3D stratigraphic and structural synthesis of the Dannemarie basin (Upper Rhine Graben) - Université de Lorraine Access content directly
Journal Articles Bulletin de la Société Géologique de France Year : 2005

3D stratigraphic and structural synthesis of the Dannemarie basin (Upper Rhine Graben)

Abstract

The Dannemarie basin is the southwesternmost depocentre of the Upper Rhine Graben, which belongs to the West-European Tertiary rift system. It is bounded to the west by the Vosges mountains, to the south by the folded Jura belt and to the east by the Mulhouse block. The rifting reached its maximum activity during the Priabonian and early Rupelian (35-31 Ma). In the framework of the GeoFrance 3D project “Fossé rhénan”, a 3D geometrical model of the Dannemarie basin was built in the gOcad 3D modeler. It incorporates the BRGM well database and geological maps, and 40 seismic cross-sections. These data are used to study the structure and geological history of the area. Seismic data have been converted from time to depth using a 1D time-to-depth polynomial law deduced from the analysis of the Bellemagny borehole. The Dannemarie basin is bounded to the west by the Vosges fault zone and to the east by the Illfurth fault zone. On both borders, basin subsidence was controlled by normal faults and associated syn-rift flexures. The minimum throw on the Vosges fault zone is about 1400 m to the north of the model, decreasing to the south, where it is replaced by a syn-rift flexure. On the Illfurth fault zone, subsidence is accommodated by faults (with about 1000 m throw) and by a flexure (about 300 m). Stratigraphic data indicate that these flexures were active during Priabonian and early Rupelian extension. These monoclinal flexures are interpreted as fault-propagation folds that developed above upward propagating normal faults in the basement. As displacement accumulates, the fault propagates upwards and cuts the overlying fold. Similar fault-fold geometries have been described on the western border of the Rhine graben, close to Colmar and in other extensional tectonic contexts. In the Colmar area, the Vosges fault zone cuts through the basin margin fold, while further south along the western border of the Dannemarie basin, displacement on the fault decreases and subsidence is accommodated on a major flexure. Flexure locations correspond to gravimetric discontinuities attributed to Variscan structures, suggesting reactivation of deep structures during rifting. The Illfurth fault zone displays upwardly divergent fault geometries that resemble “flower structures”. The data can be interpreted as follows, either that (a) the Illfurth fault zone accommodated a minor sinistral strike-slip component due to a post-Miocene NW-SE compressive regional stress field or (b) these faults developed in association with the fault propagation folds.
Le bassin de Dannemarie est le dépôt-centre de l'extrémité sud-ouest du Fossé rhénan, qui fait partie du système de rifts tertiaires ouest-européen [Sittler, 1969; Illies,1975]. Il est bordé à l'ouest par la terminaison sud des Vosges, par les plis frontaux du Jura au sud et le "horst" de Mulhouse vers l'est. Le rifting atteint son paroxysme pendant le Priabonien et le Rupélien inférieur (35-31 Ma). Les dépôts se composent de marnes et de calcaires salifères lacustres subdivisés en trois formations salifères: inférieure, moyenne et supérieure. A la fin du Rupélien, une transgression marine peu profonde conduit au dépôt d'un ensemble de plusieurs formations marneuses ("Série Grise"). Quelques dépôts chattiens sont préservés dans la partie est du bassin de Dannemarie (fig. 1). Dans le sud du graben rhénan, les dépôts miocènes et pliocènes sont absents. Les premiers dépôts post-chattiens sont les Graviers du Sundgau, d'âge probable pliocène [Berger et al., 2000]. Dans le cadre du projet GéoFrance 3D "Fossé rhénan", près d'une quarantaine de lignes sismiques réflexion, les données d'une vingtaine de forages, ainsi que des données structurales ont été synthétisées, puis intégrées en 3D sur le géomodeleur gOcad. Le but était d'étudier par une approche multi-disciplinaire, (1) la structure et le remplissage sédimentaire d'une région mal documentée en raison d'une couverture de sédiments quaternaires cachant les structures géologiques majeures; (2) les interactions failles-sédiments. En corrélant les données sismiques et les données de puits (fig. 2), 5 réflecteurs de référence ont été identifiés et digitalisés en 3D: (a) le toit du Trias; (b) le toit du Jurassique (base du syn-rift); (c) et (d) les toits des formations salifères inférieure et moyenne et (e) la base de la Série Grise. Les données sismiques ont été migrées en profondeur grâce à une loi de conversion 1D temps-profondeur déterminée sur le forage de Bellemagny. La profondeur des réflecteurs a été comparée aux données de puits et corrigée en conséquence. Les données montrent que dans son état actuel (figs. 3, 4 et 5), le bassin est globalement symétrique dans sa partie nord, bordé à l'ouest par la zone de failles des Vosges et à l'est par celle d'Illfurth. Vers le sud, il évolue vers un hémi-graben basculé vers l'est. Sur les bordures ouest et est du bassin, on observe un contrôle de la subsidence par des flexures syn-rift (comme l'indique le biseautage des séries du Priabonien au Rupélien inférieur, figs. 4 et 5) affectant à la fois les couvertures sédimentaires mésozoïque et cénozoïque, associés à des failles normales. Sur la bordure ouest (zone de faille vosgienne, fig. 4), la subsidence est principalement accommodée par une flexure. Sur la bordure est (zone de faille d'Illfurth, figs. 5 et 6), la subsidence est accommodée à la fois par des failles en échelon et par une flexure. Les données indiquent que ces flexures contrôlent la sédimentation au moins jusqu'au Rupélien inférieur à moyen, périodes durant lesquelles le Fossé rhénan est en extension [Villemin et Bergerat, 1987]. L'ensemble des données intégrées dans cette étude suggère que l'origine de ces flexures pourrait être reliée au développement de plis par propagation de faille normale, de façon similaire à ce qui a été décrit sur la bordure ouest du Fossé rhénan, au niveau de Colmar [Maurin, 1995]. Le schéma tectono-sédimentaire suivant peut être proposé: lors de l'ouverture du fossé, la couverture sédimentaire triasique et jurassique se fléchit en réponse au développement de failles normales dans le socle sous-jacent. La localisation de ces flexures coïncide avec celle des discontinuités gravimétriques attribuées à des structures varisques [Edel et al., 2002], ce qui suggère une réactivation de ces structures durant l'ouverture du Fossé rhénan. Les sédiments priaboniens à rupéliens moyen sont basculés au fur et à mesure de leur dépôt et forment un biseau. En parallèle, la fracturation progresse vers la surface, contrôlant également la géométrie des dépôts. Cependant, il semble que le jeu des failles normales a été moins important dans le bassin de Dannemarie qu'au niveau de Colmar. Sur la bordure est du bassin, le faisceau de failles d'Illfurth présente des géométrie semblables à des "flower structures". En outre, un anticlinal local peut être observé sur une ligne sismique (fig. 5e). Ces données suggèrent que la zone de faille d'Illfurth a pu subir une réactivation décrochante senestre post-miocène en relation avec un champ de contrainte compressif NW-SE [Nivière et Winter, 2000; Giamboni et al., 2004]. Il faut cependant noter que l'anticlinal observé est une structure locale mineure (fig. 5) et que des anticlinaux similaires peuvent se développer dans des contextes extensifs, notamment au voisinage de plis par propagation de failles [Paton et Underhill, 2004].
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Dates and versions

hal-04062020 , version 1 (07-04-2023)

Identifiers

Cite

Christian Le Carlier de Veslud, Olivier Bourgeois, Marc Diraison, Mary Ford. 3D stratigraphic and structural synthesis of the Dannemarie basin (Upper Rhine Graben). Bulletin de la Société Géologique de France, 2005, 176 (5), pp.433-442. ⟨10.2113/176.5.433⟩. ⟨hal-04062020⟩
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