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Failles inverses, ou failles normales basculées dans la caldeira des Mont-Dore, Murat-le-Quaire (Puy de Dôme) ?

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

08/04/2013

Résumé

Interprétation tectonique de failles atypiques, tectonique syn-sédimentaire et basculement.


Figure 1. Failles inverses à pendage atypique dans des formations volcano-sédimentaires remplissant la caldeira des Mont-Dore, Murat-le-Quaire (Puy de Dôme)

Le pendage théorique des failles inverse est compris entre 30° et 45°. Ici, on a une faille très peu pentée, presque plate (10°), et une autre au contraire très raide (80°). Les strates ont un pendage de 45° à 55°

La figure suivante montre un schéma interprétatif de ce secteur.


Figure 2. Schéma interprétatif des failles inverses atypiques dans des formations volcano-sédimentaires remplissant la caldeira des Mont-Dore, Murat-le-Quaire (Puy de Dôme)

Le pendage théorique des failles inverse est compris entre 30° et 45°. Ici, on a à gauche la faille 1 très peu pentée, presque plate (10°). L'autre faille, la faille 2 est au contraire très raide (80°). La faille 2 recoupe l'ensemble de la série montrée par cette photo ; la faille 1, au contraire, n'affecte que la gauche de l'affleurement et semble s'arrêter sur la faille 2.

Interprétation : Pierre Thomas


Figure 3. Vue sur le système de failles inverse affectant des séries volcano-sédimentaires du massif des Mont-Dore, Murat-le-quaire (Puy de Dôme)

La chaine et les clés jouent le rôle de fil à plomb et indiquent la verticale.



Quand on se promène sur la départementale D219 entre Murat-le-Quaire et le Mont-Dore, on traverse des formations volcano-sédimentaires, alternance plus ou moins stratifiées de dépôts ignimbritiques, de lahars, de dépôts de cendres fines… le tout pouvant être originel ou remanié dans des dépôts fluvio-lacustres et pouvant être traversés par des filons ou protrusions divers. L'affleurement décrit ici est affecté d'un pendage d‘environ 45° vers l'Ouest. Il comprend un niveau d'environ 2 m d'épaisseur présentant une fine granulométrie, alternance de strates claires et sombres. Ce niveau bien stratifié est affecté de 2 failles inverses, aux pendages atypiques de 10 et 80°, alors que le pendage "usuel" des failles inverses est en général compris entre 30 et 45° (cf., par exemple, Faille inverse sur un front de taille et Failles inverses simples dans le Trias du Lodevois .

Ce niveau faillé à granulométrie fine est encadré de niveaux à granulométrie beaucoup plus grossière.

J'ai visité cet affleurement à deux reprises : en 2008 (figures 1 à 3) et en 1984 (figure 5 à 7). Entre ces deux visites, l'affleurement en bord de route avait été "rectifié" par les services de l'Équipement, et la falaise avait été reculée d'environ 1 m. On ne retrouvait donc pas en 2008 exactement le même affleurement qu'en 1984.

Figure 5. État de l'affleurement en 1984, vue globale

Le niveau finement stratifié se voit bien au centre de l'image.


Figure 6. État de l'affleurement en 1984, vue rapprochée

Le niveau finement stratifié se voit bien au centre de l'image. On voit bien son pendage d'environ 45° vers la gauche (vers l'Ouest). On voit qu'il est compris entre deux niveaux beaucoup plus grossiers comportant des blocs décimétriques. Au centre, on devine des failles ressemblant à celles des figures 1 à 3. La figure suivante montre un détail centré sur ces failles.


Figure 7. Détail centré sur les failles inverses

On voit très bien 2 failles dans la moitié supérieure de la photo, ressemblant fortement au dispositif des figures 1 à 3 : une faille inverse très peu inclinée à gauche, et une faille inverse quasiment verticale à droite.


Quand on voit des failles ayant un pendage atypique dans une série stratifiée présentant elle-même un pendage, il faut se demander (1) si les couches ont été déposées à l'origine avec ce pendage ou si elles ont été basculées par la suite, et (2) si les couches ont été basculées, les failles ont-elles été faite avant ou après le basculement ?

Un pendage de 45 à 50° est difficile à imaginer avec cette valeur dès l'origine, même dans des terrains volcaniques. Des cendres qui retombent forment certes des couches avec un pendage initial, mais celui-ci dépasse rarement 30 à 40°. Les couches ont donc probablement été basculées postérieurement à leur dépôt. Se pose alors le problème de la chronologie relative basculement/failles.

Si avec un logiciel de traitement d'image on remet les couches à l'horizontale, on s'aperçoit que nos failles inverses atypiques deviennent des failles normales presque classiques, dessinant de beaux grabens limités par des failles normales conjuguées. On peut alors proposer que nos petites failles de Murat-le-Quaire soient des mini-failles normales classiques, basculées postérieurement à leur formation.

La semaine dernière, nous avons « joué au cube » avec un poisson fossile affecté par une faille, une même faille devenant normale, inverse ou décrochante selon la position du cube. Ici, c'est la nature (une tectonique) et un logiciel de traitement d'image qui ont « joué au cube ».

Figure 8. Les failles inverses atypique de la D219, basculées de 50° afin de remettre les couches à l'horizontale

Le « débasculement » transforme notre dispositif en un magnifique graben symétrique, limitée par deux failles normales conjuguées. On peut noter que le pendage des 2 failles normales est assez faible (40°), alors que les failles normales "classiques" ont un pendage voisin de 60°. Or les failles normales ont un pendage faible quand elles affectent un milieu relativement ductile (mou), soit parce qu'il s'agit de roches chaudes (croûte inférieure par exemple) soit parce qu'il s'agit de sédiments non consolidés.


Figure 9. Zoom sur le graben symétrique après « débasculement »

On retrouve bien sûr le faible pendage des failles. Mais on voit aussi que les failles ne traversent pas toutes la série, et que les couches ont parfois une épaisseur variable de part et d'autre des failles. Pendage des failles faibles, failles non continues, épaisseurs des couches variables… ces trois caractéristiques suggèrent fortement que l'extension et les failles ont eu lieu pendant la sédimentation (failles syn-sédimentaires).


Figure 10. Zoom interprété sur le graben symétrique après « débasculement »

L'interprétation n'a pas été faite sur le terrain, mais uniquement d'après photo, 29 ans après être allé sur le terrain. Elle est donc à prendre avec réserve. Les failles sont indiquées par des traits continus rouges. Pour faciliter la lecture, certaines limites de couches (interprétation à prendre avec réserve) sont indiquées par des lignes pointillées colorées.

On retrouve bien sûr le faible pendage des failles. Mais on voit aussi que les failles ne traversent pas toutes la série, et que les couches ont parfois une épaisseur variable de part et d'autre des failles. Pendage des failles faibles, failles non continues, épaisseurs des couches variables… ces trois caractéristiques suggèrent fortement que l'extension et les failles ont eu lieu pendant la sédimentation (failles syn-sédimentaires).


Figure 11. Remise à l'horizontale des couches pour le dispositif de failles inverses tel que vu en 2008

Les failles anciennement inverses au pendage atypique deviennent normales et dessinent ici aussi un graben bordé de 2 failles normales conjuguées. La "grande" faille, à gauche (faille 2 de la figure 2) a un pendage "classique" pour une faille normale. La faille de droite (qui butte sur la faille de gauche) a, elle, un pendage atypique pour une faille normale. Cela s'explique bien si c'est une faille de deuxième ordre affectant des sédiments non consolidés.


Figure 12. Remise à l'horizontale des couches pour le dispositif de failles inverses tel que vu en 2008

Les failles anciennement inverses au pendage atypique deviennent normales et dessinent ici aussi un graben bordé de 2 failles normales conjuguées. La "grande" faille, à gauche (faille 2 de la figure 2) a un pendage "classique" pour une faille normale. La faille de droite (qui butte sur la faille de gauche) a, elle, un pendage atypique pour une faille normale. Cela s'explique bien si c'est une faille de deuxième ordre affectant des sédiments non consolidés.


Figure 13. Gros plan sur le graben dissymétrique « débasculé »

En bas, au centre, des mini-failles semblent dessiner des mini blocs basculés.


Figure 14. Gros plan sur les possibles mini blocs basculés comparés à un profil sismique de marge passive

Le couteau (déplacé grâce à la magie des logiciels de traitement d'image) donne l'échelle. Peut-être les plus petits blocs basculés du monde ! En bas, pour oser une comparaison, exemple d'un profil sismique de marge passive (légèrement arrangé pour être mis à la même échelle).


Figure 15. Autre vue « débasculée » sur l'une des failles normales syn-sédimentaires


Il reste maintenant à expliquer (1) cette extension syn-sédimentaire et (2) ce basculement postérieur.

Ces failles affectent les terrains légendés VS2 sur la carte géologique de Bourg-Lastic, terrains appelés « volcano-sédimentaire intercalaire », et qui surmonte la « Nappe de ponce inférieure », légendée ρci . L'émission de la Nappe de ponce inférieure s'est accompagnée de la formation d'une caldeira, la caldeira de la Haute Dordogne, relativement bien documentée par des données géophysiques. Il est à noter que les failles d'effondrement externes de cette caldeira ne sont pas figurées sur la carte géologique au 1/50.000 (car cachetées par des formations plus tardives) mais le sont sur la carte au 1/1.000.000. Notre affleurement est situé à l'intérieur de la caldeira, près de son bord externe Nord-Ouest. Le volcano-sédimentaire intercalaire rempli cette caldeira, qui a dû être temporairement occupée par un lac. Ces terrains ont dû se déposer dans ce lac, pendant qu'une légère extension syn-volcanique (nouveau fonctionnement ou agrandissement de la caldeira, gonflement de la chambre…) se produisait encore. L'origine de l'important basculement postérieur est plus difficile à expliquer. Peut-être un fonctionnement ultérieur de la caldeira s'est-il produit avec des failles bordières listriques entraînant la formation de giga-blocs basculés ? Peut-être une intrusion (comme le dôme rhyolitique de la Gacherie distant de seulement 340 m, ou de petits dômes de phonolite voisins) a-t-elle basculé les couches dans lesquelles elle s'est intrudée ?

Figure 16. Vue aérienne montrant la situation de l'affleurement (punaise jaune)

L'affleurement se trouve dans les terrains appelés « volcano-sédimentaire intercalaire », qui surmonte la Nappe de ponce inférieure.


Figure 17. Carte géologique 3D montrant la situation de l'affleurement (punaise jaune)

L'affleurement se trouve dans les terrains VS2 , appelés « volcano-sédimentaire intercalaire », qui surmonte la Nappe de ponce inférieure ρci . Nappe de ponce inférieure et volcano-sédimentaire intercalaire sont intrudés de basalte (β), de phonolite (ϕ), de téphrite (ο) de rhyolite (ρ)cette dernière formant une grosse intrusion "rouge", le dôme de la Gacherie.



Figure 19. Extrait de la carte géologique au 1/1.000.000 montrant les trois caldeiras cartées dans le Massif Central

La caldeira du Cantal (en bas), du Sancy (en haut à droite) et des Mont-Dore (en haut à gauche). L'affleurement faillé de Murat-le-Quaire est figuré par un point rouge à l'intérieur de la caldeira des Mont-Dore, près de sa bordure NO.


Figure 20. Localisation des Mont-Dore dans le Massif Central


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