Detachment and low-angle normal faults: Kinematics and localization of the deformation. Field approach and numerical modelling. Example of Cyclades - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2010

Detachment and low-angle normal faults: Kinematics and localization of the deformation. Field approach and numerical modelling. Example of Cyclades

Détachements et failles normales a faible pendage : cinématique et localisation de la déformation, approche de terrain et modélisation numérique. Exemple des Cyclades.

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Emmanuel Lecomte
  • Function : Author
  • PersonId : 891720

Abstract

Several low-angle normal faults (dipping less than 30°) have been described in extensional continental domain since their discovery in the Basin and Range Province (USA). Although field observations suggest that normal faults can be reactivated with a shallow dip in the brittle crust (Basin and Range, USA; Apennins, Italy ; Eastern Alps), seismic activity of those faults is scarce, in agreement with the locking angle of faults predicted by Andersonian mechanics associated with Byerlee law. Study of cycladic Metamorphic Core Complex and Aegean detachments exhumation allowed to obtain a model of the extended crust. The Mykonos Metamorphic Core Complex is characterized by a granitic intrusion within the migmatitic dome cut by a two-branch detachment system. The lower ductile branch separates the intrusive granite form the Upper Cycladic Nappe, made of metabasites. The upper cataclastic branch juxtaposes the sedimentary unit over the granite or the metabasites. The cataclastic detachment controls the deposition of syn-extension sediments. Soft-sediment deformation and the vein and fault network attest for slip along the Mykonos brittle detachment at shallow depth with a very shallow dip, close to the present geometry, at least during the last increments of deformation. Synthesis of data collected on Andros, Tinos and Mykonos island show that the North Cycladic detachments can be understood as various stages of evolution of a single crustal-scale structure (the North Cycladic Detachment System) which can accommodated regional extension and exhumation of footwall. Study of the Anisotropy of Magnetic Susceptibility (AMS) in the laccolite associated with field observations underlines the clockwise rotation of the footwall about a vertical axis, which is compatible with paleomagnetic data obtained in the litterature. To reconcile field observations and rocks mechanics, we propose a new model for fault reactivation by introducing an elasto-plastic frictional fault gouge in replacement of the classical dislocation with frictional properties. Contrary to the classical model which implies that the dilation angle equals the friction angle , our model accounts for < and permits < 0 (compacting fault) in the fault gouge as deduced from laboratory and field observations. Whilst the predicted locking angles differ in most cases by less than 10° from the classical model, a significant amount of plastic strain is predicted to occur on badly oriented faults prior to locking in a strain hardening regime. Classical model appears to be as an end-member case in which the dilation angle is equal to the friction angle. A shallow-dipping normal fault can be completely or partially reactivated in the brittle crust and can be associated to the formation of tensile veins. The reactivation is then favoured for a compacting fault and occurs in hardening regime, suggesting an aseismic behaviour of the fault.
De nombreuses failles à faible pendage (pendage inférieur à 30°) ont été décrites en domaine continental extensif depuis leur mise en évidence dans la province des Basin and Range (USA). Bien que les observations de terrain suggèrent, dans plusieurs régions, que le jeu d'une faille se produit à faible pendage dans la croûte cassante (Apennins, Italie ; Basin and Range, USA; Alpes orientales), l'activité sismique liée à ces failles est presque inexistante et est en accord avec les angles de blocage des failles prédits par la mécanique andersonienne associée à la loi de Byerlee. L'étude des Metamorphic Core Complex et de l'exhumation de détachements dans les Cyclades permet d'obtenir un modèle figé de la croûte continentale en extension. Le Metamorphic Core Complex qui affleure sur l'île de Mykonos se caractérise par une intrusion granitique (laccolite) dans le dôme migmatitique, recoupé à son sommet par un système de détachements composé de deux branches. La branche inférieure ductile du détachement met en contact la Nappe Supérieure Cycladique, constituée de métabasites, et le laccolite. La branche supérieure cataclastique du détachement juxtapose une unité sédimentaire molassique sur la Nappe Supérieure Cycladique ou directement sur le laccolite. Le détachement cataclastique conditionne la sédimentation syn-tectonique dans les bassins. Associée au réseau de veines contemporain du jeu du détachement, la déformation dans l'unité sédimentaire montre que le détachement cataclastique de Mykonos a été actif à faible pendage et à faible profondeur, au moins au cours des derniers incréments de déformation. La synthèse des données collectées sur les îles d'Andros, de Tinos et de Mykonos montre que les détachements nord-cyladiques peuvent être considérés à différents stades d'évolution comme une seule et unique structure d'échelle crustale (le Système de Détachement Nord-Cycladique) pouvant accommoder l'extension régionale et l'exhumation des roches de l'unité inférieure. L'étude de l'Anisotropie de la Susceptibilité Magnétique (ASM) dans le laccolite, couplée aux observations de terrain, a permis de mettre en évidence une rotation de l'unité inférieure du détachement de Mykonos autour d'un axe vertical, compatible avec les données paléomagnétiques disponibles dans la littérature. Afin de réconcilier observations de terrain et mécanique des roches, nous proposons un nouveau modèle de réactivation de failles en considérant la faille comme une fine couche déformable plastiquement, contrairement au modèle classique suggérant une dislocation avec des propriétés frictionnelles. Notre modèle permet alors d'inclure les variations volumiques de la zone de faille au cours du cisaillement, et notamment, de prendre en compte des coefficients de dilatation faibles voir négatifs (faille compactante), souvent observés en laboratoire ou sur le terrain. Notre modèle permet, en particulier, de déterminer les quantités de déformation plastique que peuvent accommoder ces failles au cours du cisaillement avant leur blocage. Les angles de blocage obtenus dans notre modèle varient peu par rapport au modèle classique de réactivation de faille, qui apparaît comme un cas particulier de notre modèle. La réactivation d'une faille à faible pendage en extension est alors possible complètement ou partiellement et peut être associée à la formation de veines et de failles normales dans l'encaissant. La réactivation est alors favorisée lorsqu'il s'agit d'une faille compactante et se produit en régime durcissant, suggérant ainsi un comportement asismique de la faille.
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Dates and versions

tel-00567978 , version 1 (22-02-2011)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00567978 , version 1

Cite

Emmanuel Lecomte. Détachements et failles normales a faible pendage : cinématique et localisation de la déformation, approche de terrain et modélisation numérique. Exemple des Cyclades.. Tectonique. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00567978⟩
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