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La collision hercynienne dans le Massif armoricain: mise en évidence d’une différentiation lithosphériqueà partir de la tomographie et del’anisotropie sismiques
La chaîne hercynienne est un objet majeur en Europe. Elle résulte de la collision de deux blocs continentaux
durant le Paléozoïque. Le Massif armoricain présente l’intérêt de n’avoir été affecté par aucun événement tectonique ou
thermique majeur depuis la fin de la collision (≈ 260 Ma). Nous y avons donc l’opportunité d’étudier la structure profonde
d’une ancienne chaîne de collision. Les principaux traits géologiques du Massif armoricain sont les zones de cisaillement
nord- et sud-armoricaines, orientée respectivement E-W et NW-SE. Elles séparent le massif en trois
domaines : les domaines nord-, centre- et sud-armoricain.
Dans le but d’étudier la structure profonde de cette région, des réseaux sismologiques temporaires ont été installés
en 1997 et 1999 dans le cadre du volet sismologique du projet ARMOR2-GéoFrance3D. Les stations temporaires,
complétées par les sites permanents forment un réseau bidimensionnel dense de 80 stations couvrant une grande partie
du Massif armoricain. Les données collectées durant ces expériences sont exploitées sous la forme d’un ensemble de
temps d’arrivées d’ondes P et de formes d’ondes S télésismiques. Les méthodes utilisées pour l’imagerie du manteau supérieur
sous le Massif armoricain consistent en la modélisation des variations de vitesse des ondes P et de l’anisotropie
sismique. La tomographie de vitesse sismique est probablement l’outil le plus performant pour étudier l’intérieur de la
Terre. Elle fournit des images structurales des régions étudiées sous la forme de perturbations de vitesse sismique qui
représentent les effets de perturbations thermiques et/ou minéralogiques des milieux. Les études de laboratoire et les
modélisations numériques montrent enfin que l’anisotropie sismique des roches du manteau supérieur reflètent l’orientation
préférentielle des réseaux cristallins des grains d’olivine, représentant elle-même la fabrique tectonique de la
roche, témoin des déformations passées, anciennes ou récentes.
Un modèle de vitesse des ondes P a été calculé, il procure les images des perturbations de vitesse jusqu’à la profondeur
de 200 km. Dans la partie supérieure, jusqu’à 130 km, les images sont dominées par des vitesses élevées dans
les régions de l’ouest du massif et par des vitesses faibles dans les régions du sud et de l’est. Aucune structure superficielle
n’est corrélée à la frontière N-S entre les anomalies dans la partie centrale du Massif armoricain. Dans la partie inférieure
du modèle (130-200 km), on observe un brusque changement de l’organisation de l’image. Les perturbations de
vitesse sont organisées selon trois zones allongées d’orientation NW-SE. Le domaine central, caractérisé par des vitesses
élevées est séparé du domaine sud par une limite dont la localisation et l’orientation correspondent à celles de la
Zone de cisaillement sud-armoricaine en surface. La limite nord du corps rapide central est localisée 50 à 70 km vers le
nord et montre la même orientation. A toutes les profondeurs, on observe que le sud du Cisaillement sud-armoricain,c’est-à -dire le domaine sud-armoricain, est caractérisé par des anomalies négatives. Le Cisaillement nord-armoricain ne
montre aucune corrélation avec le modèle de vitesse.
Au contraire, l’anisotropie des ondes Pn est fortement corrélée à la direction du Cisaillement sud-armoricain dans
le sud du massif et à la direction du Cisaillement nord-armoricain dans le nord du massif. Cette corrélation n’est pas observée
pour les onde SKS qui montrent une direction rapide NW-SE Ã travers tout le massif. Cependant, on distingue
2 groupes de mesures : au sud, le délai moyen est de 1,25 s alors qu’au nord, il est de 0,8 s. En supposant un taux d’anisotropie
de l’ordre de 3 %, ces valeurs correspondent à des épaisseurs de l’ordre de 120 et 80 km, respectivement. De
plus, une modélisation tridimensionnelle de la biréfringence des ondes S permet d’expliquer les données du nord du
massif par un milieu à symétrie hexagonale dont le plan de symétrie (la fabrique) est incliné vers le SW. Dans le sud du
massif, un plan de symétrie vertical satisfait les observations.
Ces résultats montrent que l’objet géologique majeur de cette région est le Cisaillement sud-armoricain dont on
peut suivre la trace depuis la croûte jusqu’à la base du modèle à 200 km. Au contraire, le Cisaillement nord-armoricain
semble affecter au plus le manteau sommital où se propagent les ondes Pn.
Les contrastes de vitesse sont assez élevés : plus de 5 % sur des distances de l’ordre de 30 km. Ces perturbations
de vitesse sont associées au dernier événement tectonique majeur, la collision hercynienne qui s’est terminée il y a plus
de 250 Ma. Dans ce cas, ces variations de vitesse sismique ne peuvent être expliquées exclusivement par des anomalies
thermiques. Il est nécessaire de considérer une contribution minéralogique forte.
Les images tomographiques et les mesures d’anisotropie sont interprétées comme la conséquence d’un assemblage
de deux lithosphères dont les origines sont différentes. Dans le nord de la Bretagne, les perturbations mineures de
la vitesse des ondes P, les délais faibles et la structure inclinée de la fabrique lithosphérique caractérisent une lithosphère
affectée par des événements pré-hercyniens, probablement liés à l’orogène Cadomien (650-540 Ma).Dans le
centre et le sud de la Bretagne, l’image tomographique est interprétée comme la signature de la subduction à vergence
nord qui a eu lieu avant la collision continentale. Les vitesses sismiques élevées représentent alors probablement un bloc
de lithosphère subductée. Enfin, l’anisotropie mesurée dans le sud du Massif armoricain est attribuée au régime transpressif
intense du Carbonifère au niveau de la zone du Cisaillement sud-armoricain
Campi Flegrei active seismic experiments waveforms compilation
A new experiment called SERAPIS (SEismic Reflection/Refraction
Acquisition Project for Imaging complex volcanic Structures) has been planned
and carried out, based on off-shore seismic energization and data acquisition on
land and on sea-bottom. The experiment was performed in September, 2001
during which the vessel NADIR of IFREMER (equipped with 12, 16-liters airgun)
produced more than 5000 air gun shots recorded at a sea-bottom seismograph
array of 72 OBS and 62 stations installed on-land. Active seismic refraction
DSS (Deep Seismic Soundings) acquired during the surveys conducted in
1980 and 1985 were recovered jointly with seismic data acquired in the Campi
Flegrei area in the framework of the MareVes97 (an experiment devoted to the
definition of the structure of the Somma-Vesuvio complex) offshore survey.
The data set acquired during the SERAPIS experiment has been successfully
used to infer 3D images of the volcanic structures of Campi Flegrei and
Neapolitan bay. Active seismic waveforms and related P-picks (more than
90000 data) from the SERAPIS experiment are also available in the project data
server
Seismicity associated with the 2004–2006 renewed ground uplift at Campi Flegrei Caldera, Italy
Reply to comment by A. Rapolla on "The bay of Naples: Constraints on the volcanic structures inferred from a dense seismic survey
The Bay of Naples (southern Italy): Constraints on the volcanic structures inferred from a dense seismic survey
The bays of Naples and Pozzuoli host volcanic areas that have been active within recent history. In addition, the vicinities areas around the Vesuvius volcano and the Campi Flegrei caldera are extremely densely inhabited. More recently, the Serapis active seismic survey covered the entire Bay of Naples, with particular attention to Pozzuoli Bay. The processed Serapis P wave travel time collection, extended with a previously acquired data set, has allowed the computation of the most comprehensive three-dimensional P wave velocity distribution for the Bay of Naples, which includes a small-scale high-resolution model of the Campi Flegrei caldera. The joint interpretation of the velocity distribution together with both the available gravity measurements and models and the geothermal drilling information has allowed us to locate and map lithological units at depths. We propose a model of the Campi Flegrei caldera in relation to the underlying Mesozoic limestone unit
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