[Contribution of microstructural analysis to the understanding of folding mechanisms: Examples of folded structures in the USA (Wyoming) and Iran (Zagros)]
Apport de l'analyse microstructurale à la compréhension des mécanismes de plissement : Exemples de structures plissées aux USA (Wyoming) et en Iran (Zagros)
Résumé
The link between the mechanisms of macroscopic deformation and the mechanisms of microscopic deformation during folding is not completely established, in spite ofvarious studies carried out on this topic. With the aim at better understanding the mechanism of folding, this work consists in studying how, where and when internal deformation occurs during a fold's ―life‖. This objective could be reached by a new combination of the results of micro- and mesostructural analyses. This combination includes results of calcite twin analyses (using Etchecopar's method and Groshong's method), results of magnetic and elastic properties analysis (Anisotropy of Magnetic susceptibility; AMS, anisotropy of P-waves Velocity; APV) and results of fracture and fault analyses. Calcite twin analysis (Etchecopar method) and fault analysis are good tools for the quantification of paleostresses associated with folding, while the analysis of the AMS and the APV fabrics and calcite twin data obtained by Groshong's method helps characterize the microdeformation recorded by the folded layers. During this study we faced some problems related to the operational limits of these methods, like the significance of the magnetic signal in the diamagnetic rocks or the rocks with low magnetic susceptibility, or like the critical value of calcite twinning for very small or very big crystals. The combination of these various methods of analysis and their data helps overcome these difficulties. These methods were applied to two fold structures: Sheep Mountain Anticline (Wyoming, USA) which is an analogue of mixed reservoir sandstone/carbonates, and Kuh-e Khaviz (Iran) which is an analogue of fractured carbonate reservoirs, and on the Zagros folded belt in the Fars area (Iran). The complete Laramide tectonic history of the Sheep Mountain Anticline has been reconstructed, including a mechanical scenario with the evolution of paleostress magnitudes and pore fluid pressure through time. At a regional scale in the Fars the comparison of the structural data obtained by these various methods demonstrates the consistency at different space and time scales of the record of orogenic stresses related to the convergence between the Arabia-Eurasia plates since ~20 My. The fact that the Arabia-Eurasia convergence is not very oblique in the Fars explains the absence of a partitioning in this area. This partitioning of the oblique convergence does occur in the area of Dezful, where the Khaviz anticline was investigated using calcite twin analysis. This analysis has made it possible to reconstruct the evolution of stress orientations before, during and after folding, which led to a better understanding and interpretation of local /regional fracture development. At the regional scale, the combination of the calcite twin data with those of the fracturing and the faults in the Dezful confirms the partitioning suggested by previous works and better constrains its time of initiation. In addition to the local and regional conclusions, the combination of the results of these various methods has made it possible to confirm the existing complementarity between the mechanisms of deformation on various scales, with a prevalence of the microdeformation before and after folding s.s. while macro- and meso-deformation prevail during folding s.s., and to establish a complete tectonic history of folding.
Le lien entre les mécanismes de déformation macroscopique et les mécanismes de déformation microscopique lors du plissement n'est pas complètement établi, et cela malgré les différents travaux effectués sur cette thématique. Dans le but de mieux comprendre le mécanisme de plissement, ce travail a consisté à étudier comment, où et quand la déformation interne des strates s'exprime pendant la "vie" d'un pli. Cet objectif a pu être atteint par une combinaison inédite des résultats d'analyses micro- et mésostructurales. Cette combinaison a englobé des résultats d'analyses des macles de la calcite (méthodes d'Etchecopar et de Groshong), des résultats d'analyses des propriétés magnétiques et élastiques (anisotropie de susceptibilité magnétique ; ASM, anisotropie de vitesse des ondes P ; AVP) et des résultats d'analyses de la fracturation et des failles. L'analyse des macles de la calcite par la méthode d'Etchecopar et l'analyse des failles sont de bons outils pour la quantification des paléocontraintes encaissées au cours du plissement, tandis que l'analyse de l'ASM, de l'AVP et des macles de la calcite par la méthode de Groshong nous aide à caractériser la microdéformation enregistrée par les couches plissées. Durant cette étude, on a été confronté à quelques problèmes qui concernent les limites d'utilisation de ces méthodes d'analyses, comme la signification du signal magnétiques dans les roches diamagnétiques ou les roches faiblement magnétiques pour l'ASM, ou comme la valeur du seuil de maclage pour des cristaux de calcite de très petite ou de très grande taille. La combinaison de ces différentes méthodes d'analyses et de leurs données a été un moyen de passer outre ces difficultés et d'en tirer le maximum de résultats. Ces méthodes ont été appliquées à deux structures plissées: Sheep Mountain (Wyoming, USA) qui est un analogue de réservoirs mixtes grès/carbonates et Kuh-e Khaviz (Iran) qui est un analogue de réservoirs carbonatés fracturés, et sur la province du Fars appartenant à la chaîne plissée du Zagros (Iran). On a pu établir l'histoire tectonique complète de la genèse du pli de Sheep Mountain, incluant l'empreinte laissée par l'orogénèse Sevier et les effets de l'orogénèse Laramienne, et cela avec les détails de l'évolution des orientations et des grandeurs des contraintes au cours du plissement. Plus régionalement, dans la province du Fars la comparaison des données structurales obtenues par ces différentes méthodes a montré une stabilité et une constance directionnelle des états de contraintes orogéniques dus à la convergence entre les plaques Arabie-Eurasie à long et à court-terme depuis ~20 Ma. Le fait que cette dernière ne soit pas très oblique dans le Fars explique l'absence d'un partitionnement dans cette région. Un partitionnement qu'on note dans la région du Dezful, dans laquelle on a étudié l'anticlinal de Khaviz par une analyse des macles de la calcite. Cette analyse a permis de retracer l'évolution des orientations des contraintes avant, pendant et après le plissement, ce qui a conduit à une meilleure compréhension et interprétation de l'histoire de la fracturation. Régionalement, dans le Dezful la combinaison des données de macles avec celles de la fracturation et des failles a permis de confirmer le partitionnement suggéré par de précédents travaux et de mieux contraindre la période à laquelle ce dernier s'est initié. Outre les conclusions locales et régionales propres à chacun des chantiers et des conclusions sur les méthodes et leurs limites, la combinaison des résultats de ces différentes méthodes d'analyse a permis de confirmer la complémentarité existant entre les mécanismes de déformation à différentes échelles, avec une prédominance de la microdéformation avant le plissement s.s. et après ce dernier, et une primauté de la macro- et de la méso-déformation pendant le plissement s.s., et d'établir une histoire tectonique complète du plissement.