Fabriques magnétiques et déformation associée à la propagation de failles dans le bassin d'avant-pays de Jaca, Pyrénées méridionales, Espagne

Magnetic fabrics and strain associated with thrusting in the Jaca foreland basin, Southern Pyrenees, Spain

• Auteur / Autrice : Francho Gracia Puzo
• Direction : Charles Aubourg, Antonio Casas Sainz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 27/06/2024
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Universidad de Zaragoza (Espagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des fluides complexes et de leurs réservoirs (Pau) - Laboratoire des fluides complexes et de leurs réservoirs (Pau)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Callot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Charles Aubourg, Antonio Casas Sainz, Josep M. Parés Casanova, Antonio Teixell, Sonia Rousse
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Josep M. Parés Casanova, Antonio Teixell

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marno-calcaire, Formation (géologie)

Roches -- Déformation

Pétrologie structurale

Mots clés libres

Géologie structurale

Déformation

Marnes

Magnetisme des roches

Structural geology

Strain

Shales

Rock Magnetism

Résumé

Le chevauchement de Leyre est un élément structural principal du bassin de l'avant-pays de Jaca, incorporé dans le système de nappes de chevauchement du socle et de la couverture de l'orogène pyrénéen. Le chevauchement de Leyre présente une singularité locale: une épaisseur de plusieurs centaines de mètres de marnes affleurant dans son mur inférieur présente un gradient de clivage (>1100 m de distance horizontale). Des affleurements exceptionnels permettent d'analyser finement la transition entre la schistosité de type pencil, à une schistosité pénétrative de type slaty, sur une épaisseur de plusieurs centaines de mètres. Notre approche analytique se base principalement sur la fabrique magnétique des marnes où nous proposons une étude statistique de centaines de fragments non orientés de quelques grammes. Nous avons complété cette approche par une étude de terrain, une étude cartographique, et en incorporant des nouvelles données analytiques (Raman, microtomographie, isotopes, datation U/Pb).Dans la région de Sigues, les marnes éocènes ont subi une diagenèse avancée (température d'enfouissement ~180°C) de sorte que la susceptibilité magnétique est principalement contrôlée par l'illite paramagnétique. Ces illites, qui composent une grande partie de la matrice, vont se réorienter sous l'action de la contrainte. On peut tracer ainsi l'évolution de l'endommagement matriciel au moyen de plusieurs paramètres dont le paramètre de forme de la fabrique magnétique. Le développement de la schistosité à un angle important de la stratification permet d'appliquer un modèle simple de rotation des particules, et de calculer un pourcentage de déformation. Nous obtenons ainsi une gamme de déformation de quelques pourcent liée à l'empreinte du raccourcissement horizontale du bassin (LPS), à ~20% dans le domaine de la schistosité de type pencil, à presque 80% dans le domaine slaty. Nous proposons ainsi une cartographie inédite d'un mur de faille dans un bassin d'avant pays déformé, qui révèle l'existence de failles secondaires non cartographiée. Pour expliquer l'intense déformation observée dans le toit et le mur des failles, nous proposons un modèle de propagation de faille de type Trishear.En outre, trois autres sites du bassin de Jaca présentant la même configuration structurale sont étudiés dans ce travail : un chevauchement et sa déformation associée dans l'éponte inférieure, à condition que des lithologies marneuses apparaissent. Cette thèse propose ainsi une description géométrique et cinématique des zones de déformation, et met en garde contre l'homogénéité trompeuse des grandes formations marneuses, qui peuvent subir de la déformation en grandes sections a priori non identifiées.

The Leyre thrust is a main structural feature of the Jaca foreland basin incorporated into the system of basement and cover thrust sheets of the Pyrenean orogen. The Leyre thrust presents a local singularity: a thickness of several hundred metres of marls cropping out in its footwall show a cleavage gradient (>1100m of horizontal distance). Exceptional outcrops allow us to analyse in detail the transition from pencil cleavage to slaty cleavage, over a thickness of several hundred metres. Our analytical approach is based mainly on the magnetic fabric of marls, where we are proposing a statistical study of hundreds of non-oriented fragments weighing just a few grams. Following the sampling and results, secondary faults within this deformation zone are described. We have complemented this approach with a field survey, a mapping study, and by incorporating new analytical data (Raman, microtomography, isotopes, U/Pb dating).In the Sigüés area, the Eocene marls have undergone advanced diagenesis (burial temperature ~180ºC), so that magnetic susceptibility is mainly controlled by paramagnetic illite. These illites, which make up a large part of the matrix, were reoriented during the deformation process. The evolution of matrix damage can be plotted using several parameters, including the shape parameter of the magnetic ellipsoid. The development of cleavage at an important angle with bedding enables us to apply a simple model of particle rotation, and calculate a percentage of deformation. We thus obtain a range of deformation from a few percent related to the imprint of layer parallel shortening (LPS), to ~20% in the pencil-type cleavage domain, to almost 80% in the slaty cleavage domain. We thus propose a novel mapping of fault wall in a deformed foreland basin, revealing the existence of unmapped secondary faults. To explain the intense deformation observed in the hanging-wall and footwall of the thrust, we propose a Trishear-type fault propagation model.In addition, several other sites in the Jaca basin with the same structural configuration are studied in this work: a thrust and its associated deformation in the footwall, provided that marly lithologies crop out. This thesis offers a geometrical and kinematic description of the deformation zones, and warns about the misleading homogeneity of the large marl/shale formations, which can undergo cleavage in large unidentified regions.