Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The Deep Basin of the Gulf of Mexico (DBGM) extends over eastern Mexico, the southeastern part of the United States, west of the Atlantic Ocean. This study, based on the interpretation and integration of seismic profiles, exploration wells and outcrop studies, focus on the deep part of the Gulf of Mexico, where bathymetry varies from 200 to 3750 m, thus comprising both the continental slope and the abyssal plain. The first part of this thesis focus on the description of the sedimentary infill of the western part of the Gulf of Mexico, in the Veracruz State, and to its geodynamic controls. The geodynamic evolution of the Deep Basin of the Gulf of Mexico (DBGM) begins during the Triassic-Jurassic with the break-up and the opening of a continental rift, in the southern part of the North American lithospheric plate. This opening induced a relative movement of the Yucatan Block towards the southeast. This intra-continental rifting episode was followed by a stage of post-rift thermal subsidence in the basins of the continental margin in the west, coeval with oceanic accretion in the DBGM. The thermal subsidence of the margin was subsequently modified by the Laramian orogeny, which impacted strongly the overall architecture of the margin as well as its litho-stratigraphic evolution, inducing the deposition of siliciclastic deposits in various morphotectonic provinces: i.e., near the tectonic front of the Sierra Madre Oriental (SMO), within the adjacent Chicontepec foreland basin, over the Tuxpan Platform (Golden Lane), across the continental slope and up to the deep abyssal plain, these two last morphotectonic provinces belonging to the DBGM. During the Early Paleogene, the effects of the thermal subsidence of the passive margin were stressed by the tectonic load of the Laramian orogen (i.e., the Sierra Madre Oriental, SMO), thus allowing the development of a foreland basin flexural. In this geodynamic framework, the main sedimentary transfers developed from the tectonic front "SMO" in the west, towards the DBGM in the east, the main source for clastic sediments being linked to the erosion of the "SMO" mountains. During the Paleocene and the Early Eocene, the architecture of the silici-clastic syn-tectonic sediments deposited in submarine fans was characterized by sliding, turbidites with A and B Bouma facies, as well as levees and channels. After the stop of the flexural subsidence, the thermal subsidence of the passive margin resumed during the Late Eocene, the Oligocene and the Neogene, allowing the development of a new sedimentary prism, prograding eastwards toward the DBGM. This sedimentary infill was again made up of levees-channels, sand bars and delta systems. During the Neogene, an extensional system with listric faults and roll-over features developed across the slope of the DBGM, due to an active detachment developing within overpressured Eocene-Oligocene clays. This gravitational gliding of Neogene series accounted also for the development of compressional features at the toe of the slope. Approximately 60% of the Miocene siliciclastic sediments have been trapped in growth strata and slope basins associated with this complex gravitational system, ranging from river-delta features towards gravity slides associated with slump facies. The second part of this thesis aims at a quantification of these various processes, including the construction of balanced cross sections, forward Thrustpack kinematic modelling coupling the development of a basal detachment, lithospheric flexure, erosion and sedimentation, as well as subsequent stratigraphic modelling with the Dionisos software, the later aiming at predicting the sand versus clay ratios in Neogene siliciclastic deposits of the DBGM and its surroundings.
Le bassin profond du Golfe du Mexique (BPMG) est localisé à l'est du Mexique, au sud-est des États-Unis et à l'ouest de l'Océan Atlantique. Cette étude de la partie profonde du Golfe du Mexique est basée sur l'intégration de données de sismique, de forages pétroliers et d'études de terrain; elle comprend toute la pente continentale et la plaine abyssale, avec une bathymétrie qui varie de 200 à 3750 m. La première partie de cette thèse est consacrée à la description du remplissage sédimentaire de la bordure occidentale du Golfe du Mexique, dans le secteur de Veracruz, en liaison avec son évolution géodynamique. L'évolution géodynamique du BPMG commence au Trias-Jurassique avec la rupture et la propagation d'un rift continental, dans le secteur sud de la plaque nord américaine. Cette ouverture et le déplacement relatif vers le sud-est du bloc crustal du Yucatan sont à l'origine du BPGM. Cette géodynamique de rift continental est suivie d'une étape post-rift accompagnée de l'océanisation du bassin. Les bassins de la marge passive ont poursuivi leur évolution sous l'effet de la subsidence thermique à l'ouest du Golfe du Mexique, tandis que de la croûte océanique se formait dans le BPGM. Cette subsidence thermique de la marge a ensuite été perturbée par l'orogénèse Laramienne, qui a remodelé l'architecture stratigraphique silico-clastique des dépôts du Tertiaire entre les éléments morphotectoniques suivants: lefront tectonique de la Sierra Madre Orientale (SMO), le bassin d'avant-pays Chicontepec, la Plateforme de Tuxpan-Faja de Oro, la pente continentale et la plaine abyssale, ces deux dernières provinces morphotectoniques appartenant au BPGM. Pendant le Paléogèneinférieur, les effets de la subsidence thermique de la marge passive ont été accentués par la charge tectonique de l'orogénèse laramienne (SMO), permettant ainsi le développement d'un bassin flexural d'avant-pays. Au cours de cette étape, les principaux transferts sédimentaires se sont effectués du front tectonique "SMO" vers le BPGM. La source principale de sédiments clastiques est liée à l'érosion de la chaîne de montagnes "SMO". Pendant le Paléocène et l'Éocène inférieur, l'architecture des premiers sédiments silico-clastiques syn-tectoniques déposés dans des éventails sous-marins sont caractérisés par des figures de glissement, des faciès turbiditiques A et B de Bouma, des chenaux-levées. Après l'arrêt de la subsidence flexurale, la subsidence thermique de la marge passive s'est poursuivie pendant l'Éocène supérieur, l'Oligocène et le Néogène, permettant le développement d'un nouveau prisme sédimentaire progradant. Les remplissages sédimentaires sont encore constitués de chenaux et de levées, avec des barres de sable associées à des systèmes deltaïques sur la plateforme. Pendant le Néogène, un système de failles listriques s'est développé sur la pente du BPGM, au-dessus d'une surface de décollement située, dans la région d'étude, dans les argiles de l'Éocène-Oligocène. Ce système de failles de croissance a piégé plus de 60% des sédiments silico-clastiques du Miocène. Ce remplissage sédimentaire évolue latéralement de faciès fluviaux deltaïques vers des faciès de pente affectés de glissements gravitaires et associés à des turbidites. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à une approche quantitative basée sur des modélisations structurales (coupes équilibrées et modélisations cinématiques directes avec Thrustpack, couplant décollement gravitaire, flexure lithosphérique, érosion et sédimentation), puis sédimentaires (prise en compte des transferts de matériel clastique depuis la partie émergée de la chaîne jusqu'au bassin profond, à l'aide du logiciel Dionisos, afin de mieux comprendre les processus de piégeage des sédiments grossiers dans les structures de croissance et les bassins perchés de la marge.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : In this work on a complete transect of the west‐central Pyrenees, we combine low temperature thermochronology (apatite fission tracks, AFT) with a detailed structural analysis to describe vertical movements related to the thrusting system evolution, and to determine the influence of the latter on the sedimentation/burial/exhumation cycle of thesynorogenic deposits of the southern foreland basin (Jaca and Ainsa basins). AFT analysis from a transect of the south‐Pyrenean basin show the southward decrease of the fission track reset level from the southern edge of the Axial Zone to the South‐Pyreneanfrontal thrust, implying the southwards decrease of the burial amount from more than 5kmin the north to less than 3km in the south assuming an average geothermal gradient of 25°C.km‐1. The structural setting of the Jaca basin attests that the burial of the synorogenicsediments was mainly due to the sedimentary accumulation. AFT data from the northernpart of the basin display a late Oligocene‐early (middle) Miocene cooling event. Newinterpretation of industrial seismic reflection profiles across the Jaca basin suggests that the Oturia thrust is rooted in the Bielsa basement thrust, responsible for the early (‐middle) Miocene out‐of‐sequence tectonic reactivation of the southern flank of the Axial Zone (Jolivet et al., 2007). These results reveal a lower Miocene (Burdigalian ‐?Langhian) out‐of sequence episode of tectonic activity of the interior of the south‐Pyrenean foreland basin. AFT data from the Axial Zone and the North‐Pyrenean Zone confirm the general southwardmigration of the thrusting system, and also bring evidence of the late Oligocene‐lowe rMiocene out‐of‐sequence tectonic reactivation of the northern flank of the Axial Zone. All these results attest of a late Oligocene‐lower Miocene (Burdigalian‐?Langhian) "pop‐up" reactivation of the inner part of the west‐central Pyrenees, younger than the sealing of thesouth‐Pyrenean front (Aquitanian‐?Burdigalian) which is classically considered to mark the end of the Pyrenean compression. These results lead us to propose a new crustal scale evolution model of the west‐central Pyrenees in 3 stages: (i) From the Late Cretaceous to themiddle Eocene, the orogenic prism is characterised by the absence of relief, related to theinversion of Cretaceous extensional structures leading to the accretion of thin crustal units; (ii) The late Eocene‐Oligocene stage corresponds to the continental collision, marked by the creation of important relief associated with the accretion of thick crustal units; (iii) During the early Miocene, the inner part of the Pyrenean wedge is tectonically reactivated.
Ce travail de thèse concerne une transversale complète des Pyrénées centro-occidentales, où on a combiné la thermochronologie basse température (traces de fission sur apatites, TFA) avec une analyse structurale détaillée pour décrire les mouvements verticaux associés à l'évolution du système chevauchant, et pour déterminer l'influence de ce dernier sur le cycle sédimentation/enfouissement/exhumation des dépôts synorogéniques du bassin d'avant‐chaine sud (bassins de Jaca et Ainsa). L'analyse TFA complète les données déjà publiées dans la Zone Axiale et la Zone Nord‐Pyrénéenne, e tconstitue la première étude de ce genre dans un bassin d'avant‐chaîne pyrénéen. Les données TFA sur la transversale du bassin sud‐pyrénéen montrent une diminution vers le sud du degré d'effacement des traces de fission, traduisant la diminution vers le sud de la quantité d'enfouissement, supérieure à 5 km au nord et inférieure à 3 km au sud dans l'hypothèse un géotherme de 25°.km‐1. Le contexte géologique montre que l'enfouissement est principalement lié à l'accumulation des dépôts synorogéniques. Les données TFA de lapartie nord du bassin montrent un refroidissement d'âge Oligocène supérieur‐Miocèneinferieur (moyen). Par ailleurs, une nouvelle interprétation de profils de sismiques réflexiondans le bassin de Jaca montre que le chevauchement d'Oturia s'enracine dans lechevauchement de socle de Bielsa, responsable de l'exhumation tectonique hors‐séquencedu bord sud de la Zone Axiale au Miocène inférieur (‐moyen) (Jolivet et al., 2007). Cesrésultats attestent donc de l'exhumation tectonique hors‐séquence au Miocène inférieur (Burdigalien‐ ?Langhien) de la partie nord du bassin d'avant‐chaine sud‐pyrénéen. Des données TFA obtenues dans la Zone Axiale et la Zone Nord‐Pyrénéenne confirment lamigration générale vers le sud du système chevauchant, et mettent également en évidencela réactivation tectonique hors‐séquence du bord nord de la Zone Axiale à l'Oligocèneterminal‐Miocène inférieur. L'ensemble de ces résultats atteste donc de la réactivation en " pop‐up " de la parties interne des Pyrénées centre‐ouest à l'Oligocène supérieur‐Miocèneinférieur (Burdigalien‐ ?Langhien), postérieurement au scellement du front sud‐pyrénéen (Aquitanien‐ ?Burdigalien) classiquement considéré comme marquant la fin de lacompression pyrénéenne. Ces données nous ont permis de proposer un nouveau modèle d'évolution crustale des Pyrénées centro‐occidentales en 3 grandes étapes : (i) du Crétacé supérieur à l'Eocène moyen, le prisme est caractérisé par une absence de relief, en lien avec l'inversion de structures extensives crétacées conduisant à l'accrétion de petites écailles crustales ; (ii) la période Eocène supérieur‐Oligocène correspond à la collision continentale proprement dite, et est marquée par la création d'importants reliefs associés à l'accrétion d'épaisses unités crustales ; (iii) au Miocène inférieur, la partie interne du prisme pyrénéen est réactivée.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : National audience
Les flux sédimentaires dans les bassins d'avant-pays dépendent de l'activité érosive des rivières qui drainent en amont les chaînes de montagnes. Les variations du flux sédimentaire sont généralement attribuées à des variations de l'activité érosive en réponse à la tectonique ou aux changements climatiques. À l'aide d'un dispositif expérimental nous étudions les interactions entre la déformation, la pluviométrie et le comportement intrinsèque d'un système géomorphologique que constitue un prisme orogénique soumis à l'érosion. Nous montrons que le réseau de drainage dans un tel prisme évolue toujours depuis un réseau dominé par des drains longitudinaux (parallèles aux structures tectoniques) vers un réseau dominé par des drains transversaux. Au cours de cette réorganisation, les captures de drains longitudinaux par les drains transversaux provoquent des modifications des pentes locales et des flux d'eau. Ces captures entraînent une augmentation subite de la vitesse d'érosion des drains transversaux provoquant celle-là même du flux de sédiment à la sortie du prisme (figure 1), alors que la vitesse de raccourcissement et la pluviométrie sont restées constantes. L'analyse de systèmes naturels montre que cette réorganisation progressive du système de drainage semble être une conséquence inéluctable de la croissance des chaînes de montagnes (Babault et al 2012). On doit par conséquent s'attendre à ce que le flux sédimentaire dans les chaînes soit contrôlé, non seulement par la tectonique et/ou le climat, mais aussi par la dynamique du réseau de drainage.
14 ème congrès français de sédimentologie, Paris, 4-8 novembre 2013, livre des résumés. Publication ASF
Paris, France

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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Fault zones are major discontinuities in sedimentary basins. Understanding their role on fluid migrations is an essential issue to (i) characterize the mechanisms and kinematics of deformation and (ii) to determine the parameters which control the distribution of energetic or mineral resources. This work applies to faulting under a temperature range of 200-250°C, corresponding to that of deeply buried reservoirs as well as potentially seismogenic fault zones. The studied faults are normal faults affecting the “Grès d’Annot” Formation, a Priabonian-Rupelian siliclastic turbidite succession of the Alpine foreland basin. They are located in two distinct areas: the Moutière-Restefond area in the eastern part of the basin and the Estrop area in the western part. Vitrinite reflectance outside fault zones indicates maximal temperatures of 240-260°C at Moutière-Restefond and 170-200°C at Estrop, i.e. burial depths around 8 km and 6 km, respectively, assuming a mean geothermal gradient of 30°C/km. Burial was due to underthrusting below the Embrunais-Ubaye Alpine nappes, the difference in burial between the two areas traducing the westward taper of the nappe front.The studied faults affect alternating arkosic sandstone beds and pelite layers with offsets from centimeters to decameters. Two types of core zones are recognized: (1) the foliated core zones of the Moutière-Restefond area, where deformation dominated by pressure solution and synkinematic phyllosilicate neoformation resulted in a foliated fabric, and (2) the core zones of the Estrop area, characterized by dilatant quartz-mineralized veins and breccia. Fault and host rock petrophysical properties were measured on drill plugs, using the water porosity technique and nitrogen permeability technique under 2 Mpa of confining pressure. In the Moutière-Restefond fault zones, plug axes were oriented in three orthogonal directions corresponding to the main deformation axes (X, Y, Z) of the foliated arkose to characterize the effect of structural anisotropy. In the Estrop fault zones, where deformation does not show equivalent anisotropy, the plug axes were oriented according to the main fault plane orientation (i.e., parallel to azimuth, parallel to dip and normal). In each fault zone, the porosity of fault rocks is equivalent to that of host rocks. In the Moutière-Restefond fault zones, the plugs parallel to the X and Z axes of deformation have a permeability similar to that of the host rocks, whereas permeability parallel to the Y axis (i.e. parallel to the foliation and the main fault plane) is one order of magnitude higher. By contrast, the permeability values in the Estrop fault zones are isotropic and equivalent to the host rock values. This study highlights the importance of various types of deformation mechanisms and related fluid-rock interactions in determining different fault rock types within a similar protolith, ultimately controlling distinct petrophysical properties of fault zones.
Les zones de failles constituent des discontinuités majeures dans la croûte supérieure. Ce mémoire s’intéresse aux failles actives à des profondeurs de 5-8 km, i.e. dans des conditions pouvant jouer un rôle important (i) sur le comportement mécanique de de la croûte, en particulier sur son potentiel sismogénique et (ii) sur la compartimentation des réservoirs géologiques profondément enfouis.Les failles étudiées sont des failles normales (rejet jusqu’à 50 mètres) affectant des alternances de bancs de grès arkosiques et de pélites dans les Grès d’Annot, une formation turbiditique d’âge priabonien-rupélien du bassin d’avant-chaine alpin. Les Grès d’Annot ont été enfouis sous les nappes de l’Embrunais-Ubaye peu de temps après leur dépôt et exhumés au Miocène moyen-supérieur. L’étude a été réalisée dans deux secteurs des Alpes de Haute-Provence, (1) le secteur de l’Estrop (chaine des Trois Evéchés, dans la partie occidentale du bassin) et (2) le secteur de Point Vert-Restefond (alentours du col de la Bonette, dans la partie orientale du bassin). La réflectance de la vitrinite dans les Grès d’Annot indique des températures maximales de 160-190°C dans le secteur (1) et de 240-260 °C dans le secteur (2) , soit des profondeurs d’enfouissement de 5-6 km et 8-10 km, respectivement, dans l’hypothèse d’un gradient géothermique moyen de 25-30°C/km. A partir des observations microstructurales, de données d’inclusions de fluides, de modélisations thermodynamiques sur chlorites syncinématiques et des indices de cristallinité de l’illite, on a établi que les failles du secteur (1) ont fonctionné à une température d’environ 200°C pour une pression de 0.6Kbar et celles du secteur (2) dans une gamme de température de 200-220°C et de pression comprise entre 0.6 et 1.1 Kba. L’activité de la faille de Point-Vert a été datée par la méthode 40Ar/39Ar au Miocène inférieur (21 Ma). Ces failles sont interprétées comme associées aux premiers stades du soulèvement résultant de l’activité des chevauchements dans le socle sous-jacent.Deux types principaux de roches de failles caractérisent les failles étudiées. Les brèches dilatantes sont majoritaires dans les zones de failles du secteur (1) alors que les arkoses foliées sont majoritaires dans les zones de failles du secteur (2). Les brèches dilatantes témoignent de mécanismes de déformation dominés par la fracturation transgranulaire et la pression-solution des silicates. Ce dernier mécanisme se manifeste principalement par d’abondantes précipitations cycliques de quartz, les stylolites restant peu développés. Les géométries structurales sont associées à l’activation de plans T de Riedel déterminant l’ouverture de relais extensifs et un régime localement dilatant. Nous associons ce type de roche de faille à une faible pression effective au cours de la déformation.La déformation cisaillante exprimée dans les arkoses foliées témoigne de mécanismes de déformation dominés par (i) la fracturation intragranulaire et transgranulaire, (ii) la pressionsolution/ précipitation des silicates, principalement le quartz, (iii) la néoformation de micas blancs liée à l’altération des feldspaths et (iv) la précipitation de chlorite. Ce travail montre également que les transformations minéralogiques liées aux interactions fluide-roche dans la zone de faille (forte augmentation de la proportion des phyllosilicates au dépend des feldspaths) changent radicalementla composition minéralogique de la roche. Nous associons ce type de roche de faille à une forte pression effective au cours de la déformation.La pétrophysique montre que les brèches de failles (secteur 1) ont une perméabilité isotrope et équivalente à celle du protolithe (10-3mD sous 2 MPa de confinement) tandis que les roches foliées (secteur 2) montrent une augmentation de perméabilité (10-2mD) selon l’axe Y de la déformation, d’un ordre de grandeur supérieure aux perméabilités suivant les axes X et Z et dans la roche hôte (10-3mD). Ce drain préférentiel potentiel est associé à l’orientation des phyllosilicates dans la foliation.
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