Croissance des failles normales dans les séries stratifiées hétérogènes : rôle de la restriction verticale et de la coalescence sur les lois d'échelles et la distribution spatiale des failles : exemples naturels et approche théorique

• Auteur / Autrice : Roger Soliva
• Direction : Antonio Benedicto
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace. Sciences de la terre
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Barrière

Longueur maximum

Lois d'échelles

Résumé

Notre analyse de plusieurs systèmes de failles en contextes rhéologiques variés montre que leur croissance est fortement influencée par deux processus fondamentaux : (i) la restriction verticale par des barrières stratigraphiques et (ii) leur coalescence. L'analyse de failles verticalement restreintes combinée à une approche mécanique 3-D de la rupture post déformation plastique, montre qu'une transition de comportement de la loi déplacement - longuer des failles s'opère lorsque leur rapport de forme (longueur/hauteur) croît. La chute du gradient de déplacement horizontal se produisant durant la croissance du rapport de forme des failles est interprétée comme étant le mécanisme qui limite leur propagation horizontale et détermine leur longueur maximum. En milieu "homogène" et à des échelles de déformation variées, l'analyse de plusieurs systèmes de failles révèle que la coalescence peut être caractérisée par deux paramètres fondamentaux, (i) le déplacement et (ii) la séparation des segments. Le recueil de données de la littérature montre qu'un critère de connexion simple peut être établi. Une modélisation numérique des failles en 3-D, confirme les résultats précédents et apporte des arguments mécaniques en faveur d'un comportement self-similaire de la coalescence sur un vaste domaine d'échelle. En milieu stratifié hétérogène, l'analyse des failles normales verticalement restreintes montre que la coalescence est cette fois-ci limitée à une séparation seuil qui dépend de l'épaisseur du niveau fragile. L'épaisseur mécanique ainsi que la rhéologie des niveaux barrières apparaissent comme étant les principaux facteurs de contrôle de la distribution 3-D des failles.

?Our field data analysis from different fault systems in various rheological contexts show that two fundamental processes strongly influence fault growth: (i) fault vertical restriction at stratigraphic barriers and (ii) their linkage. Analysis of vertical and horizontal sections of fault populations in layered rocks shows that vertically restricted faults at plastic barriers have low displacement gradient values on the major parts of their planes. We observe a transition from a linear to a power-law relationship between displacement and along strike trace length. The combination of field data and 3-D post yield fracture mechanics shows that this transition is due to the increase of fault aspect ratio (length/height). The displacement gradient drop occurring during the development of a vertically restricted fault is interpreted as the mechanism that limits their horizontal propagation. In homogeneous media, our analysis reveals the strong dependence of fault linkage in (i) fault displacement and (ii) fault separation. Collection of data from the literature suggests that a simple linkage criterion can be established. 3-D numerical modeling approve the previous results and suggests that fault linkage can be self-similar on a broad range of scale. In layered heterogeneous media, the analysis of vertically restricted normal faults shows that segment linkage is limited at a critical value of fault separation, which is in turn a function of the mechanical thickness. Both the thickness of a mechanical unit and the rheology of the barrier levels seems to be the main controlling factors of the 3-D fault distribution.