Analyse des Structures Géologiques
Ce cours de Master en Géophysique a pour objectif l'étude approfondie des mécanismes de déformation de la croûte terrestre et l'intégration des données structurales et géophysiques. L'enseignement débute par des rappels sur la rhéologie et la quantification de la déformation (tenseur de déformation), en utilisant notamment l'outil fondamental du stéréonet pour la représentation et l'analyse géométrique des plans et des linéations.
Le cœur du programme se concentre sur la caractérisation détaillée des principales structures. Nous étudions la classification et la cinématique des failles (normales, inverses, décrochantes) et les méthodes pour déterminer les paléo-contraintes à partir des marqueurs cinématiques (stries, indicateurs S-C). Parallèlement, nous analysons la géométrie et les mécanismes des plis (flambage, cisaillement) et l'importance des fabriques pénétratives (schistosité, foliation).
Géodynamique des Bassisn Sédimentaires
1. Définition et Diversité des Bassins
Un bassin sédimentaire est essentiellement défini comme :
1.1. Un réceptacle (substratum).
1.2. Un contenu (fill) ou couverture sédimentaire reposant sur ce réceptacle.
1.3. Initialement, les bassins étaient perçus comme des dépressions structurales ou des cuvettes (structural lows or cups) dans la croûte.
Pour être considéré comme un bassin fonctionnel (functional basin), il doit s'agir d'une zone particulière de subsidence ayant permis l'accumulation de sédiments sur plusieurs centaines de mètres. Le dépocentre est le point d'accumulation sédimentaire maximale, qui ne correspond pas nécessairement à la zone de subsidence maximale.
La grande diversité des bassins (en taille, profondeur, environnement, sédimentation, etc.) nécessite une classification génétique moderne basée sur les concepts de la tectonique globale. Un bassin peut avoir une histoire multiphase (multiphase history) où différentes phases tectoniques et sédimentaires se superposent.
2. Classification Tectonique des Bassins
La classification divise les bassins selon leur cadre géodynamique :
2.1. Bassins Cratoniques, Continentaux et Épicontinentaux
• Localisation et Structure : Ils sont situés sur la croûte continentale rigide (craton) et constituent une grande partie des bassins sédimentaires de la Terre. Ils se trouvent souvent sur d'anciennes plateformes stables (ancient stable platforms).
• Subsidence et Mécanisme : Ils sont caractérisés par une subsidence modérée et un affaissement graduel (gradual descent) du substratum, d’où le terme de « sag basin » lorsque le substratum s'est affaissé. Cette subsidence est supposée être d'origine thermique (refroidissement) ou liée à un événement extensif.
• Environnements : Ils présentent des dépressions topographiques peu profondes (shallow topographical depressions) où s'accumulent des sédiments dans des environnements continentaux, littoraux ou néritiques (par exemple, broad fluvial outwash, endorheic lacustrine basins comme le Lac Tchad, ou shallow epeiric seas).
2.2. Bassins de Rift et Marges Divergentes (Extension)
• Rifts et Fossés d'effondrement (Fault Troughs) : Ils sont longs et étroits, bordés par des failles normales parallèles. Ils résultent d'un étirement de la partie supérieure de la croûte. Le stade initial (rifting phase) se caractérise par une subsidence initiale (rapide) due à l'extension et à l'amincissement crustal.
• Marges Continentales Passives ou Divergentes : Elles se forment après le rifting, lors de l'ouverture océanique et de l'étalement. La subsidence y est dominée par le refroidissement thermique graduel de la lithosphère. Elles peuvent être maigres (lean or starved margins) ou grasses (fat margins), selon l'épaisseur des dépôts post-rift.
• Bassins Pull-Apart : Cas spéciaux de bassins d'extension qui se développent le long de failles transformantes majeures et présentent souvent une forme rhomboédrique.
2.3. Bassins Océaniques Profonds
• Ce sont les plus grandes structures sédimentaires du globe, couvrant 70% de la surface de la planète, principalement dans l'hémisphère sud.
• Ils sont généralement profonds, avec une couverture sédimentaire souvent mince (< 1000 mètres), à l'exception des larges épandages turbiditiques près des marges.
• Leur subsidence est principalement due au refroidissement thermique.
2.4. Bassins Associés aux Marges Actives et Chaînes Pliées (Convergence)
• Ces bassins se développent dans des régions où les plaques convergent, accompagnés de subduction et de formation de chaînes de montagnes orogéniques.
• Bassins Péri-Suturaux ou d'Avant-Pays (Foreland Basins) : Ce sont les fossés flexuraux trouvés entre le craton et la chaîne plissée. Leur formation primaire est due à la flexion lithosphérique causée par la surcharge tectonique (load ou overload) de la chaîne de montagnes.
• Bassins Margino-Océaniques (Fossé océanique, Avant-arc, Intra-arc, Arrière-arc) : Ils sont associés aux arrangements de subduction. Le fossé océanique profond (deep or oceanic trench) se trouve sur la flexion crustale et atteint des profondeurs de 4,5 à 11 km. Les bassins d'arrière-arc (backarc basins) sont des dépressions souvent liées à l'extension et à l'amincissement crustal derrière l'arc volcanique.
3. Importance de la Subsidence
La subsidence est le mécanisme clé permettant l'accumulation sédimentaire. Elle est définie comme la réponse mécanique de la lithosphère cherchant à maintenir l'équilibre isostatique avec un processus de refroidissement (cooling process) ou l'effet d'une charge. Pour les rifts et les marges passives, elle se divise en :
• Subsidence initiale (rapide) : due à l'étirement mécanique (tectonique).
• Subsidence thermique (lente) : due au rétablissement de l'équilibre thermique.
Techniques de Numérisation
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