années . (durant l'Oligocène) le développement du récif corallien, augmentant ainsi les dépôts de calcaire sur la plate-forme sédimentaire submergée d'Anguilla dite « banc d'Anguille ». Ce sont les sols les plus anciens, avec les calcaires durs en strates type Pointe Blanche (sis au port de la zone néerlandaise), le mont Billy Folly (sis à Lay bay) et l'île Tintamarre avec ses cristaux de sélénite (gypse) et ses fossiles marins, puis la formation tabulaire carbonatée des Terres basses (presqu’île rattachée par les cordons de sable de Simsonbaai et de la baie Nettlé) avec ses porphyres pourpres des Mornes rouges.
Intrusions volcaniques
Par la suite, au début du Néogène, il y a environ 23 millions d'années, la formation géologique de l'île se complique par l'intrusion d'une poussée volcanique à travers le banc d'Anguilla. C'est ce qui a donné l'ossature centrale des mornes actuellement les plus élevés.
Émergence
Enfin, il y a environ 10 millions d'années vers la fin du Miocène (milieu de l'ex-Tertiaire), l'île a commencé à émerger de l'océan. C'était aussi l'émergence de Toumaï, le possible plus ancien ancêtre humanoïde retrouvé à ce jour.
Les cordons de sable littoraux se sont formés lors de l'Holocène (ex-Quaternaire) et évoluent encore de nos jours.
Transgressions marines
La superficie de l'île et ses contours ont varié en fonction du niveau de la mer (-110 m/+40 m) en conséquence des transgressions marines dues aux variations des glaciations sur le globe. Donc il y a 12 000 ans et à plusieurs reprises auparavant l'île a été réunie en un seul bloc avec les îles sœurs Tintamarre, Saint-Barthélemy et toutes les îles d'Anguilla (dont Dod island & Prickly pear), toutes situées sur le même banc sous-marin actuellement à une profondeur moyenne de -40 m à -60 mètres. Pour une profondeur isobathe à 70 mètres ce bloc devait couvrir une surface de 4 650 km² environ, soit 53 fois l'île actuelle ou encore la moitié de l'île Porto Rico.
Les sols actuels
Le sol des mornes de l'île (aux sommets ou sur les pentes) sont jonchés de boulders1 et de restes de platiers coralliens. Sous une très fine couche d'humus, le sous-sol est principalement composé de tufs volcano-sédimentaires et de roches métamorphiques à structure grenue (diorite, péridotite, gabbro, andésite, etc). Par endroit émergent des dykes de basalte pourpre (Mont Fortune, Fort Louis, etc).
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