Quantification du contrôle des séquences par la tectonique et l’eustatisme dans le bassin du Dniepr-Donets et sur la plate-forme russe pendant le Carbonifère et le Permien

Introduction. – Une analyse quantitative comparative de la subsidence dans les bassins d’âge paléozoïque supérieur de Moscou (MB) et du Dniepr-Donets (DDB) apporte une vision nouvelle sur l’importance relative de la tectonique et de l’eustatisme comme contrôle de la sédimentation et du fonctionnement de ces bassins. Les résultats publiés sur le segment du Dniepr [Stovba et al., 1995 ; van Wees et al., 1996] sont comparés à de nouveaux résultats provenant du MB et de la partie orientale du DDB (segments du Donets et du Donbass) en utilisant le programme AQUASUB du BRGM. Le bassin de Moscou (MB). – Le MB est situé dans la partie occidentale de la plate-forme russe (fig. 1). Le Carbonifère (fig. 2) y est représenté par environ 650 m de sédiments principalement carbonatés d’origine marine. Une lacune stratigraphique et une érosion importante y sont connues entre le Serpukhovien et le Bashkirien supérieur. La figure 2 présente les séquences du second ordre du MB [Briand et al., 1998] et leur corrélation avec les séquences glaciaires et interglaciaires du Gondwana [Lopez-Gamundi, 1997]. La subsidence totale du Carbonifère (courbe SUTO, fig. 3A) est d’environ 750 m et la subsidence tectonique sous eau (courbe SUTE, fig. 3A) est d’environ la moitié de cette valeur. Deux phases de subsidence sont identifiables : la première du Tournaisien au Bashkirien inférieur avec un faible taux de subsidence tectonique (2 m/Ma) et la seconde du Bashkirien supérieur à l’Assélien avec un taux un peu plus important de subsidence tectonique (22 m/Ma). La méthode proposée par Middleton [1980] pour les bassins intracratoniques américains fut utilisée pour modéliser la subsidence tectonique observée dans le MB (fig. 3B). Le modèle est caractérisé par une phase de subsidence initiale plus faible pendant la période de chauffage de la lithosphère que lors de la seconde phase de subsidence thermique pendant le refroidissement de la lithosphère. Le rapport entre la variation eustatique du niveau marin (DSLE, fig. 3A) et la subsidence tectonique à l’air libre (SUAL) permet de calculer le rapport eustatisme/ tectonique (E/T) qui est égal à 4 en faveur de l’eustatisme pendant la première phase et à 0,3 à l’avantage de la tectonique pendant la deuxième phase. La phase de subsidence 1 correspond aux séquences du second ordre D, 0 et I et la phase 2 aux séquences II à VII. Le bassin du Dniepr-Donets (DDB). – Le DDB est un rift situé entre deux massifs précambriens et est divisé en différents segments, appelés Pripyat, Dniepr, Donets et Donbass (fig. 1). Le DDB présente environ 14 km de sédiments principalement terrigènes dans le segment du Dniepr et environ 21 km dans le Donets et Donbass, d’âge dévonien moyen à sakmarien [Izart et al., 1996 ; 1998]. La couverture d’âge mésozoïque et cénozoïque a une épaisseur de 2 km excepté dans le Donbass où elle a été érodée. Une subsidence tectonique maximale d’environ 3,4 km fut calculée dans le Dniepr par van Wees et al., [1996]. Selon ces auteurs, le segment du Dniepr présente une phase de rifting initiale pendant le Dévonien supérieur et une phase post-rifting du Carbonifère inférieur à la base du Mésozoïque avec quelques rajeunissements, suivie par une inversion tectonique. A la limite entre le segment du Donets et du Donbass nous avons calculé une subsidence totale de 22,8 km et une subsidence tectonique d’environ 6,1 km (fig. 3C). Deux phases tectoniques peuvent être distinguées : la première du Dévonien au Carbonifère inférieur qui présente un taux moyen de subsidence tectonique de 40 m/Ma correspond à la phase du rifting initial et du début de la phase post-rifting du Dniepr et la seconde phase de rifting du Viséen supérieur à l’Assélien qui présente un taux important de subsidence tectonique de 90 m/Ma correspond aux rajeunissements du segment du Dniepr. Un soulèvement a lieu au Sakmarien, puis une compression pendant le Trias supérieur et à la limite Crétacé-Tertiaire [Stovba et Stephenson, 1999]. La subsidence tectonique fut modélisée (fig. 3D) en utilisant la méthode de Royden et Keen [1980]. Les deux phases tectoniques, appelées rifting 1 et 2, furent modélisées successivement. Les facteurs d’extension crustale (δ) sont respectivement pour les deux phases de 1,18 et 3,5 et les facteurs d’extension sous-crustale (β) de 1,1. Le rapport E/T est de 0,24 en faveur de la tectonique pendant la phase 1 et de 0,03 pendant la phase 2. La phase 1 correspond aux séquences du second ordre D et 0 et la phase 2 aux séquences I à VII (fig. 2). Les segments du Dniepr, Donets et Donbass possèdent donc les mêmes caractéristiques tectoniques, avec une intensité plus importante dans le Donets et le Donbass. Conclusion. – Le rifting d’âge dévonien supérieur a existé dans le DDB et probablement aussi dans le MB. L’histoire de ces deux bassins diverge ensuite avec la poursuite du rifting dans le seul DDB. Le MB est un bassin intracratonique qui peut être modélisé avec une phase de chauffage du Dévonien au Bashkirien et une phase de refroidissement engendrant une subsidence thermique du Moscovien à l’Assélien. Le DDB est un rift montrant une première phase de rifting durant le Dévonien supérieur, une phase post-rift jusqu’au Viséen supérieur et une deuxième phase de rifting jusqu’à l’Assélien uniquement dans les segments du Donets et Donbass. Si l’eustatisme contrôle la sédimentation dans le MB, la tectonique prévaut dans le DDB

Sequence stratigraphy and correlation of the late carboniferous and Permian in CIS, Europe, Tethyan area, North Africa, China, Gondwanaland and USA.

Sequence stratigraphy was used to correlate the depositional chronology during Permo-Carboniferous time in various sedimentary basins of Gondwanaland, western Europe, eastern Europe, Tethyan area, North Africa, Arabia, China, and North America. During late Carboniferous and Permian, eleven second-order sequences (SOS) were recognised throughout the whole area. The sequence SI is Serpukhovian pp, Namurian A pp and Chesterian. The sequence SII is Serpukhovian pp-Bashkirian pp, Namurian A pp-B-C-Westphalian A-B pp and Morrowan. The sequence SIII is late Bashkirian-Moscovian, Westphalian B pp-C-D and Atokan-Desmoinesian. The sequence SIV is Kasimovian, early Stephanian and Missourian. The sequence SV is Gzhelian-Orenburgian, late Stephanian and Virgilian. The sequence SVI is Asselian, Autunian and Nealian. The sequences SVII-IX are Saxonian, Sakmarian-Artinskian-Kungurian and Leonardian-Hessian-Cathedralian. The sequences SX-XI are Guadalupian and Lopingian. Depending on the regional setting, different relationships exist between marine transgression and the respective effects of tectonics and of sea-level changes: in western Europe, effects of the glacial processes in Gondwanaland are partly balanced by the late compression in the Hercynian belt during Moscovian. Eastern Europe, Tethyan area, North Africa, China, and North America show a good correlation between glacial (ice melting) processes in Gondwanaland and the intensity of the transgression which is increased by the westward progradation of the orogeny in Urals and Appalachians. In Arabia, Tunisia and Tethyan area, the impact of the Neotethys opening is obvious from the Artinskian and mainly during the late Permian. © 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved