Rifting Oligocène en Languedoc: Un modèle d extension de couverture

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1 Rifting Oligocène en Languedoc: Un modèle d extension de couverture Michel Séranne, Géosciences Montpellier A. Benedicto, E. Sanchis, P.Labaume, M.Séguret «Tectonique récente de la Provence- Rôle des couches ductiles» Collège de France, juin 2007

2 Résumé: La déformation extensive aboutissant à la formation de la marge continentale du Golfe du Lion en Méditerranée Nord-Occidentale a été étudiée à terre dans sa partie Languedocienne. L analyse des failles normales et les bassins extensifs associés a permis de reconstituer la géométrie et la cinématique du système extensif. Les analyses, basées sur les données de sismique réflexion 2D calées par des forages, et la cartographie des relations tectonique-sédimentation dans les bassins ont alors conduit à un modèle de déformation extensive de la couverture Mésozoïque décollée sur les niveaux évaporitiques du Trias, alors que l amincissement crustal ne se produit qu au delà de la ligne de côte et en Camargue. Les bassins situés à la périphérie de la zone extensive sont limités au NW par une zone haute du socle varisque affleurant ou sub-affleurant (Bassin d Alès contre les Cévennes ; Bassin de l Hérault contre la Montagne Noire). L augmentation d épaisseur des séries pré-rift (Mesozoïque) vers le SE, à travers la zone de faille des Cévennes atteste (i) du fonctionnement téthysien de ces failles et (ii) de l implication du socle lors de la déformation téthysienne. La géométrie du remplissage Oligocène des bassins syn-rift est en accord avec le fonctionnement d une faille bordière, listrique, à pendage SE, dont le tracé en surface se superpose à celui de la faille des Cévennes, mais dont le pendage diminue en profondeur, jusqu à passer en palier à la base de la série mésozoïque. Les profils de sismique réflexion montrent effectivement que la faille bordière des bassins syn-rift est distincte de la faille des Cévennes ; la faille normale donnant lieu à la formation du bassins syn-rift Oligocène d Alès est nommée «faille d Alès». La distribution de la déformation syn-rift Oligocène caractérise deux zones distinctes séparées par une zone de transfert orientée NW-SE : «l Arlésienne». Au SW, la déformation décrite ci-dessus, correspond à l effondrement de la couverture vers la marge continentale amincie du Golfe du Lion ; la déformation de couverture de la zone amont est accommodée par extension sur failles normales de socle, révélées par la sismique réflexion en mer. Au NE, par contre, il n existe pas de marge continentale: l extension sur la bordure cévenole (bassin d Alès) fait face à l extension Oligocène sur la zone de la Durance (Bassins de Manosque et d Aix). Comment sont accommodés les 5 à 8 km d extension de couverture, mesurés sur ce transect? Faille normale crustale ou déformation distribuée du socle sous la couverture mésozoïque de plus de 10 km d épaisseur? L évolution post-rift de la marge du Golfe du Lion comprend une subsidence d origine thermique débutant au Burdigalien et exprimée au niveau des zones d amincissement crustal, c est-à-dire au large et en Camargue. Dans les zones d étirement de couverture (Languedoc et Provence Rhôdanienne) les séries post-rift pelliculaires, affectée d incisions multiples, caractérisent une faible accommodation, en accord avec l absence d amincissement synrift. Plan: 1- Bassins syn-rifts de la marge on-shore 2- Exemple Bassin d Alès 3- Extension de couverture/de socle 4- Rôle des structures Pyrénéennes 5- Conclusions

3 Les structures compressives (chevauchements en rouge) d âge Crétacé sup à Eocène s étendent des Pyrénées actuelles à la Provence, à travers l actuel Golfe du Lion. Elles sont recoupées par les structures extensives (failles normales en noir et bassins syn-rift en jaune) du rifting Oligocène.

4 Failles : direction de l extension Compilation des direction d extension par rapport aux structures du rifting Oligocène

5 1- Bassins syn-rifts de la marge on-shore Bloc basculé Faille normale Pli + chev. Pyrénéen Bloc basculé Sédiments syn-tectoniques Oligocène Blocs basculés par des failles normales recoupant les structures Pyrénéennes; tout petits bassins syn-tectoniques bien datée (sommet du Rupélien) Bassin syn-rift (Montarnaud)

6 Coupe 3 Coupe 2 Coupe 1

7 Bassin de l Hérault Coupe 1 Maerten & Séranne, 1995

8 Bassins du nord-montpelliérain Coupe 2 Benedicto, 1996

9 Bassins du nord-montpelliérain Coupe 3 Décollement? Ou faille de socle? décollement Benedicto, 1996

10 2- Exemple du Bassin d Alès Coupe 4 Coupe 4 Benedicto, 1996; Sanchis & Séranne, 2000

11 Bassin d Alès Benedicto, 1996; Sanchis & Séranne, 2000

12 Bassin d Alès Isochrones (twt) faille bordière Sanchis, 2000

13 Bassin d Alès Sanchis & Séranne, 2000

14 Bassin syn-rift d Alès Modèle 3D du Bassin d Alès Oligocène Ludien Eocène Néocomien Juras. Sup. Dogger Lias décollement Trias Faille d Alès Socle Sanchis, Séranne, et al. 1999

15 Relations tectoniquesédimentation dans le bassin d Alès Sanchis & Séranne, 2000 Discordances progressives Clastes => sources Changement de faciès Décollement superficiel (dans marnes du Néocomien)

16 Clastes dans le bassin d Alès = zones sources érosion du hanging-wall sur décollement Paléozoïque non exposé pendant l Oligocène Sanchis & Séranne, 2000

17 Modèles tectoniques de systèmes extensifs Bassin d Alès Cohérence Modèles tectoniques/structures observées Thèse Benedicto, 1996, Sanchis, Séranne et al., 1999

18 Coupe 6 Coupe 5 Bassin d Alès : structure et remplissage Coupe 5 Coupe 6 Sanchis & Séranne, 2000

19 Surf. érosion actuelle Modèle du bassin d Alès F. Alès Oligocène: Extension Propagation du décollement ds marnes Néocomien Formation du Synclinal/rampe Ludien : Extension + senestre Rampe émergente au niveau de la remontée de socle F. Cévennes Structuration Téthysienne => Propagation décollement dans le Trias, depuis la zone d extension crustale de la marge Sanchis & Séranne, 2000

20 3- Extension de couverture/de socle Coupe 7 Benedicto, 1996

21 Coupe 7 Bassin de Vistrenque Coupe 7 Benedicto, 1996

22 Coupe 7 Coupe 8 Bassin de Vistrenque Coupe 7 Benedicto, 1996

23 Faille de Nîmes : décollement -> tectonique de socle Coupe 8 Décollement Coupe 7 Rampe de socle Décollement Rampe de socle Benedicto, 1996

24 Partitionnement tectonique de couverture / socle lors de l extension Oligocène Undeformed hinterland Thin-skinned Extensional tectonics Basement-involved extension Decollement basin Hangingwall syncline Half-graben /Mesozoic Half-graben /Palaeozoic post-rift basin F. Cévennes (inactive) Bassins nord-montpelliéerains Graben de Vistrenque F. de Nimes (extension de socle) Ligne de côte actuelle Séranne, 1999

25 Structure de la marge - partition de la déformation Cévennes (non déformées) Déformation de couverture Coupe 9 Extension de socle (amincissement) Etirement crustal Cr.inf./manteau dénudés Croûte Océanique Séranne 1999, Thèse Benedicto, 1996

26 Marge passive ou rift intra-continental? Coupe 11 Coupe 11 Coupe 10 Zone de faille de transfert de l Arlésienne Coupe 10

27 Quel mécanisme d extension de socle pour accommoder l extension de couverture (7 à 10 km)? Synclinal sur rampe décollement Hypothèse 1 Rampe crustale

28 Quel mécanisme d extension de socle pour accommoder l extension de couverture (7 à 10 km)? Sag-basin Hypothèse 2 Ext. ductile en base de croûte Pas d évidence claire de Synclinal sur rampe, ni de sag-basin La question reste ouverte

29 4- Rôle des structures Pyrénéennes Bassin Oligocène d Alès Uzès 10km Faille de Nimes Carte structurale Les Garrigues: zone de plis E-W (E. Sanchis, 1999)

30 anticlinaux On-lap Surf. érosion Discordances progressives Cinématique de la déformation déterminé par les relations tectoniques sédimentation

31 Faille d Alès -> décollement régional Sanchis, 2000

32 f. d Alès f. d Alès f. d Alès Sanchis, 2000

33 f. d Alès Sanchis, 2000 Décollement Oligocène confondu avec décollement Pyrénéen Plusieurs niveaux de décollements Cinématiques successives de direction oblique (Pyrénéen N020, Rifting N120 )

34 S Forage LesAngles N Décollement du Mont Bouquet F. Nîmes (Réactivations multiples) Décollements pyrénéens dans le Trias et à plusieurs niveaux du Jurassique Le trias des Angles est forcément allochtone Séguret & al, 1997

35 Pyrénéen Nord Faille des Cévennes Décollements (Trias & marnes mésozoiques) Rifting Oligocène Rampes & décoll. inactifs Faille d Alès F. Cévennes inactive Décollement (Trias) Réactivation du décollement Pyrénéen par le rifting Oligocène Sanchis, 2000

36 Système extensif Oligocène Séranne & al, 1995

37 5- Conclusions: A- Tectonique extensive Oligocène (ext. couverture en amont, étirement crustal en aval de la marge) = effondrement des séries pré-rift vers la marge du Golfe du Lion. B- Tectonique extensive de couverture dans le BSE, décollement Trias. Quel mécanisme d extensin de socle? Segmentation par faille de transfert Arlésienne C- Modèle de formation des bassins syn-rift de bordure par émergence du décollement sur les hauts structuraux hérités extension téthysienne. D- Interférence et réactivation des décollements Pyrénéens lors de l extension Oligocène, avec cinématique quasi perpendiculaire.

38 Bibliographie BENEDICTO, A. (1996). - Modèles tectono-sédimentaires de bassins en extension et style structural de la marge passive du Golfe du Lion (SE France). - Doctorat, Univ. Montpellier 2, 242. BENEDICTO, A., LABAUME, P., SÉGURET, M. & SÉRANNE, M. (1996). - Low-angle crustal ramp and basin geometry in the Gulf of Lion passive margin: the Oligocene-Aquitanian Vistrenque graben, SE France. - Tectonics, 15, 6, BENEDICTO, A., SÉGURET, M. & LABAUME, P. (1999). - Interaction between faulting, drainage and sedimentation in extensional hanging-wall syncline basins: example of the Oligocene Matelles Basin, Gulf of Lion margin (S.E. France). in: DURAND, B., JOLIVET, L., HORVÁTH, F. & SÉRANNE, M., Eds, The Mediterranean Basins : Tertiary extension within the Alpine Orogen. - The Geological Society Special Publication 156, SANCHIS, E., SÉRANNE, M., COURRIOUX, G., CALCAGNO, P., REPUSSEAU, P. & RENAUD, X. (1999). - Intérêt du développement d'une méthodologie d'imagerie 3D des bassins sédimentaires: Exemple du bassin tertiaire d'alès. - Bulletin GéoFrance 3D, 3, SANCHIS, E. (2000). - Méthodologie d'imagerie 3D des bassins, des exemples dans le bassin du Sud Est. - BRGM / Univ- Montpellier 2, Rapport Interne. SANCHIS, E. & SÉRANNE, M. (2000). - Structural style and tectonic evolution of a polyphase extensional basin of the Gulf of Lion passive margin: the Tertiary Alès Basin, southern France. - Tectonophysics, 322, SÉGURET, M., BENEDICTO, A. & SÉRANNE, M. (1997). - Structure profonde de la région du Gard Rhodanien - Apport du retraitement et de la réinterprétation de données sismiques régionales. - Journées Scientifiques Gard, Bagnols/Cèze (Gard), Atlas des posters, SÉRANNE, M., BENEDICTO, A., TRUFFERT, C., PASCAL, G. & LABAUME, P. (1995). - Structural style and evolution of the Gulf of Lion Oligo-Miocene rifting : Role of the Pyrenean orogeny. - Marine and Petroleum Geology, 12, SÉRANNE, M. (1999). - The Gulf of Lion continental margin (NW Mediterranean) revisited by IBS: an overview. in: DURAND, B., JOLIVET, L., HORVÁTH, F. & SÉRANNE, M., Eds, The Mediterranean Basins : Tertiary extension within the Alpine Orogen. - The Geological Society Special Publication 156,

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