Géologie structurale de l’Anti-Atlas oriental, Maroc
Thèse de doctorat présentée à la Faculté des Sciences
Institut de Géologie et d’Hydrogéologie
Université de Neuchâtel
Pour l’obtention du grade de docteur ès sciences
par Charles Robert-Charrue
- Soutenue le 19 septembre 2006 -
Acceptée sur proposition du jury :
Prof. Karl Föllmi, Université de Neuchâtel, Directeur de thèse remplaçant
Prof. Thierry Adatte, Université de Neuchâtel
Prof. Dominique Frizon de Lamotte, Université de Cergy-Pontoise, France
Prof. Abderrhamane Soulaïmani, Université Cadi-Ayyad, Marrakech, Maroc
Dr. Mahmoud Zizi, ONHYM, Maroc
RESUME
Mots-clés : Anti-Atlas, Maroc ; Tectonique d’inversion ; Orogène varisque ; Paléozoïque ; Interférence de plis ; Profondeur de détachement ; Déformation interne ; Plis associés aux failles extensives.
La chaîne de l’Anti-Atlas du Maroc est située sur la bordure nord du craton ouest africain. Sa forme générale est un vaste anticlinal d’orientation ENE-WSW, formé en son cœur de boutonnières de socle et sur ses flancs d’une couverture plissée. Le socle Précambrien recèle les traces des orogènes Eburnéen (2 Ga) et Pan Africain (600 Ma). Dès la fin du Néoprotérozoïque, un rift initie un nouveau cycle de Wilson. A l’issue de la sédimentation syn-rift, le rift est avorté, mais une subsidence régulière permet le dépôt d’une épaisse couverture Paléozoïque dans un environnement de mer peu profonde. Ce bassin intracontinental est inversé au Carbonifère moyen, créant ainsi la chaîne plissée de l’Anti-Atlas. La particularité de cette chaîne est l’absence de décollement majeur.
Les études géologiques menées dans l’Anti-Atlas oriental ont permis de décrire sa structure et de caractériser son style structural. Les deux paramètres qui contrôlent le type de la déformation sont (1) la pré-structuration du socle lors du rift Néoprotérozoïque – Cambrien et (2) la rhéologie particulièrement incompétente de la couverture. La compression varisque inverse les anciennes failles normales du socle. A grande échelle, la couverture accommode la déformation par drapage, mais elle est également affectée par un raccourcissement interne qui se traduit par la formation de petites structures compressives, visibles dans les quelques formations plus compétentes qui jalonnent la série Paléozoïque. L’analyse des structures a permis de discerner deux orientations distinctes de déformation. L’une correspond à l’orientation générale de l’Anti-Atlas, l’autre adopte l’orientation de la chaîne de l’Ougarta située au sud-est. La superposition de ces deux orientations provoque une figure d’interférence en dômes et bassins.
Dix coupes décrivent la structure générale de l’Anti-Atlas oriental. La restauration à différents stades de l’une d’entre elle, a permis de calculer une profondeur de détachement méso-crustal de -18 à -20 km. Une nouvelle méthode d’équilibration intégrant le raccourcissement interne a été développée et a permis de mettre en évidence un raccourcissement interne de 11 à 17%.
Une extension tardive attribuée à l’ouverture du bassin Mésozoïque du Haut Atlas (au nord de l’Anti-Atlas oriental) réactive les structures profondes et crée dans la couverture des failles normales raides et des plis associés.
Les relations avec les sédiments post-varisques montrent que l’inversion du Haut Atlas ne provoque pas de déformation mais une légère surrection dans l’AntiAtlas oriental. Ce soulèvement combiné à celui induit par une anomalie thermique récente explique la haute topographie de l’Anti-Atlas oriental.
ABSTRACT
Keywords : Anti-Atlas, Morocco ; Inversion tectonics ; Variscan orogeny ; Paleozoic ; Folds interference ; Depth to detachment ; Bed-length shortening ; Extensional fault-related folding.
The Anti-Atlas belt of Morocco is situated on the northern edge of the West African Craton. The Anti-Atlas appears as a huge NE-SW anticlinorium. Locally, the basement is cropping out as inliers, but the main part is made of a gently folded Paleozoic cover. The Eburnean (2 Ga) and Pan African (600 Ma) orogenies left their imprints in the Precambrian basement. A new Wilson Cycle was initiated by the formation of a rift in Late Neoproterozoic. After syn-rift sediments, the rift is aborted, but the regular subsidence allowed for the deposition of a thick pile of Paleozoic sediments in a shallow-water environment.
This intracontinental basin is inverted in mid-Carboniferous, forming the AntiAtlas fold belt. The main feature of this chain is the lack of a major décollement or duplex structure.
Inspection of the structure was carried out during fieldwork to characterize its structural style. The two principal parameters which control the deformation type were (1) the pre-structuration of the basement during the Neoproterozoic – Cambrian rift and (2) the ultraweak mechanical propriety of the cover. Variscan compression led to the inversion of the basements former normal faulting. On a larger scale, the cover accommodates the bed-length shortening by the formation of small-scale compressive structures observable in the rigid members, which mark the Paleozoic series. The analysis of these structures shows two distinct orientations of deformation. One corresponding to the Anti-Atlas’ major trend; the second to the Ougarta chain, situated to the southeast. The superimposition of these two orientations created an egg-box interference pattern.
Ten cross-sections describe the structure of the eastern Anti-Atlas. The restoration at different stages of one of these cross-sections, has allowed for the calculation of a mid-crustal depth to detachment of –18 to –20 km. A new balancing method, integrating bed-length shortening has been developed. This indicated an internal shortening of 11 to 17 %.
A later extension, attributed to the opening of the Mesozoic High Atlas basin, reactivated the deep structures, creating normal faults and extensional faultrelated folds in the Paleozoic cover.
Relationship with post-Variscan sediments show that the High Atlas inversion did not deform the eastern Anti-Atlas. The influence was felt more in terms of a smooth uplift. This uplift combined with a recent thermal anomaly, are responsible for the high topography of the eastern Anti-Atlas.
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