Dernière mise à jour le 16/01/2005
 

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Journée de l'école doctorale RP2E, Nancy, Cd-Rom.

EVOLUTION DES PALEOCONTRAINTES TECTONIQUES LE LONG D'UN ACCIDENT REGIONAL, EXEMPLE DE LA FAILLE DE VITTEL

G. André (1), C. Hibsch (1), B. Beaudoin (2), M. Cathelineau (1)

1 UMR 7566 G2R, Université Henri-Poincaré ; BP 239, 54506 Vandœuvre-lès-Nancy cedex, France
2 CGES Sédimentologie, ENSMP, 77305 Fontainebleau, France

Résumé.- L'étude microtectonique fine le long de l'accident de Vittel permet de retrouver les directions des paléocontraintes alpines. Le paléotenseur attendu classiquement NW-SE est bien présent mais il est accompagné d'une autre direction WNW-ESE. Cette deuxième direction est interprétée comme une déviation de la première aux abords de la faille de Vittel, sa zone d'influence n'est pas encore bien définie et des compléments de données devraient permettre de préciser les chronologies entre ces 2 phases.

INTRODUCTION

Dans le cadre des travaux sur la structure de l'Est du bassin de Paris cette étude cherche à préciser le rôle d'accidents majeurs sur l'enregistrement des paléotenseurs de contraintes. Limitant le domaine Lorrain sur sa bordure sud (Fig 1), la faille de Vittel s'enracine dans le socle, ayant joué en faille normale durant le Mésozoïque elle se comporte depuis le début du Tertiaire comme un décrochement, d'abord sénestre puis dextre [1]. Ici, seules les données liées à la phase alpine datée du miocène sont développées.


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Fig 1 : localisation

 

HISTOIRE TECTONIQUE DE L'EST DU BASSIN DE PARIS

Les dépôts du Bassin parisien constituent une pile sédimentaire de plus de 3000 mètres d'épaisseur, d'âges triasique à pliocène. Ces terrains ont enregistré sous la forme de structures microtectoniques (plans striés, stylolites, fentes de tension) les contraintes tectoniques mésozoïques et tertiaires. La succession des différents régimes de contraintes a déjà fait l'objet de plusieurs études [2], et peut se résumer en 4 grandes phases majeures et 2 mineures. La compression alpine est la dernière phase ayant marqué cette région et elle perdure encore aujourd'hui comme l'attestent les mesures effectuées sur les micro-séismes ou par l'étude des ovalisations des trous de forages [3]. L'histoire tectonique de l'Est du Bassin parisien est résumée sur le tableau ci dessous (Fig 2).

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Fig 4 : feuille type de report des mesures de terrain


PRINCIPE DES MESURES DE MICROTECTONIQUE

1. Levés de terrain

1.1.Constitution de la base de données

Les affleurements choisis doivent permettre de récolter suffisamment de valeurs afin d'avoir une vraie représentativité mais aussi en terme de diversité des objets mesurés. Le premier type d'objet tectonique qui est primordial dans la recherche des directions de la déformation est évidemment le plan de faille strié, complété par l'analyse des fentes de tension et des stylolites (à pics horizontaux ou verticaux) [4]. Les failles permettent d'accéder par la méthode d'inversion aux paléo-tenseurs de contraintes ayant causé la déformation, les stylolites eux donnent une information directionnelle sur l'orientation du raccourcissement maximal quant aux fentes de tension elle renseignent sur l'axe d'extension (Fig 3).

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Fig 3 : a, plan de faille sénestre ; b, fente de tension post stylolites stratiformes ; c, stylolites

1.2.Méthode de saisie des mesures

Toutes les mesures sont recopiées immédiatement sur une grille Excel qui permettra une exportation rapide vers les différents logiciels de traitement (Fig 4). Les différentes rubriques permettent de quantifier les objets microtectoniques (épaisseur des fentes,

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Fig 4 : feuille type de report des mesures de terrain

2. Analyse des chronologies relatives

2.1.Sur le terrain

Le plus intéressant lorsqu'un nombre suffisant de mesures a permis de définir différentes phases tectoniques est d'identifier des critères de chronologies relatives. Il existe quantité de possibilités de chronologies : sur les plans de failles peuvent coexister plusieurs familles de stries, des interactions avec des pics stylolitiques ou bien encore avec des fentes de tension peuvent s'y observer, ou bien encore on étudie les recoupements de microstructures. C'est l'analyse méticuleuse de tout ces détails qui permet d'extraire d'un affleurement une quantité exploitable d'informations. L'utilisation de la loupe est souvent obligatoire si on veut conclure quant à l'ordre des jeux sur un plan strié (Fig 5).

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Fig 5 : chronologie relative sur un plan de faille

2.2.Au laboratoire

Dans le cas où les outils de terrain ne permettent pas de trancher quant à un ordre dans une chronologie il faut échantillonner afin d'étudier plus en détail les microstructures, ceci à l'aide de la loupe binoculaire ou du microscope. Les outils de laboratoire permettent de fabriquer des sections polies et des lames minces sur lesquelles les observation extrêmement fines donnent de très bons résultats pour interpréter les relations entre microstructures. Les lames minces sont très utiles pour déterminer l'ordre de mise en place des fentes de tension, la figure suivante présente un exemple particulièrement démonstratif d'une fente N 140°E qui vient littéralement couper et même décaler 2 fentes N 40°E (Fig 6).

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Fig 6 : chronologie entre une fente de tension N 140° postérieure aux deux fentes N 40°

CALCUL DES PALEOTENSEURS PAR INVERSION

La méthode dite d'inversion repose sur un test par itérations des solutions définissant un paléotenseur de contrainte (les 3 angles d'Euler et le rapport R [5]) puis de choisir celui pour lequel la somme des écarts entre les stries mesurées et les stries théoriques est la plus faible. Le calcul est effectué à l'aide de logiciels reposant tous sur le même code de calcul [6]. Les pics stylolitiques et les fentes de tension viennent en complément pour confirmer les directions de raccourcissement et d'extension. On représente les résultats comme ci dessous (Fig 7).

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Fig 7 : stéréogramme avec décrochement NW-SE

RESULTATS

La compilation d'une cinquantaine de sites de mesures permet de présenter une carte des variations des tenseurs liés à la compression alpine le long du tracé de la faille de Vittel (Fig 8).

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Fig 8 : carte d'évolution des paléotenseurs

L'étude microtectonique fine permet de déterminer 2 directions de raccourcissement attribués à la compression alpine, celle orientée WNW-ESE étant interprétée comme l'expression déviée de la contrainte NW-SE déterminée à l'échelle du bassin de Paris. Jusqu'à présent cette contrainte WNW-ESE n'a que très peu été observé et rattaché à aucune phase connue [7]. Les chronologies entre les 2 directions sont rares mais à proximité de Doulevant le Château (DLC) plusieurs relations entre plans de failles et fentes de tension indiquent un ordre cohérent :

- d'abord un décrochement avec Sigma 1 orienté WNW-ESE
- puis un décrochement avec Sigma 1 orienté NW-SE à NNW-SSE

Le rôle de la faille de Vittel sur la fracturation régionale semble avéré si on considère le paléorégime décrochant à raccourcissement NW-SE défini dans la littérature mais les chronologies relatives entre les 2 directions présentées ici montrent plutôt une évolution de la contrainte au cours du temps. La comparaison avec d'autres sites plus distants de la faille de Vittel devrait permettre de mesurer l'importance relative de son action déviatrice face au changement de direction de la contrainte dans le temps, ensuite il faudra tenter de définir l'extension du domaine sous influence et cela au cours des différentes phases tectoniques.

REFERENCES

[1] Steiner, P., Lithostratigraphie et fracturation du Dogger Lorrain, U.E.R. Sciences de la Terre, Laboratoire de Géologie Sédimentaire et Structurale I.N.P.L., E.N.S.G. Nancy, (1980), 203
[2] Mascle, A.., Bertrand, G., et al.., Exploration for and production of oil and gas in France : a review of the habitat, present activity, and expected developments, in MASCLE A. (ed), Exploration and Petrolem Geology of France, Springer-Verlag, Eur. Ass. Petroleum Geoscient., special publication n°4 (1994), 3-27
[3] Becker, A. , Detached neotecronics stress field in the northern Jura Mountains, Switzerland, Geologishe Rundschau 78/2 (1989) 459-475
[4] Arthaud, F. and Mattauer, M., Exemple de stylolites d'origine tectonique dans le Languedoc, leurs relations avec la tectonique cassante." Bull. Soc. géol. de France (7), XI, n°5 (1969), 738-744
[5] Bott, M. H. P., The mechanism of obliques slip faulting, Geol. Mag., 96 (1959) 109-117
[6] Carey, E., Analyse numérique d'un modèle mécanique élémentaire appliqué à l'étude d'une population de failles : calcul d'un tenseur moyen des contraintes à partir des stries de glissement, Thèse de 3ème cycle, Orsay (1976), 138
[7] Bergerat, F., La fracturation de l'avant pays jurassien entre les fossés de la Saône et du Rhin, Rev. Géogr. phys. Géol. dyn., Paris, 19, fasc. 4 (1977), 325-337

 
 
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