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.
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01310382

tel-01310382
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01310382
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01310382/document
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01310382/file/Th%C3%A8seCAVAILHES2012.pdf

Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier
Résumé : International audience
This article summarizes the geodynamic evolution of the Variscan to Mesozoic Tethyan subduction history, based on a review of geochronological data from Eastern Anatolia and the Lesser Caucasus, and new isotopic ages for the Georgian crystalline basements. The geological history of the basements of Georgia (Transcaucasus) and NE Turkey (eastern Pontides) appears to be similar and provides evidence for a continuously active continental margin above a north-dipping subduction since at least the Lower Jurassic. New La-ICPMS U-Pb ages from the Georgian basement provide further evidence for the derivation of the Transcaucasus and its western continuation (the eastern Pontides) from Gondwana. A migmatized granodiorite provides preserved magmatic zircon cores with an age of 474 ± 3 Ma, while the age of migmatization is constrained by its 343 ± 2 Ma metamorphic rims. Metamorphism is synchronous with widespread I-type granites that were emplaced at 335 ± 8 Ma in the neighbouring Dzirula massif, and in the eastern Pontides. These U-Pb ages are in close agreement with recently obtained Ar/Ar ages from biotites and muscovites from metamorphic schists and U-Pb ages ranging from 340 to 330 Ma in the Georgian basement. The narrow range of ages suggests that the Variscan LP-HT metamorphic event in the eastern Pontides and Georgia was of short duration and likely related to mantle-derived intrusives. Furthermore, we suggest that (1) rifting of the Pontides-Transcaucasus block (PTB) from Gondwana at 450–350 Ma could have been driven by roll-back of the south-dipping Rheic slab, (2) that the main metamorphic and coeval magmatic events are related to the accretion of the PTB to the Eurasian margin at c. 350 Ma, while the source of magmatism is ascribed to slab detachment of the south-dipping slab at 340 Ma and that (3) three subduction zones may have been contemporaneously active in the Tethyan domain during the Jurassic: (i) the Lesser Caucasus South Armenian Block (SAB) shares a similar Gondwana affinity, but bears younger ages for its MP-MT metamorphic evolution and calc-alkaline magmatism bracketed from 160 to 123 Ma; (ii) north-dipping subduction below the PTB from c. 210 Ma to 150 Ma; (iii) northward intra-oceanic subduction bracketed from 180 to 90 Ma between the SAB and the PTB.
ISSN: 0264-3707

hal-01347761
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01347761
DOI : 10.1016/j.jog.2016.03.003

Éditeur(s) : HAL CCSD American Geophysical Union
Résumé : International audience
Torsion experiments (inline image =3 × 10−4 s−1) were performed to investigate the large strain (γmax = 15) rheology on quartz-muscovite aggregate as analogue to pelitic rocks undergoing melting and crystallization during deformation at 300 MPa confining pressure and 750°C temperature. Microstructures reveal four distinct but gradational stages of crystal-melt interactions during deformation--(a) solid state deformation, (b) initiation and domination of partial melting, (c) simultaneous partial melting and crystallization, and (d) domination of crystallization. The microstructural stages are linked to the rheology of the deforming samples. Partial melting starts at relatively low finite shear strains (γ = 1-3) showing approximately 60% strain softening. At γ = 4-10 the partially molten bulk material shows a steady state flow at low stress. Further crystallization of new crystals at the expense of melt between γ = 10 and 15 causes weak strain hardening until the material fails by developing brittle fractures. The stress exponent (n), calculated at γ = 1, 5, and 10, increases from ∼ 3 to ∼ 43, indicating a transition from power to power law breakdown or exponential flow of the bulk system. Hydrostatic experiments for equivalent times and conditions of the torsion experiments were also conducted to evaluate the reaction kinetics and microstructures under static conditions. The new experimental data establish that partially molten rock does not flow according to a constant strain rate-dependent power law (steady state) rheology. The rheological transition from strain rate sensitive to strain rate insensitive flow is interpreted as a function of melt-crystal ratio, their mutual interactions, and the evolution of microstructures in the partially molten rock.
ISSN: 0148-0227

hal-01053709
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01053709
DOI : 10.1002/2013JB010777