Chapitre 8 : Introduction
Dans les domaines en sédimentation, l’existence et la persistance d’escarpements de failles synsédimentaires peuvent être la conséquence de deux phénomènes principaux : (1) une vitesse de déformation (subsidence) supérieure à la vitesse de sédimentation et (2) une variation dans la dynamique de la sédimentation.
(1) Dans le cas d’une vitesse de déformation supérieure à la vitesse de sédimentation, le déplacement sur la faille crée plus d’espace que la quantité de sédiment disponible. La faille s’exprime en surface par un escarpement (e. g. Hardin & Hardin 1961, Thorsen 1963, Suppe et al. 1992 , Childs et al. 1993, Edwards 1995, Doglioni et al. 1998) (fig. 93).
Figure 93 : Escarpement de faille synsédimentaire active (vitesse de déformation supérieure à la vitesse de sédimentation) (modifié d’après Doglioni et al. (1998)).
À l’inverse, si la vitesse de déplacement sur la faille, c’est-à-dire de subsidence dans le hanging-wall, est inférieure à la vitesse de sédimentation, l’espace disponible pour piéger les sédiments n’est plus suffisant, et la faille est ennoyée. Bien qu’active, elle ne crée pas d’escarpement en surface (fig. 94).
(2) Pendant les périodes de sédimentation non dynamique de type pélagique, si la faille est active, elle se marquera par un escarpement topographique (e.g. Xio & Suppee 1992, Mitchell 1996, Cartwrigth et al. 1998), quel que soit le rapport entre vitesse de déplacement et vitesse de sédimentation. La hauteur de l’escarpement sera déterminée par la valeur de ce rapport.
Figure 94 : Absence d’escarpement de faille synsédimentaire active (modifie d’après Doglioni et al. (1998)).
Le rapport entre vitesse de déformation et vitesse de sédimentation, le mode, continu ou discontinu, de fonctionnement des failles, et la nature dynamique ou non dynamique de la sédimentation sont les paramètres de contrôle du développement d’escarpements de faille.
Les variations d’épaisseur des dépôts, consécutives à l’érosion d’un escarpement de faille et du dépôt de sédiments dans le hanging-wall, ne permettent pas d’accéder à la véritable valeur du déplacement sur la faille (Ocamb, 1961). Ces variations sont inférieures à la valeur réelle du rejet sur la faille (Thorsen 1963).
Le dépôt de sédiments pélagiques d’épaisseur identique de part et d’autre d’une faille active peut induire une estimation erronée du mouvement de la faille (e.g. Xio & Suppee 1992, Cartwrigth et
al. 1998). Cette épaisseur identique de dépôt argileux pourrait être en effet considérée à tort comme
caractéristique d’une période d’inactivité de la faille (Cartwrigth et al. 1998).
La difficulté d’intégrer l’existence des escarpements de faille dans la détermination de la cinématique des failles synsédimentaires a été soulevée par de nombreux auteurs (e.g. Suppe et al. 1992, Xio & Suppee 1992, Childs et al. 1993, Shaw et al. 1999). Cette difficulté conduit généralement à considérer que, d’une part, l’ampleur de ces escarpements est négligeable comparativement au déplacement cumulé final (Hardin & Hardin 1961, Thorsen 1963 ) et que, d’autre part, dans la mesure où les sédiments comblent les topographies, les variations d’épaisseur de part et d’autre de la faille donnent directement accès aux variations du déplacement sur la faille (e.g. Hardin & Hardin 1961, Thorsen 1963, Lowrie 1986, Cartwrigth et al. 1998, Masaferro et al. 2002, Childs et
Figure 95 : Escarpement de faille synsédimentaire lié à une sédimentation pélagique (modifié d’après Audin et al. (2001)).
Cette association directe entre les variations d’épaisseur et les variations d’activité des failles synsédimentaires, sans considérer l’existence d’escarpements de faille, ont conduit certains auteurs jusqu’à décrire un fonctionnement cyclique des failles, à haute fréquence (20 ka), en relation directe avec les variations des paramètres orbitaux de la Terre (précession, obliquité, excentricité), à l’origine des cycles de Milankovitch, qui contrôlent les variations du flux sédimentaire à ces échelles de temps (Lowrie 1986, Cartwrigth et al. 1998).
Ces quelques remarques montre l’importance de considérer (1) la sédimentation syntectonique comme dynamique et non plus comme un simple marqueur passif de la déformation et (2) la présence d’escarpements de faille dans la détermination de la cinématique des failles synsédimentaires. Ces deux questions aboutissent au final à s’interroger sur la signification réelle des variations d’épaisseurs des strates de croissance en termes de variations de vitesses de sédimentation et de déformation.
La seconde partie de ce travail s’organise autour de trois articles constituant chacun un chapitre.
Le chapitre 9 aborde la question primordiale du mouvement continue ou discontinue des structures tectoniques synsédimentaires à des échelles de temps variables et de l’utilisation univoque de l’épaisseur des strates de croissances comme marqueurs passifs de la déformation. Cette réflexion est menée en prenant exemple sur des dépôts synsédimentaires d’un pli de croissance (Pico del Aguila, Pyrénées espagnoles). Ce chapitre insiste sur l’importance du caractère dynamique/
non-dynamique de la sédimentation, en particulier à haute fréquence (10’s à 100’s ka), dans la détermination de la cinématique des structures synsédimentaires.
L’article correspondant est soumis aux Comptes Rendus Géosciences (Rubrique Tectonique) dont l’intitulé est : « How reliable are growth strata in interpreting short-term (10’s to 100’s ka) growth structures kinematics? / Strates de croissance et cinématique à court-terme de la déformation (10’s à 100’s ka) ».
Le chapitre 10 analyse la méthode dite « T-Z plot » utilisée pour déterminer la cinématique des failles de croissance à partir des données sismiques ou de puits.
Cette méthode consiste à mesurer l’évolution du rejet vertical en fonction de la profondeur des marqueurs dans le hanging-wall. Le graphe résultant de cette méthode se caractérise, dans un repère orthonormé où l’axe des abscisses représente la profondeur et l’axe des ordonnées le rejet, par une alternance de segments de droite à pente positive et de segments à pente nulle. Ces alternances ont été jusqu’ici considérées comme reflétant l’alternance entre des phases de quiescence et des phases d’activité des failles.
L’objectif de cet article est de déterminer, par une approche analytique, les différentes significations possibles de ces variations de pentes et de montrer l’utilisation qui peut en être fait pour repérer les variations lithologiques majeures des strates de croissance.
Ce chapitre fait l’objet d’un article soumis à Journal of Structural Geology dont l’intitulé est : « Using T-Z plot as a graphical method to infer lithological variations from growth strata ».
Le chapitre 11 concerne la mise en œuvre de la méthodologie décrite au chapitre 10 sur des données sismiques de dépôts syntectoniques du Delta du Niger et la comparaison des résultats obtenus avec des données de puits. L’ensemble des données a été fourni par Total Fina Elf.
Ce chapitre fait l’objet d’un article en préparation pour The American Association of
Petroleum Geologists Bulletin dont l’intitulé est : « A simple method to determine sand-shale ratios
from the seismic analysis of growth faults. Example from late Oligocene to early Miocene Niger delta deposits».