Plann Introduction: situation des massifs anciens, notions de
rhéologie, marqueurs de déformation, niveaux structuraux
n Massif Armoricain– Rappels sur l’évolution géodynamique du Massif Armoricain– Structures et domaines géologiques du Massif Armoricain– ARMOR 2: Carte géologique, structures
n Pyrénées– Style structural– Cinématique– Résultats ECORS et reconstructions
n Alpes– Situation– Liens surface-profondeur– Evolution temporelle – modèles
n RGF
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-> Accès à l’histoire de l’évolution de la Terre: cycles de Wilson -> Les continents, mémoire des événements tectoniques anciens-> Cycles d’édification des chaînes ET de la formation des C.C.
Stratification rhéologique et niveaux structuraux:Supérieur
Moyen
Inférieur
Cisaillement
Aplatissement, écoulement
Flexion
Métamorphisme
STRUCTURES PROFONDES: NIVEAUX STRUCTURAUX
M. Mattauer, Montpellier
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Exemple de variations des niveaux structuraux dans les chaînes Coupe
Vue en 3DChaîne symétrique
- Sans schistosité: Jura, Bétiques, …
- Avec schistosité, épizone: Pyrénées, Caucase, …
- Avec schistosité, zones plus profondes: Alpes, Himalaya, MA …
Souvent: forte dissymétrie -> Vergences -> Conditions de formation
M. Mattauer, Montpellier
M. Mattauer, Montpellier
Limites entre niveaux structuraux très variables -> la profondeur ne joue pas seule
Zones externes
Zones internes
Disposition des niveaux structuraux: Variations possibles
Facteurs importants:
- Gradient thermique-> Variations de la profondeur du front supérieur de schistosité de 10 à 2 km-> Variation importante de l’épaisseur de la zone des failles, des plis ou de la zone à schistosité
- Gradient tectonique-> si le raccourcissement augmente, les niveaux structuraux remontent
- Lithologie-> Ex: marne: front de schistosité remonte, au contraire d’un granite
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Notion de zones de déformation
Niveaux cassants superficiels
Niveaux ductiles profonds
Résistance aussi dans le manteau supérieur
Déformation localisée aux zones de cisaillement
L. Jolivet, UPMC
Facteurs: rhéologiques et cinématiques
Carte structurale de l’Europe pendant la phase hercynienne: fermeture des océans rhéïque et MC-Galice
Pincement des microcontinents Avalonia, Armorica et Ibéria
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Direction des chaînes: virgations
n Structure globale symétrique, mais fortes variations latérales (virgation de la chaîne au niveau de l’Ibérie)
n Rôle important des grands cisaillements induisant des réorientations importantes des structures et modifiant l’organisation tectonique à l’échelle régionale
Comparaison avec l’Himalaya
Gumiaux, 2003
Massif Armoricain
n Segment de chaîne de collision continentale hercynienne du Paléozoïque supérieur
n Projet ARMOR 2 (Géofrance 3D, BRGM-CNRS)
n Tomographie sismologique récente
n « Racine » d’une chaîne de montagne
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Ce que vous savez de l’évolution géodynamique…n Histoire Précambrienne du MA
Schéma structural- Zones internes à vergence sud: Massif Central- Suture- Zones externes: bassins d’avant-pays sans métamorphisme –sédiments Dévonien-Carbonifère- Sutures: nord (Lizard) – sud (peu visible: roches métam. HP-BT)- Front nord: Varisque- Front sud: bien visible seulement en Bohème (Matte, 1986)
Sutures et unités métamorphiques: en gris
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Le Corre et al., 1991Carte géologique
DNA
DCA
DL
DCDSA
Carte tectono-métamorphique
Gumiaux, 2003
FNE
Domaines géologiques
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Domaines géologiques
n Déformation ductile datant de l’histoire orogénique cadomienne (750-540 Ma)
n Subduction vers le SE puis collisionn Granites scellant la fin de la déformation ductile (540
Ma) de l’orogenèse cadomienne: seulement dans DNAn Est: dépôt tardif de séries terrigènes (Briovérien)n Au cours de l’orogénèse Hercynienne: Socle
Cadomien: – position supra-crustale, – comportement résistant,– déformation fragile sur structures héritées
n CNA (Cisaillement nord-Armoricain)
DU NORD AU SUDDomaine nord-Armoricain:
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Domaines géologiques
n Dépôts sédimentaires Briovériens (érosion chaîne cadomienne) n Sédiments cambriens-ordoviciens continentaux dans blocs
basculés (extension ordovicienne)n Sédimentation de plateforme presque continue jusqu’au
Dévonien, caractéristique des marges nord du Gondwanan A partir du Dévonien >: sédimentation préférentielle le long des
grands cisaillements – Carbonifère: leucogranites synchrones des cisaillements
Domaine Ligérien: entre la branche N du CSA et faille de Nort-sur-Edre – Déformation plus localisée
Domaine de Champtoceaux: unités métamorphiques empilées –zone de C.C. amincie au cours de l’extension ordovicienne – P 15-20 kb à 370 Ma – puis exhumation à 350 Ma – puis plissement
Limite sud: Branche S du CSA
DU NORD AU SUDDomaine centre-Armoricain:
Domaines géologiques
n Zones internes de la chaîne Hercynienne (Varisque)n Roches métamorphiques à déformation ductile intense
– Unités > (bleu): SB HP-BT(18 kb, 550°): enfouissement et superposition d’unités daté vers 370-350 Ma (collision)
n Contacts entre unités: platsn Amincissement-exhumation, puis intrusions
syncinématiques sur CSA dextre: vers 320-300 Ma (Carbonifère >)
-> DEFORMATION COMPLEXE, POLYPHASEE
DU NORD AU SUDDomaine sud-Armoricain:
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Evolution globale de la chaîne
n 1. PHASE DE COLLISION (370-350 Ma): enfouissement, superposition des unités au sud (pas d’épaississement notable dans zones jaunes = domaines supra-crustaux: DNA, DCA, DL, Est Champtoceaux)
n 2. PHASE D’EXTENSION (Carbonifère, 320-300 Ma): amincissement général à l’échelle crustale: exhumation de roches HP et HT par décollements et détachements
n 3. CISAILLEMENTS TARDIFS (Carbonifère supérieur) qui se combinent ou se superposent au régime précédent (DNA Cadomien: uniquement déformation fragile limitée)
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Documents à consulter
n Article Ballèvre et al. (2009)n Articles Bitri et al. (2003, 2010)n Site en hommage à Maurice Mattauer
Liens sur: http://perso-sdt.univ-brest.fr/~jacdev/
-> Restauration de la géométrie des Unités éclogitiques de Champtoceaux?
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Bitri et al., 2010
- Epaississement au Dévonien supérieur- Extension au Carbonifère supérieur: zone d’amincissement crustal majeur
Zone à forte réflectivité, de plus de 40 km de long à environ 10–12 km de profondeur
Implications du profiln Le complexe métamorphique HP de Champtoceaux chevauche la
bordure sud du DCA -> Chevauchement post-Carbonifère <, car c'est à cette époque que sont exhumées les formations métamorphiques HP.
n La segmentation des unités HP de Champtoceaux par le faisceau de failles affectant la croûte supérieure fournit un raccourcissement total dû au chevauchement > 20 km (2 événements importants à vergence opposée)
n La direction de ces chevauchements est parallèle à la branche Nord du CSA où des structures à vergence Nord sont localement observées -> une composante décrochante dextre leur est vraisemblablement associé.
n Le prolongement en profondeur du CSA correspond à un changement net de signature sismique à ~20 km -> suggère un chevauchement postérieur au décrochement, mais d’autres critères (âges carbonifères, contacts repris de la nappe, granites syncinématiques tardifs) indiqueraient un synchronisme.
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Implications du profil (suite)n Relations géométriques entre le CSA et le système chevauchant
imagé par la sismique -> convergence synchrone de l’extension (déformations extensives en Bretagne sud (Carbonifère >) synchrones des déplacements dextres le long du CSA).
n La discontinuité majeure de la croûte inférieure et du Moho entre le DCA et le DC (Champtoceaux) est oblitérée dans la croûte supérieure par le front du chevauchement. Cette discontinuité correspond très probablement à un décrochement précoce, synchrone de l’exhumation des roches HP de Champtoceaux.
n La restauration des unités éclogitiques suggère que ce cisaillement à la limite entre DCA et DC pourrait correspondre au prolongement de la suture en profondeur.
n La totalité du DSA sur le profil constitue l’unité chevauchante. Par corrélation avec la géologie de surface, la structure observée résulterait d'une superposition tectonique, de haut en bas, des unités métamorphiques précoces HP et des unités métamorphiques de pression intermédiaire et des migmatites associées.
Voir article Bitri et al., 2003
PyrénéesCorre, 2017, thèse
Carte structurale simplifiée des Pyrénées. CFNP : Chevauchement Frontal Nord-Pyrénéen, ZNP : Zone Nord-Pyrénéenne, FNP : Faille Nord-Pyrénéenne, ZSP : Zone Sud-Pyrénéenne, CFSP : Chevauchement Frontal Sud-Pyrénéen
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Extrait de la carte de France (1/1000000) montrant les coupures des cartes géologiques à 1/50 000.
Objet stratigraphiquement le plus complet de la géologie française
Pyrénées
Schéma simplifié des Pyrénées présentant le découpage en grandes zones structurales (CNP : chevauchement frontal nord-pyrénéen, FNP : Faille Nord-Pyrénéenne)
Pyrénées
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Développement des déformations dans la croûte supérieure et moyenne Développement simultané d’une foliation très inclinée S1 dans les niveaux structuraux profonds et d’un système de chevauchement et plis au-dessus du Silurien, au cours d’un stade de raccourcissement crustal précoce.
Couche savon: Silurien Phase postérieure d’extension crustale: foliation plate S2 pendant la mise en place des bassins stéphaniens (Permien)Les failles bordières de ces bassins s’enracinent dans le Silurien
Pyrénées Style structural à l’Hercyniencycle hercynien = cycle
majeur observable dans les Pyrénées
Pyrénées Cinématique au Mésozoïque
- Rifting triasique, distension Jurassique à Crétacé inférieur- Crétacé: ouverture Atlantique Nord, rotation antihoraire (~35°) de la plaque Ibérique par rapport à la plaque Europe, formation de bassins albo-cénomaniens- Controverses encore sur la cinématique exacte
Ouverture des bassins albo-cénomaniens: amincissement extrême de la croûte continentale amenant à l’exhumation du manteau
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PyrénéesPaléogéographie de la ZNP: controverse
2 hypothèses de reconstitutions des bassins albiens de la ZNP: notez la différence de direction d’extension!
Remplissage des bassins: 3 mégaséquences de mise en place de Flyschs noirs entre l’Albien moyen et le Cénomanien inférieur
PyrénéesReconstitutions de bassins pyrénéens albo-cénomaniens au Crétacé supérieur: 2 modèles
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Pyrénées Compression au Cénozoïque
- Compression pyrénéenne entre la fin du Santonien et le début du Miocène - Inversion des bassins albo-cénomaniens (future ZNP)- Etat final: interprétations proches du profil sismique ECORS
Chevrot et al., 2014
Plaque Ibérie sous-plaquée sous la ZA, formation d’une racine crustale (Roure et al., 1989)
Subduction de l’Ibérie sous l’Europe (Muñoz et al., 1992)
Restauration séquentielle des Pyrénées centrales depuis le Santonien (84 Ma) à aujourd’hui.Epaisseurs non déformées de la croûte continentale sous les bassins Aquitain et de l’Ebre basées sur le profil ECORSNotez l’activation diachrone des différents chevauchements (d’après Mouthereau et al., 2014)
N : Gavarnie-Nogueres, O : Orri, R : Rialp, 3S : Trois Seigneurs, Az : Arize.
Pyrénées Formation - Evolution
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PyrénéesFormation - Evolution
Autre restauration séquentielle des Pyrénées occidentales depuis le Santonien moyen. (d’après Teixell et al., 2016). CFNP : Chevauchement Frontal Nord Pyrénéen.subduction du domaine à manteau exhumépop-up des sédiments sus-jacents
fermeture du domaine à manteau exhuméproto-collision : chevauchement de la plaque ibérique amincie sur la plaque européenne, sédimentation de flyschs dans l’avant-paysCollision: imbrication de plusieurs chevauchements dans la plaque ibérique, molasses
Plaque ibérique découplée et subduite vers le nord, limite de découplage indentée par la plaque européenne -> chevauchement intra-crustal (crocodile pattern)
Prisme orogénique construit sur une délamination crustale
Vitesses de rapprochement (mm/an) entre principales plaques (Eurasie fixe)
1. Situation actuelleAlpes occ.
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l
Alpes occ.
2. Liens surface-profondeur(histoire structurale)
Divergence, du rifting (à partir du Trias jusqu’au Dogger inférieur)jusqu’à l’ouverture océanique au Dogger supérieur (165 Ma)
Alpes occ.
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n Synthèse Thermo-barométrique
3. Evolution temporelle : Modèles de subduction
n Synthèse Thermo-barométrique
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Structures profondes par Sismique des Alpes Occidentalesn Différents programmes européens ont étudié la structure de la
lithosphère au niveau des Alpes :• le programme français ECORS (Etude de la Croûte continentale et
Océanique par Réflexion Sismique)• le programme suisse NRP20• le programme italien CROP( Années 1999-2000: Geofrance 3D aussi)n Etudes de la structure de la lithosphère d'après l'analyse des données
de sismique-réflexion par coupes transversales (transects). Voir carte est extraite du site des Sciences de la Terre de l'université de Lausanne qui présente une synthèse des travaux européens.
– Géologie de la France, J. Debelmas, tome 2, les chaînes plissées du cycle alpin, Doin, 1974
– Les sites : http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterrehttp://www.geolalp.com
Qualifier le comportement / architecture de la croûte et du manteau?
ComparaisonAlpes-Pyrénées
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Programme RGF du BRGMhttp://rgf.brgm.fr/
n Présentation du site webn Démonstrateur Vosgesn Chantier Pyrénées en coursn Chantier Alpes en préparation
Référentiel Géologique de la Francen Prolongement de la carte géologique de la Francen Objectifs: (1) fournir une information géologique 3D,
numérique, homogène et cohérente sur l’ensemble du territoire national (2) répondre aux besoins de la société
n Moyens: données intégrées au sein d’un système d’information collaboratif permettant l'échange, la diffusion et l’accès à la connaissance géoscientifique
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Référentiel Géologique de la France
n Chantiers:– Vosges–Fossé rhénan : le
pilote du RGF• Première étape dans la mise en
œuvre du RGF• Mise en place d’une méthodologie
cohérente en vue du déploiement du RGF
– Pyrénées• en cours jusqu'en 2018• Revisite de l’ensemble du
système
Visite Site Web RGF http://rgf.brgm.fr
n Le RGF:n Missionn Communautén Gouvernancen De la carte géologique au RGF
n Chantiers:n Les chantiers du RGFn Démonstrateur Vosges–Fossé
• Produits:• Les produits du RGF• Données géologiques de terrain• Forages• Interprétations 2D• Cartes lithostratigraphiques• Cartes "à la carte"• Modèles 3D
• Applications:• Les applications du RGF• Risque sismique• Géothermie• Après-mine• Hydrogéologie• Ressources minérales
