Les plis partie 3 Forces, plissement et schistosité

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1 Les plis partie 3 Forces, plissement et schistosité Sommaire 1. Plissement de couches sédimentaires : les forces en jeu Plissement de couches sédimentaires : les forces en jeu - suite 2. Exemple de tectonique gravitaire à grande échelle 3. Exemple de plissement gravitaire : le slump Exemple de plissement gravitaire : le slump - suite Exemple de plissement gravitaire : le slump suite 4. Plissement et fracturation en éventail 5. Plissement et schistosité de plan axial 6. Plissement, schistosité et foliation Plissement, schistosité et foliation - suite Plissement, schistosité et foliation - fin 7. Microplissement, schistosité et foliation aspect en lame mince 8. Tableau des relations entre plis et structures planaires Voir chapitres 14 << Tous les reportages de terrain de elements-geologie.com Découvrez la 15 e édition du «Pomerol» tout en couleurs, Éléments de Géologie (Dunod, 2015, M. Renard, Y. Lagabrielle, E. Martin, M. de Rafélis), à jour des dernières connaissances de la recherche en géosciences. Un livre qui répond aux exigences des étudiants, des candidats aux concours, des enseignants, des chercheurs Et de l amateur éclairé! Toute l info sur ce livre

2 1. PLISSEMENT DE COUCHES SÉDIMENTAIRES : LES FORCES EN JEU Le problème des forces mises en jeu dans le plissement de couches sédimentaires peut être abordé de façon simple, comme illustré ci-contre. En première approximation, deux forces seulement sont susceptibles de s appliquer sur un volume rocheux donné sur la Terre. -Une force verticale : la force de gravitation. -Une force à composante principale horizontale : la force tectonique. La gravité est omniprésente et s applique donc en tout lieu. La force correspondante est le poids des roches. La force tectonique, elle, dépend de la position du volume rocheux par rapport aux limites de plaques. Elle peut être très faible, voire nulle à la surface et au cœur des grandes plaques. Elle peut être supérieure au poids des roches dans les limites de plaques compressives ou décrochantes. Les couches subissent alors une poussée arrière dans une direction imposée par la géométrie du tenseur des contraintes locales. Les couches vainquent la force gravitationnelle qui les plaquait au sol, elles se déforment et sont affectées d un mouvement à composante verticale ascensionnelle. Cliché Michel Toupet, CBGA Dans le cas où la surface basale des couches n est pas strictement horizontale, une composante tangentielle de la force de gravitation apparaît. Le poids des roches peut dépasser la résistance de la couche basale et l ensemble du volume rocheux se met à glisser sous la seule action de la gravité, sans poussée arrière. Il peut se plisser ou se déchirer localement.

3 1. PLISSEMENT DE COUCHES SÉDIMENTAIRES : LES FORCES EN JEU - SUITE Les plis se forment donc principalement selon deux régimes opposés : soit en frontière de plaque, soit dans les domaines intraplaques. En compression dans les chaînes de montagne, sous l effet de forces tectoniques développées dans les frontières convergentes des plaques. Ils sont associés à des chevauchements et forment les fold-and-thrust belts des anglo-saxons. ( ) En extension, à la surface des plaques, dans les régions où les glissements gravitaires sont possibles. Ces régions sont essentiellement les marges continentales passives ou actives, immenses domaines où existent à la fois des pentes et d épaisses séquences sédimentaires. ( ) : Ici pour simplifier, nous n avons pas considéré le cas particulier des frontières coulissantes. Le régime peut y être neutre, transpressif ou transtensif. Les plissements sont courants dans le cas des régimes transpressifs (plis en échelon au dessus de décrochements). En régime transtensif, se développent les bassins losangiques.

4 2. EXEMPLE DE TECTONIQUE GRAVITAIRE À GRANDE ÉCHELLE Des glissements gravitaires gigantesques sont connus sur les marges passives. Ils affectent des régions immenses et constituent des systèmes plissés certainement plus importants en surface que la totalité des systèmes plissés des frontières convergentes. Ces systèmes mesurent des milliers de km2 et se décomposent toujours en une région haute, en extension, et une région basse, en compression, où s accumule la matière, comme schématisé sur la coupe ci-contre. Les séries glissent généralement sur des tapis d évaporites, très déformables. La marge de l Angola est un exemple typique de domaine affecté par une tectonique gravitaire généralisée. Le sel déposé pendant le rifting aptien sert de niveau de découplage. Il remonte à la surface dans la zone en extension sous forme de diapirs perçants. Il s accumule en bas de la pente, où il n est recouvert localement que par le Pliocène. Noter les plissements de la couverture post-sel, à la fois dans les zones étirées et dans les zones comprimées. Cliché Michel Toupet, CBGA

5 3. EXEMPLE DE PLISSEMENT GRAVITAIRE : LE SLUMP Ce pli dans le Crétacé inférieur du Maroc s est produit alors que le sédiment était encore gorgé d eau. Il s agit d un slump. Il s est formé par glissement gravitaire sur une pente ; il est associé à un ensemble de structures tectoniques, notamment des failles normales, qui caractérisent un système extensif. Cliché L. Bazalgette

6 3. EXEMPLE DE PLISSEMENT GRAVITAIRE : LE SLUMP - SUITE Dans ces sédiments glaciaires lacustres de Patagonie, le glissement des couches gorgées d eau a conduit à un empilement des charnières dont les axes ont une orientation commune indiquant un sens d écoulement. Ici, les slumps s accumulent en même lieu, ce qui revient à une compression.

7 3. EXEMPLE DE PLISSEMENT GRAVITAIRE : LE SLUMP SUITE Dans cette série de flysch de Grèce, une couche a glissé lors de la sédimentation. Elle s est enroulée sur elle-même. Puis la sédimentation détritique a repris Ces plissements lors du glissement d unités sédimentaires non consolidées, ou slumps, sont fréquents dans les séries déposées sur des pentes. Clichés Y. Lagabrielle Le flysch est formé d un empilement de bancs de grès et d argilites déposés par courant de gravité.

8 4. PLISSEMENT ET FRACTURATION EN ÉVENTAIL Dans cet exemple de pli en genou, en Grèce, on distingue des fractures associées au plissement ; elles se disposent en éventail par rapport au plan axial. Cet éventail de fracturation est commun au plissement du domaine superficiel. Fracturation en éventail surface de stratification S0

9 5. PLISSEMENT ET SCHISTOSITÉ DE PLAN AXIAL surface de stratification : S0 schistosité : s Flysch cénomano-turonien de la Zone Nord-Pyrénéenne du bassin d Aulus (Port de Saleix, proche de l Etang de Lers). Dans cet exemple de plis serrés, la fracturation est omniprésente. La roche est clivée par une multitude de plans mécaniques subverticaux qui forment la schistosité. La roche est également plissée intensément. Les plis sont de type semblable et à axes verticaux, parallèles à la schistosité. Ce sont des plis synschisteux et la schistosité est dite de plan axial. Important : la schistosité matérialise le plan d aplatissement de la matière (ici la compression est horizontale).

10 6. PLISSEMENT, SCHISTOSITÉ ET FOLIATION Ici, la schistosité est subhorizontale, c est souvent le cas dans les zones internes des chaînes de collision, comme les Alpes ou l Himalaya. Comparez avec la figure précédente concernant la chaîne des Pyrénées, où la schistosité est plus souvent verticale. Dans les zones internes des chaînes de montagne, les roches ont connu une évolution polyphasée. Bien souvent, on observe des plis qui replissent une première foliation métamorphique (S1). Ces plis sont eux-mêmes plans axiaux d une nouvelle schistosité S2 (ou d une nouvelle foliation, si des minéraux du métamorphisme cristallisent dans ces plans). Le cliché montre un pli dans un niveau de marbre des calcschistes de la nappe des schistes lustrés.

11 6. PLISSEMENT, SCHISTOSITÉ ET FOLIATION - SUITE Dans cet exemple des calcschistes de la nappe des schistes lustrés, on observe que l alternance de bancs sombres schisteux et de bancs clairs riches en carbonates (marbres clairs) bien visible à droite du cliché n est due qu à la présence de plusieurs charnières, à peine visibles (flèches). Ces charnières sont étirées et aplaties dans la schistosité 2. Il résulte donc du plissement synschisteux une pseudo-stratigraphie. Ici, la répétition des niveaux par le plissement interdit de faire un relevé stratigraphique fiable. On dit que la stratification a été transposée dans la schistosité (ou dans la foliation).

12 6. PLISSEMENT, SCHISTOSITÉ ET FOLIATION - FIN S La Taillante N Dans les Alpes internes, la foliation acquise durant la déformation sous haute pression, lors de l enfouissement, est très souvent proche de l horizontale. Dans le Queyras, cette foliation est basculée vers l ouest. De grands plis couchés précoces, syn-foliation déversés vers le sud ou vers le nord sont visibles dans les paysages lorsque les contrastes lithologiques sont importants. C est le cas au niveau du contact entre les ophiolites et leur couverture sédimentaire, comme ici dans la haute vallée du Guil sous la falaise de la Taillante. Axe d un pli couché précoce majeur

13 7. MICROPLISSEMENT, SCHISTOSITÉ ET FOLIATION ASPECT EN LAME MINCE Schistosité de plan axial S2 Cette lame mince en lumière polarisée d un micaschiste paléozoïque de la Baie de Morlaix montre des plans de foliation métamorphique S1, plissés par un pli d axe vertical. Les plans S1 sont constitués de minéraux métamorphiques néoformés, des micas blancs, alternant avec des lits riches en petits quartz. Le plissement est associé à une schistosité (plan de débit mécanique) S2, assez peu développée, matérialisée par des plissotements ou des ruptures des micas de S1. S2 est plan axial du micropli. Cliché Michel Toupet, CBGA

14 8. TABLEAU DES RELATIONS ENTRE PLIS ET STRUCTURES PLANAIRES Relation typique entre une stratification plissée S0 et la schistosité de plan axial S1 dans le cas d un pli synschisteux. Dans le cas des plis synschisteux, l angle fait par la stratification et la schistosité dans les flancs du pli permet de déduire la position des charnières. La schistosité est réfractée dans les bancs plus compétents. Schéma montrant une schistosité de crénulation créée par plissement de microlithon et par pression-dissolution Microphotographie d un micaschiste présentant une schistosité de crénulation S.