rapport de stage - Infoterre

BRGM
L'ENTREPRISE AU SERVICE DE LA TERRE
Le champ de contraintes dans le Massif-Central
de l'Oligocène à l'actuel, en relation
avec le diapirisme et le volcanisme
RAPPORT DE STAGE
3 . R . G . M .
I20..-Û11993
BlBLIOTMèQUE
R 36441
GEO - SGN - 92
DOCUMENT PUBLIC

BRGM
Le champ de contraintes dans le Massif-Central
de l'Oligocène à l'actuel, en relation
avec le diapirisme et le volcanisme
RAPPORT DE STAGE
CARBON D.
R 36441
GEO - SGIM - 92
DOCUMENT PUBLIC
LABORATOIRE DE GEOLOGIE STRUCTURALE
U.S.T.L,
Université de Montpellier II
Place E. Bataillon - 34095 - Montpellier Cedex 05
BRGM
Département GEOLOGIE
Service Risques Naturels et Géodynamique récente
1 17 Avenue de Luminy - 13009 - Marseille

AVANT PROPOS
Ce rapport fait suite à un stage effectué par D. CARBON en 1991 à Marseille au Service Risque et
Génie Sismiques du BRGM.
L'étude entreprise en 1991 a été continuée en 1992, dans le cadre d'un D.EA. réalisé à l'Université
de MontpeUier II (U.S.T.L.).
Ce travail a également reçu ime aide du BRGM et il s'est concrétisé par la production du présent
rapport qui complète le mémoire de D.EA.
Au BRGM, ces travaux entrent dans le cadre du projet de recherche intitulé: CONTRAINTES
RECENTES ET ACTUELLES dans la plaque ouest-européenne, relations avec les structures de la
croûte continentale et évolution avec la profondeur. L'objectif de ce projet est de défmir, à l'aide de
méthodes telles que: les mesures en forage, l'exploitation des données sismologiques et l'analyse en
surface des déformations les plus récentes, l'état des contraintes actuelles résultant de l'évolution des
contraintes récentes, en distinguant les contraintes régionales des perturbations locales liées aux
structures tectoniques plus ou moins profondes et en tentant de préciser les variations de ces
contraintes avec la profondeur.
L'encadrement de ce travail a été assuré par H.PHILIP, au Laboratoire de Géologie Structurale de 1'
U.S.T.L. et par J.-L.BLES du Service Risques Naturels et Géodynamique Récente du BRGM à
Marseille.

Résumé
Cette étude a pour cadre un domaine
où interfèrent des pliénomènes
géodynamiques profonds (liés à ia
montée d'un diapir manteiiique), et ie
ctiamp de contraintes issu de ia
convergence entre i'Europe et i'Afri-
que. Eue a pour objectif d'étudier ies
rotations tectoniques entre rifts et
zones de convergence de piaques.
Depuis ia fin de l'Eocéne, i'avant pays
du domaine aipin a été ie siège de diffé¬
rents épisodes tectoniques. C'est à
l'Eocéne supérieur et essentiellement à
l'Oligocène que se produit un important
épisode d'extension. Cette extension
dont l'axe est principalement orienté E-
W, est responsable de la formation de
grabens N-S plus ou moins dissymé¬
triques qui affectent l'ensemble de la
plaque ouest-européenne, du sud au
nord, depuis le golfe du lion jusqu'au
fossé Rhénan et la mer du Nord. Dans
le Massif-Central, la Limagne connait
une subsidence de plus de 2500 m
(Fosse de Riom).
Après cette phase de "rifting" qui cor¬
respond au premier stade de l'ouver¬
ture océanique, le Massif-Central en¬
registre une activité volcanique des
plus importantes de l'Europe de l'ouest
Cette activité qui atteint son apogée à
la fin du Miocène et le début du
Quaternaire, est décalée par rapport à
la formation des rifts.
Une étude microtectonique que nous
avons conduite dans la région de
Clermont-Ferrand apporte des élé¬
ments nouveaux qui s'inscrivent bien
dans le cadre géodynamique global du
Massif-Central. Cette étude met en évi¬
dence une extension dont les directions
évoluent au cours du temps d'E-W à
NE-SW.
La topographie actuelle du Massif-
Central se présente comme un vaste
bombement dont la formation est
contemporaine à la phase de rifting.
Elle a une amplitude comprise entre
1200 et 1500 m. La topographie ac¬
quise récemment (Villafranchien) a
entraîné au Pleistocene une importante
phase d'érosion, et s'est accom¬
pagnée d'un basculement généralisé du
Massif-Central vers le NW.
Tous ces phénomènes sont la consé¬
quence de la présence et de l'évolution
d'un diapir manteiiique qui a débuté il y
a40à25M.a.
L'évolution optimale de ce diapir date
d'environ 4à 5 M.a. . Elle se córrele
avec le soulèvement du Massif-Central
et l'apogée du volcanisme.
Les caractéristiques de la tectonique
actuelle révélées par les mécanismes
au foyer des séismes et les mesures
de contraintes in-situ, mettent en évi¬
dence un champ de contraintes quasi-
homogène, dont l'axe de compression
est orienté en moyenne NW-SE.
Néanmoins, on observe des variations
dans les caractéristiques du champ de
contrainte régional. Si le mécanisme
d'ensemble est de type décrochant
compressif, dans les régions où la li¬
thosphère est amincie, il devient de
type décrochant extensif.

Le champ de contraintes dans le Massif-Central
de l'Oligocène à l'actuel, en relation avec le diapirisme et le volcanisme
INTRODUCTION GRNRRAT.E Page 1
Situation structurale du Massif-Central de l'Oligocène à l'actuel . Page2
1 : Extension oligocène
2 : Compression fini-Miocène
3 : Du Pliocène à l'actuel
PARTIE 1 : Tectonique Oligocène et post-Oligocène en Limagne d'Allier |
Chapitre 1 : Cadre géologique de la Limagne d'Allier Page 6
Chapitre 2 : Site de Royat (sur la faille bordière de la Limagne) Page9
2.1 : Situation, présentation
2.2 : Nature lithologique et âge de la formation
2.3 : Coupe nord
2.4 : Coupe sud
2.5 : Interprétation des deux coupes Page 12
Chapitre 3 : Site du Grand-Gandaillat Pagel6
3.1 : Situation, présentation
3.2 : Nature et âge des formations lithologiques
3.3 : Analyse tectonique et microtectonique
3.3.1 : Station A
3.3.2 : Station I
3.3.3 : Station K
3.3.4 : Station H
3.3.5 : Failles affectant les filons élastiques de basalte
3.4 : Evolution de la tectonique oligocène et post-oligocène
du site du Grand-Gandaillat : Interprétation Page 26
Chapitre 4 : Le plateau de Cournon-Lempdes Page27
4.1 : Situation, présentation
4.2 : Site de Cournon d'Auvergne
4.3 : Sondages de Coumon et de Beaulieu
4.4 : Interprétation Page 29
Conclusion Page 31