Analyse pétrophysique et anisotropie de roches détritiques dans des systèmes compressifs en présence de failles actives : exemple des prismes de Taiwan et de Nankai

par Fabien Humbert

Thèse de doctorat en Géologie, sciences de la terre

Sous la direction de Béatrice Ledesert.

Le jury était composé de Anne-Marie Boullier, Olivier Fabbri, Laurent Louis, Siegfried Lallemant.

Les rapporteurs étaient Bernard Henry, Yves Géraud.


  • Résumé

    Analyse pétrophysique et anisotropie des roches détritiques dans des systèmes en compression et sous influence de failles actives : Exemple des prismes de Taiwan et du prisme de Nankai (Japon)L'objectif de cette thèse est l'étude de la déformation enregistrée par des roches d'origine détritique dans des domaines sujets au raccourcissement tectonique sub-horizontal (Layer Parallel Shortening) et à des failles actives. Cette étude est basée sur la caractérisation de diverses propriétés physiques et de leur anisotropie à l'échelle de l'échantillon dans le but de décrire à plus grande échelle la structure d'un prisme d'accrétion. Deux prismes ont ainsi été échantillonnés, le premier est le prisme inactif de Taiwan dans le cadre du projet TCDP et le second considéré comme actif celui de Nankai dans le cadre du projet NanTroSeiZE. La microstructure d'une roche sédimentaire, y compris en l'absence de déformation tectonique, présente toujours une ou plusieurs caractéristique(s) anisotrope(s) liée(s) à la forme, à l'orientation préférentielle ou à l'arrangement de ses éléments constitutifs. De nombreux travaux ont porté sur les conséquences de ces anisotropies sur les propriétés physiques, d'abord dans un but prédictif, puis selon une démarche inverse visant à caractériser, à l'aide de modèles, microstructures et histoire tectonique associée. Dans cette thèse la confrontation des résultats obtenus pour différentes propriétés physiques (principalement vitesses des ondes acoustiques, susceptibilité magnétique et aimantation rémanente) met en évidence des réponses sélectives liées à un fort contrôle de la lithologie.Au niveau de prisme de Taiwan, deux résultats majeurs ont été obtenus. D'une part, la comparaison des anisotropies magnétiques et acoustiques a permis de montrer une évolution différentielle de la déformation entre les roches riches en matrice (siltite) par et celles plus riches en grain sableux (grès). D'autre part, les résultats combinés de l'anisotropie des ondes P, l'étude microstructurale et la minéralogie magnétique, montrent un comportement particulier des échantillons situé dans le mur de la faille FZB1136, considérée comme responsables du séisme de Chi-Chi en 1999. Un réseau de structures dilatantes fortement perméable à permis la circulation de fluides, de néo-cristallisation de calcite et de néoformation de minéraux magnétique. Sur le prisme de Nankai, une estimation de la quantification de la déformation enregistrée par les échantillons du prisme est modélisée en utilisant le modèle de March et les paramètres de susceptibilité magnétique. Les différents travaux réalisés dans cette thèse mettent en évidence un couplage direct de certaines propriétés physiques mesurées avec certains effets de déformation, chaque propriété caractérisant un point précis de la fabrique enregistré dans les roches.Mots-clefs : Anisotropie, susceptibilité magnétique, vitesses d'ondes ultrasoniques, déformation, fabrique, microstructures, faille inverse, TCDP, NanTroSeiZE.

  • Titre traduit

    Petrophysics of sedimentary rocks in compressive regime near active faults : examples of the Taiwan and Nankai accretionary prisms


  • Résumé

    Petrophysics of sedimentary rocks in compressive regime near active faults: examples of the Taiwan and Nankai accretionary prismsThe objective of this PhD is to study the deformation recorded by detrital rocks in areas subject to sub-horizontal tectonic shortening (Layer Parallel Shortening) and active faults. This study is based on the characterization of various physical properties and their anisotropy at sample scale in order to describe larger-scale structure of an accretionary prism. Two prisms have been sampled, the first is the inactive in Taiwan prism (TCDP project) and the second active the Nankai prism (NanTroSeiZE project).Sedimentary rocks microstructures, regardless of the degree to which they were loaded tectonically, always present some anisotropic characteristic emerging from a preferential shape, orientation or distribution of its constituents. Numerous studies have focused on the effect of such anisotropies on physical properties, first for prediction purposes, then to conversely get diffuse strain insight through the use of various effective medium models. In this thesis, the comparison between results obtained in discrete samples for various physical properties (essentially acoustic wave velocities, magnetic susceptibility and remanent magnetization) reveals selective responses due to a strong lithologic control.In TCDP, two significant results are reported. On the one hand, comparison of magnetic and acoustic anisotropy showed a differential evolution of deformation between the matrix-rich rocks (siltstones) and those with coarser granular fraction (sandstone). On the other hand, the combined results of the anisotropy of P waves velocity, microstructural analysis and magnetic mineralogy, show a peculiar behavior of the samples located in the wall of the fault FZB1136, considered to be responsible of the Chi-Chi earthquake in 1999. A network of highly permeable dilatant structures allowed the circulation of fluids, neo-crystallization of calcite and neoformation of magnetic minerals. On the Nankai prism, an estimate of quantifying the deformation recorded by the samples of the prism is modeled using a simple March-type model and the parameters of magnetic susceptibility. The various work in this thesis show a direct coupling of physical properties measured with some aspect of deformation, each property characterizing a specific point of the fabric recorded in rocks.Keywords : Anisotropy, magnetic susceptibility, ultrasonic wave velocity, strain, fabric, microstructures, thrust fault, TCDP, NanTroSeiZE.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2010 par Université de Cergy-Pontoise à Cergy

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Informations

  • Sous le titre : Analyse pétrophysique et anisotropie de roches détritiques dans des systèmes compressifs en présence de failles actives : exemple des prismes de Taiwan et de Nankai
  • Détails : 1 vol. (316 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.294-316.
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