bechennec f., le metour j., rabu d., beurrier m., bourdillon-jeudy

Bull. Soc. géol. France, 1989, (8), t. V, na 2, pp. 167-188 Séance spécialisée:
Géologie de l'Oman,
Paris, 15-16
juin 1987
167
Géologie d'une chaîne issue de la Téthys
les montagnes d'Oman
par FRANÇOIS BÉCHENNEC *, JOËL LE MÉTOUR *, DOMINIQUE RABU *, MICHEL BEURRIER *, CHANTAL
BOURDILLON-JEUDY-DE-GRISSAC *, PATRICK DE WEVER **, MONIQUE TEGYEY *et MICHEL VILLEY *
Mots clés. -Éo-alpin, Alpin, Pan-africain, Hercynien, Plate-forme arabique, Hawasina, Semail, Ophiolites, Schistes bleus, Oman, Téthys.
Résumé. -Les montagnes d'Oman constituent une chaîne composite érigée au cours de deux cycles orogéniques majeurs, un cycle éo-alpin
qui
s'achève par le charriage des nappes de l'Hawasina et l'obduction d'une portion de croûte téthysienne sur la plate-forme arabique, un cycle alpin
qui permet l'édification de la chaîne actuelle. Le socle des montagnes d'Oman est lui-même constitué de deux parties: une partie cristalline et
cristallophyllienne structurée au cours d'un cycle pan-africain ancien, et une partie sédimentaire et volcanogène (autochtone A) faiblement structurée
par les cycles pan-africain récent et hercynien. Le cycle éo-alpin débute au Permien supérieur par la transgression de la mer àfusulines, sur la bordure
nord du Gondwana et par une distension crustale de ce continent qui donne naissance au bassin Hamrat Ouru. Au Trias, une nouvelle phase de
distension crustale, individualise de nouvelles structures (bassin Umar, horst de Misfah, sillon AI Aridh), du côté interne du bassin Hamrat Ouru. Cet
ensemble constitue le bassin Hawasina. Le Jurassique est une période de quiescence, avant une nouvelle tectonique distensive au Tithonique
supérieur-Berriasien, qui provoque l'effondrement de la bordure NE de la plate-forme arabique, un recul vers l'ouest du talus continental et un
affaissement du bassin Hawasina. Oes faciès de type Maiolica se déposent à l'aplomb de l'ancienne plate-forme et le bassin Hawasina, en grande partie
sous la CCO, est caractérisé par des dépôts pélagiques siliceux. Le Crétacé inférieur est la période de reconquête, des parties effondrées de la plate-forme,
par une méga séquence régressive; dans le bassin Hawasina, les turbidites carbonatées réapparaissent. A l'Albien supérieur-Cénomanien inférieur, le
bassin
océanique de Semail s'ouvre sur la bordure sud de la Néotéthys. Ourant le Crétacé supérieur, la chaîne éo-alpine des montagnes d'Oman s'érige
sur la bordure NE de la plate-forme arabique. Cette orogenèse éo-alpine est caractérisée d'une part, par la subduction du promontoire NE de la
plate-forme arabique; cette subduction qui se développe au Turonien moyen s'induit des structures tangentielles cisaillantes à vergence océanique,
associées à un métamorphisme HP-BT sur la frange interne de la plate-forme (Saih-Hatat). Cette orogenèse est d'autre part caractérisée, par la fermeture
(à partir du Turonien terminal-Coniacien) du bassin océanique de Semail et par le charriage des unités allochtones ophiolitiques (nappe de Semail)
et sédimentaires (nappes Hawasina) sur ['avant-pays. Cette tectonique obductive précède la surrection de la chaîne éo-alpine dont le démantellement
débute au Maastrichtien. Ace dernier succède un cycle alpin entre le Maastrichtien et le BurdigaIien, caractérisé par une sédimentation de plate-forme
instable et donnant aux montagnes d'Oman leur architecture actuelle.
Geology of aTethyan mountain beU the Oman mountains
Key I\'ords. -Eo-Alpine, Alpine, Pan-African, Hercynian, Arabian platform, Hawasina, Samail, Ophiolites, Blueschists, Oman, Tethys.
Abstract. - The Oman mountains are a composite orogenic belt that was built during two major orogenie cycles: the Eo-Alpine cycle, that
terminated with the overthrusting of the Hawasina nappes and the obduction of a part of the Tethyan oceanic crust onto the Arabian platform, and
the Alpine cycle, during which the present mountain range was uplifted. The basement to the Oman mountains itself consists of two parts, one part
that was deformed and metamorphosed during an old Panafrican cycle, and a sedimentary and volcanic part (autochthonous unit A) that was weakly
deformed during a younger Panafrican and the Hercynian cycle. The Eo-Alpine cycle began in the late Permian with the transgression of the fusulinid
sea onto the northern edge of Gondwana, and crustal extension within Gondwana that gave rise to the Hamrat Ouru basin. Renewed extension during
the Triassic led to the formation of the Umar basin, Misfah horst and Aridh trough on the internai side of the Hamrat Ouru basin, these four structures
together constituting the Hawasina basin. The Jurassic was a period of quiescence, preceding a further phase of extensional tectonism during the late
Tithonian-Berriasian, which provoked the foundering of the northeastern edge of the Arabian platform, the westward retreat of the continental slope
and subsidence of the Hawasina basin. Majolica facies sediments were deposited on the former platform, and the Hawasina basin, most of which was
below
the CCO, was characterized by the deposition of siliceous pelagic sediments. Ouring the early Cretaceous the process was reversed, the submerged
parts of the platform being covered by aregressive mega-sequence and in the Hawasina basin carbonate turbidites reappared. Ouring the late Albian-early
Cenomanian times, the oceanic Samail basin opened on the southern margin of the newly-formed Tethys. In the late Cretaceous the Eo-Alpine Oman
mountain belt was built on the northeast edge of the Arabian platform. The Eo-Alpine orogeny was characterized by two main events. One was the
subduction of the northeastern promontory of the Arabian platform, commencing during the Turonian, which was accompanied by the development
of oceanward-verging tangential shears, and, on the internai edge of the platform (the Saih Hatat area), by HP-LT metamorphism. The other main
event was the closure of the Samail oceanic basin, that started during the late Turonian-Coniacian times, and resulted in the thrusting of the Samail
ophiolite nappe together with the sedimentary Hawasina nappes onto the foreland. Obduction was followed by uplift of the Eo-Alpine mountains whose
erosion began during the Maastrichtian. The Eo-Alpine phase was succeeded by an Alpine cycle between Maastrichtian and Burdigalian times
characterized by unstable platform sedimentation and giving the Oman mountains their present-day architecture.
*Service géologique national, BRGM, BP 6009, 45060 Orléans cedex.
** Lab. Stratigraphie, Univ. P. et M. Curie, 4, place Jussieu, 75252 Paris cedex 05.
Note présentée àla séance des 15-16 juin 1987, déposée le 20 juin 1988; manuscrit définitif accepté le 22 novembre 1988.
Bull. Soc. géol. Fr., 1989, nO 2

168
F. BÉCHENNEC et al.
FIG. 1. -Les montagnes d'Oman, schéma de localisation.
FIG. 1. -The Oman mountains; location map.
INTRODUCTION.
Situées sur la bordure NE de la plate-forme arabique,
les montagnes d'Oman constituent une chaîne arquée
depuis la péninsule du Musandam au NW, jusqu'au cap de
Raas al
Had dans la région de Sur, au SE (fig. 1). Cette
chaîne étroite,
longue de 700 km environ et de la~geur
variable (50 à140 km), culmine à 3 000 m dans le ]abal
Akhdar.
Les pionniers
de la géologie des montagnes d'O~an
[Lees, 1928] ont reconnu la positi.on.allochtone <;les terram~
rapportés à l'unité de «SamaIl Igneous senes », et a
l'ensemble sédimentaire et volcanique des nappes Hawa-
sina, qui reposent sur la plate-forme carbonatée arabe.
Cependant cette idée fut ensuite combattue par Morton
[1959], Tschopp [1967] et Wilson [1969] qui considérèrent les
unités de Semail et d'Hawasina comme autochtones et
enracinées au niveau
d'un eugéosynclinal disposé au sein
de la plate-forme
carbonatée arabe.
Les travaux de
terrain effectués de 1967 à1969 par une
équipe de géologues de la compagnie ~hell, pO,ur l~ .compte
de P.D.O.,
conduite par K.W. Glenme ont defin~t1vement
établi le caractère allochtone des nappes Hawasma et de
la
nappe de Semail. La géologie d'ensemble de la chaîne
des montagnes d'Oman est exposée dans un ouvra!?e
synthétique accompagné d'une carte au 11500000 [Glenme
et al., 1974].
Les auteurs distinguent de la base vers le sommet:
-un ensemble autochtone constitué par un socle anté-
cambrien à paléozoïque inférieur recouvert par une série de
carbonates de plate-forme d'âge permien moyen àcrétacé
supérieur (Sénonien);
-l'ensemble allochtone sédimentaire et volcanique
constitué
par l'empilement des nappes Hawasina d'âge
permo-triasique àcrétacé supérieur. (Cénoma~ien). Il re-
pose
tectoniquement sur les formatlOns sommItales de la
plate-forme
carbonatée autochtone;. .
-la nappe ophiolitique de Sema il qUI recouvre tectom-
quement les nappes Hawasina; .. , ..
- une séquence autochtone maastnchtzenne atertZaIre,
essentiellement carbonatée qui recouvre en discordance
sédimentaire les trois ensembles précédents.
Les résultats
obtenus par Glennie et ses collaborateurs
ont constitué la base de départ de nombreuses nouvelles
études sur les ophiolites de la nappe de Semail, les séries
sédimentaires de la
nappe Hawasina et l'autochtone. Dans
le présent article, les résultats issus de la cartograph~e
géologique réalisée par le BRG Mentre 1982 et 1985 [Be-
chennec et al., 1986a et b; Grammont (de) et al., 1986;
Hutin etai., 1986; Rabu etaI., 1986; Beurrier etai., 1986a
et b; Le Métour et al., 1986a et b; Villey et al., 1986a, bet
C' Béchennec, 1987; Beurrier, 1987; Le Métour, 1987;
Rabu, 1987; Béchennec et al., 1988] sont confrontés et
discutés avec ces travaux récents.
Les principales étapes
de l'évolution paléog~og~aphique
d'un fragment de la Téthys et de sa marge, amsi que les
différentes
phases tectogénétiques qui ont donné aux
montagnes d'Oman leur structure actuelle, sont retracées
(tabl. 1).
Les montagnes d'Oman, formées au cours de l'orogène
alpine s.l., se composent de 7unités principales, soit de bas
en haut:
-le socle cristallin et cristallophyllien: structuré et
granitisé au Protérozoïque supérieur, il n'affleure que peu,
au sud-est de la chaîne, dans le Jabal Ja'alan et la région
de
Qahlat (fig. 2);
- l'autochtone« A» : transgressif sur le socle, il forme
un ensemble d'origine sédimentaire et volcanique légère-
ment structuré au Pan-africain terminal et à l'Hercynien;
-l'autochtone «B» : composé de formations essentielle-
ment carbonatées d'âge permo-crétacé, il repose en discor-
dance sur l'autochtone Aet représente les dépôts de la
bordure nord-orientale de la plate-forme arabique; il est
structuré et localement métamorphisé lors de la tecto-
orogenèse
éo-alpine; , .
-les nappes Hawasina: composees de format~ons
sédimentaires essentiellement bathyales et de volcamtes,
d'âge permo-crétacé, elles forment une méga-unité .tectoni-
que et représentent un fragment de la marge contmentale
passive sud-téthysienne. Elles ont été charriées sur la
bordure nord-orientale de la plate-forme arabique, au cours
du Sénonien, lors de l'obduction des ophiolites de Semail;
-la nappe de Semai!: elle constitue une méga-unité
tectonique ophiolitique correspondant à un fragmen~ de
lithosphère océanique néo-téthysienne, àcroûte océamque
d'âge albo-cénomanien à cénomanien-turonien. Elle ~ été
obductée sur la bordure nord-est de la plate-forme arabIque
au Campanien-Maastrichtien inférieur;
-le néo-autochtone: il correspond à un ensemble
sédimentaire
carbonaté, transgressif sur toutes les unités
précédentes. Il est constitué de formations dont le dépôt
débute au Maastrichtien moyen-supérieur, mais se déve-
loppe essentiellement durant le Tertiaire, jusqu'au Burdiga-
lien;
-les dépôts superficiels: formés par les produits. de
démantèlement de la chaîne, ils sont d'âge plio-quaternaire.
100km
IRAN
D' OHAN SULTANAT
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UNIS ...... _'
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1
1
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1
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ARABIE '-
SAOUDITE ,
1
1
1
Bull. Soc. géol. Fr., 1989, nO 2

TABL. 1.
TABL. 1.
Synthèse des événements sédimentaires et tectoniques des montagnes d'Oman.
SedimentalY and tectonic events in the Oman mountains.
AGE'" 11 AUTOOHlllHlt '"~ BOCKS 1/4 OMAN MOUNT AINS f ALLOCltfltONOUS /lOCKS IN OMAN MOU/H AINS
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170
F. BÉCHENNEC et al.
1. LE SOCLE CRISTALLIN ET CRISTALLOPHYLLIEN: LE
CYCLE OROGÉNIQUE PAN-AFRICAIN ANCIEN.
Le socle cristallin et cristallophyllien n'affleure que peu
dans les montagnes d'Oman, et uniquement àl'extrême
sud-est (Jabal
Ja'alan et région de Qalhat) où il est recou-
vert
directement par les formations transgressives tertiaires
du néo-autochtone ou par les dépôts superficiels plio-
quaternaires.
Ce socle est constitué de paragneiss migmati-
ques et d'amphibolites, recoupés par des dykes doléritiques
et rhyolitiques et
par des intrusions granitiques datées
[Glennie et al., 1974] à845 ± 15 Ma (Rb/Sr sur biotite et
roche totale) et à872 ± 17 Ma (K/ Ar sur biotite). Ces âges
impliquent pour le socle cristallin et cristallophyllien des
montagnes d'Oman, d'ailleurs semblable àcelui du Dhofar
et des îles Kuria Muria [Lees, 1928; Morton, 1959;
Dubertret, 1968], une évolution sensiblement différente des
séries cristallophylliennes d'Arabie et du Yemen du Nord
[Delfour, 1979, 1980; Krôner, 1979]. Eloigné des zones de
suture du bouclier arabo-nubien, le socle des montagnes
d'Oman n'a pas enregistré la totalité des événements
tectono-métamorphiques pan-africains, particulièrement
ceux qui ont accompagné la collision des blocs continen-
taux entre 670 et 640 Ma [Calvez et al., 1983; Stacey et al.,
1984].
II. - L'AUTOCHTONE «A» :LES CYCLES OROGÉNIQUES
FINI-PAN-AFRICAIN ET HERCYNIEN.
Dans les montagnes d'Oman, l'autochtone «A»affleure
largement dans les fenêtres du Jabal Akhdar et du Saih
Hatat; leur étude apermis d'y caractériser différentes
formations (tabl. II),
de les corréler entre elles et avec celles
des régions voisines notamment le Haushi Huqf et l'Oman
intérieur, et d'y individualiser deux cycles orogéniques, le
cycle pan-africain et le cycle hercynien.
1) Le cycle orogénique pan-africain terminal.
Au Protérozoïque supérieur,
vraisemblablement aux
environs de 650 Ma (par comparaison avec l'Arabie), le
socle cristallin et cristallophyilien alors
pénéplané, est
affecté par une phase de distension et de rifting. Cet
épisode distensif est particulièrement marqué dans le Saih
Hatat [Le Métour, 1987] où il entraîne l'individualisation
de horsts et de grabens actifs soulignés par les variations
rapides et nombreuses des différents faciès volcano-clasti-
ques, et
induit un important magmatisme (Fm. de Hatat)
[Le Métour et al., 1986a; Villey et al., 1986a]. Celui-ci se
traduit essentiellement par un volcanisme explosif de
composition intermédiaire àacide et accessoirement par un
volcanisme effusif sous-marin de composition basique. Le
chimisme des laves, tho1éiitique et alcalin à
transitionnel
caractérise une distension intra-plaque continentale.
Dans le Jabal Akhdar (Fm. de Mistal), cette phase de
distension et de rifting apparaît moins intense. Le mag-
matisme [Rabu et al., 1986;
Rabu, 1987] se limite à de rares
épisodes de volcanisme effusif, de composition basique et
intermédiaire àcaractère alcalin, et les produits volcanogè-
nes remaniés
viennent essentiellement de la région voisine
du Saih Hatat ainsi que le montrent les gradients d'héritage
décroissant vers l'ouest.
Cette
phase de distension et de rifting, avorte rapide-
TABL. II. -Principales caractéristiques lithologiques des formations de l'autochtone Adans le Jabal Akhdar et le Saih Hatat.
TABL. II. -Main lithological features of the formations of autochthonous unit A in Jabal Akhdar and Saih Hatat.
Permien sup.
Cambrien
inférieur à
moyen
JABAL AKHDAR
Saiq f<'m.
F============9~--------------------------
l',
Fara Fm. : cherty-tuffite noire, ignimbrite, brèche, grès l'
grossier, siltite, tuf, wacke feldspathique. 0,,; P"; 380 m
Kharus f<'m. : calcaire gris, dolomie, siltite argileuse et
carbonatée. 0";P,,;250 m
1
SAIH HATAT
Saiq Fm. Permien sup.
~--------------------------F============9
Amdeh Fm. : grès quartzeux et sub-feldspathique, Ordovicien
siltstone quartzeux et micacé, argilite, conglomérats sup ?
P,,;3400 m
Ordovicien
inférieur el
moyen
Cambrien
sup. ?
Mu'aydin Fm. siltite et argilile, rares grès quartzeux.
0,,;P,,;900 m
~---------------------------------------------
\"
---- ~--------------------------f===========~
Hiyam Fm. : dolomie et calcaire dolomitique, Cambrien inf.
conglomérat et microconglomérat carbonaté.
0";P";400m
Protézozoïque
supérieur
Hajir Fm .. calcaire el dolomie noire fétide. 0,,; P"; 100 m
~---------------------------------------------
Mistal Fm. : conglomérat à galet de granite, wackes,
siltstone et grès remaniant des clastes terrigènes et
volcanogènes, rares niveaux volcaniques, rares dolomies.
P"; \000 m
+-----------------------------------------------
Hatat Fm. : série volcanoclastique et volcanique
essentiellement acide à intermédiaire - rares dolomies.
P,,;1500m
Protérozoïque
supérieur
~----------1~--------------------------
~--------------------------~---------~
Protérozoïq~e Socle cristallin et cristallophyllien (non affieurunt)
supérieur à
plus ancien?
Bull. Soc. géol. Fr., 1989, nO 2
Socle cristallin et cristallophyllien (non affieurant)
Protérozoïq ue
supérieur à
plus ancien?

LES MONTAG ES D'OMA
171
ment, ce qui se traduit par une diminution de l'activité
volcanique et une raréfaction des clastes volcanogènes.
Progressivement les grabens individualisés se comblent, la
sédimentation clastique terrigène devient de plus en plus
fine, et finalement les morphostructures héritées de cette
phase distensive sont scellées par une sédimentation carbo-
natée de plate-forme (Fms. de Hajir et de Hiyam). Ce type
de sédimentation tranquille va se poursuivre, au moins dans
le Jabal Akhdar (dépôts érodés dans le Saih Hatat), durant
le Vendien (Fm. de Mu'aydin). Le retour à une plate-forme
carbonatée (Fm. de Kharus) s'effectue progressivement
entre le Vendien et le Cambrien inférieur.
Au
Cambrien inférieur-Cambrien moyen une certaine
activité tectonique réapparaît. Elle se traduit par une
tendance à l'émersion, par l'individualisation de horsts et
de grabens, et par un volcanisme sub-aérien de composition
acide, relativement important (Fm. Fara) [Beurrier et al.,
1986a; Rabu, 1987]. Cette activité tectonique correspond
CI) Do.aine .édian •
@,(!)Do.aines lat raux>240
[ll]ll] Fas. post-ordoviciennes
o ~·~u1~s~~~ed~e~:~~~e
~ F. J. éy a p0 rit i que s
~ r.s,. terrigènes et
carbonatées
D Socle cristallin
r rront des nappes
_____ raille nor.ale
HH Ha u shi
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ja bal Akhdar
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SH Sai h Hat a t
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Mur ia
o 100 km
FIG. 2. -Paléogéographie des formations du Protérozoïque supérieur-
Cambrien inférieur en Oman [modifié de Gorin et al., 1982).
FIG. 2. -PaJaeogeography of the Jate Proterozoic-earJy Cambrian deposits
in Oman [modified from Gorin et al., 1982}.
vraisemblablement aux dernières manifestations de l'épiro-
genèse pan-africaine.
A l'échelle de l'Oman il apparaît que durant ce cycle, la
région
du Saih Hatat est partie intégrante d'un domaine
médian axé NNE-SSW (fig. 2), caractérisé au Protérozoïque
supérieur par une distension crustale maximale qui se suit
jusque dans le Sud-Oman. Le Jabal Akhdar au contraire,
s'intègre dans un domaine latéral occidental plus stable,
dont le symétrique oriental se situe dans le Haushi Huqf.
Les limites entre ces domaines sont marquées par de grands
accidents, dont l'un, situé dans le couloir de «Samail
gap », aura un rôle déterminant à plusieurs reprises au
cours des périodes ultérieures.
2) Le cycle orogénique hercynien.
Au
Cambrien supérieur-Ordovicien inférieur, après une
intense phase d'érosion continentale dont l'empreinte s'ob-
serve surtout dans le Saih Hatat, où toutes les séries
postérieures àla Fm. de Hiyam ont été érodées, le cycle
orogénique hercynien débute par une grande transgression.
Celle-ci se développe sur un vaste territoire cratonisé et
établit un régime de sédimentation clastique terrigène
durable. Le Saih Hatat et la zone médiane reconnue au
cours du cycle précédent (fig.2) sont particulièrement
subsidentes. Les formations de Amdeh et de Mahatta
Humaid qui se déposent entre le Cambrien supérieur (?) et
l'Ordovicien moyen à supérieur [Glennie et al., 1974;
Lovelock et al., 1981; Le Métour, 1987] sont représentées
par une importante série de grès et shales pouvant dépasser
les 7000 mètres [Morton, 1979; Glennie, 1977; Gorin et al.,
1982].
A
la suite de Tschopp [1967], Glennie et al., [1974] puis
Michard [1982] ont reconnu une structuration syn-schis-
teuse àtravers ces séries; Michard [1982] propose d'y voir
les effets d'une orogenèse hercynienne s.l. En fait, il nous
apparaît [Le Métour, 1987; Rabu, 1987] que les effets de la
tectogenèse hercynienne sont relativement faibles en Oman.
L'événement compressif, postérieur du Dévonien, qui
affecte l'ensemble des séries pré-permiennes, ne développe
que des plis ouverts sans schistosité, des ondulations et des
jeux de blocs le long d'accidents cassants. La schistosité qui
recoupe ces ensembles sédimentaires est aussi reconnue
dans les formations permo-crétacées [Le Métour et al.,
1987]. Ala suite de ces mouvements, un vaste domaine
continental s'installe durant le Paléozoïque supérieur avec
une forte empreinte glaciaire, bien connu dans le Haushi
Huqf [Braakman et al., 1982].
III. - L'AUTOCHTONE «B»LES NAPPES HAWASINA, LES
OPHIOLITES DE SEMAIL: DU RIFTING ALA TECTOGENÈSE ÉO-
ALPINE.
L'étude des formations de l'autochtone « B »(tabl. III),'
des nappes Hawasina (tabl. IV) et des ophiolites de Semail,
ainsi
que les métamorphismes et déformations affectant ces
ensembles,
permettent de reconstituer l'évolution de cette
-
portion de la bordure sud de la Téthys. Elle débute au
Murghabien avec le rifting de la plaque arabo-iranienne et
l'ouverture de la Néotéthys; elle couvre l'évolution tectoni-
que et sédimentaire de l'ensemble marge passive oma-
naise-océan, et s'achève au Campanien au cours d'une
Bull. Soc. géoJ. Fr., 1989, nO 2