Tectonique et architecture des bassins intracratoniques Paléozoïques : impact sur l’enregistrement sédimentaire et la géométrie des réservoirs associés : exemple de la marge Nord Gondwanienne

par Paul Perron

Thèse de doctorat en Géodynamique des enveloppes supérieures

Sous la direction de Michel Guiraud et de Emmanuelle Vennin.

Soutenue le 27-06-2019

à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....) , en partenariat avec Biogéosciences (Dijon) (laboratoire) .

Le président du jury était Isabelle Moretti.

Le jury était composé de Eric Portier, Laetitia Le pourhiet.

Les rapporteurs étaient Rémi Eschard, Sierd Cloetingh.


  • Résumé

    La plate-forme Saharienne paléozoïque, comprenant les bassins péri-Hoggar (Murzuq, Illizi, Mouydir, Ahnet, Reggane et Tim Mersoï) sont définies comme des bassins intracratoniques. Ils ont été dominés par des mouvements verticaux lents et à grande longueur d'onde, conduisant à une subsidence globale à faible vitesse (i.e. ca. 10 m/Ma à 50 m/Ma) et à l'accumulation d'une couverture sédimentaire étendue de type plate-forme (environnements de dépôts peu profonds), rythmée par des périodes pulsatiles d’augmentation et de diminution du taux de subsidence probablement déclenchées par des événements géodynamiques régionaux. Les mouvements verticaux de la plate-forme ont créé plusieurs arches également appelés dômes, paléo-topographies (e.g. les arches de la Tihemboka, d’Amguid El Biod, d’Arak-Foum Belrem et de l’Azzel Matti) et des bassins (en forme de synclinal) de différentes longueurs d'onde allant de plusieurs centaines à plus de milliers kilomètres. La persistance d’un ensemble assez uniforme de mouvements verticaux semble contrôler l’architecture des bassins, ce qui semble indiquer un contrôle à grande échelle (i.e. lithosphérique). Ce dernier contrôle spatialement et temporellement la dynamique sédimentaire de dépôt et d'érosion. Plusieurs périodes d'érosion majeures ont considérablement tronqué les sédiments préexistants sur de vastes zones, produisant des discordances régionales, restreintes et amalgamées sur les arches, qui séparent la couverture sédimentaire de la plateforme. À travers une approche intégrée multidisciplinaire originale allant d’une analyse géologique de bassin, associant le substrat et l’architecture de bassin à une modélisation thermomécanique numérique de la lithosphère, cette étude a permis de décrypter les facteurs de forçage des bassins intracratoniques de la plate-forme saharienne (bassins péri-Hoggar).L'architecture en Arches-Bassins est mise en évidence par l'identification de structures tectono-sédimentaires (onlap divergents, troncatures…). Cette architecture se caractérise par des variations d'épaisseur et des partitionnements de faciès, organisés par des failles normales planes sub-verticales formant des systèmes d'horst-graben souvent associés à des plis forcés dans la couverture. Connectés et nucléés aux grandes zones de méga-cisaillement, les systèmes d'horst-graben sont inversés (inversion positive) ou réactivés (plis forcés) au cours d'événements géodynamiques successifs (par exemple : extension cambro-ordovicienne, rebond glaciaire ordo-silurien, extension/ compression Siluro-Dévonien «Calédonienne», extension/compression du dévonien tardif et compression «hercynienne»).Formée sous une lithosphère précambrienne de type accrétionnaire héritées de plusieurs paléo-orogénèses (e.g. Eburnéenne, Panafricaine), une zonation des substrats sous l’architecture en Arches-Basins est observée : Les terranes Archéen à Paléoprotérozoïque se situent sous les hauts structuraux et les terranes méso-néo-protérozoïques sous les dépressions.Sur la base de ces observations géologiques et de l’hypothèse de densités différentielles conservées (impliquant un potentiel isostatique) entre les différents terranes accrétées héritées (i.e. les terranes archéennes et protérozoïques) dans la lithosphère, un modèle numérique thermo-mécanique 2D est proposé. Les facteurs de forçage du premier et du second ordre, respectivement caractérisés par de faible taux de subsidence et par leurs déviations cycliques pendant de longues durées (250 Ma), sont bien contraint par le modèle réconciliant aussi l’architecture tectono-stratigraphique singulière en Arches-Basins. Les différentes simulations ont montré l’importance des anomalies thermiques, de la tectonique (faible taux de déformation) et de l’apport externes en sédiments sur la dynamique de ces bassins intracratoniques. Le flux sédimentaire contrôle la vitesse et la durée de remplissage du bassin jusqu'à l'équilibre isostatique (…).

  • Titre traduit

    Architecture and tectonic of Paleozoic intracratonic Basins : impact on the sedimentary record and associated geometries : example of peri-Hoggar Basins (North Gondwana marge)


  • Résumé

    The Paleozoic Saharan platform including the peri-Hoggar Basins (i.e. Murzuq, Illizi, Mouydir, Ahnet, Reggane and Tim Mersoï basins) are defined as intracraonic basins. Their histories have been dominated by slow long-wavelength vertical motions leading to overall low subsidence rate (i.e ca. 10 m/Ma to 50 m/Ma) and accumulation of an extensive cover of platformal sediments (i.e. shallow deposits environments), rhythmed by pulsatile periods of increasing and decreasing rate probably triggered by regional geodynamic events. The vertical motions of the platform produced several arches also called domes, swells, highs, ridges (e.g. the Tihemboka, Amguid El Biod, Arak-Foum Belrem and Azzel Matti Arches) and basins (syncline-shaped) with different wavelengths going from several hundred to more than a thousand kilometres. The persistence of a rather uniform pattern of vertical motions seems to control the architecture of the basins indicating a large-scale control (i.e. lithospheric). This latter controls spatially and temporally the deposition and the erosion dynamics. Several major erosion events significantly truncated the pre-existing sediments over wide areas, producing regional unconformities, especially restricted and amalgamated on arches, which separate the platformal cover into divisions. Through an original multidisciplinary integrated approach going from a geological basin analysis, coupling the substrate and the basin architecture to a numerical thermo-mechanical modelling of the lithosphere, this study has led to decipher the forcing factors of the intracratonic basins of the Saharan platform.The Arches-Basins architecture is highlighted through the identification of tectono-sedimentary structures (growth strata, truncatures…). This architecture is featured by thickness variation and facies portioning, organized by sub-vertical planar normal faults (sometimes blind faults) forming horst-graben systems associated with forced folding in the cover. Connected and nucleated to major mega-shear zones, horst-graben systems are inverted (positive inversion) or reactivated (forced folds) during successive geodynamic events (e.g. Cambro-Ordovician extension, Ordo-Silurian glacial rebound, Siluro-Devonian “Caledonian” extension/compression, late Devonian extension/compression and “Hercynian” compression).Formed under a Precambrian lithosphere of accretionary type, inherited during several paleo-orogenies (e.g. Eburnean, Pan-African), a substrates zonation of the Arches-Basins framework is described, where the Archean to Paleoproterozoic terranes are forming the structural highs and the Meso-Neoproterozoic terranes the structural lows.Based on these geological observations and the hypothesis of conserved differential densities (implying an isostatic potential) between the inherited different accreted terranes in the lithosphere (i.e. archean and proterozoic terranes), a 2D thermo-mechanical numerical model is proposed. The first and second order forcing factors, respectively recorded in the subsidence rate pattern by the low long-lived and by their cyclic deviations, are well constrained reconciling the singular Arches-Basins tectono-stratigraphic architecture. The different simulations have shown the importance of thermal anomaly, tectonics (weak strain rate) and external sediment supply on the dynamic of these intracratonic basins. Where, sediment flux controls the speed and the duration of basin infill until achievement of the isostatic equilibrium. The thermal anomaly and the tectonics compel the tectono-stratigraphic complexification such as the arches framework (intra-arches, boundary secondary arches…) and the stratigraphy architecture (wedges, diachronic unconformities) (…).


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Informations

  • Sous le titre : Tectonique et architecture des bassins intracratoniques Paléozoïques : impact sur l'enregistrement sédimentaire et la géométrie des réservoirs associés : exemple de la marge Nord Gondwanienne
  • Détails : 1 vol. (394 p.)
  • Annexes : Bibliographie p.351-394
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