Interactions lithosphère asthénosphère et mouvements verticaux (le cas du massif du Hoggar)

La topographie de l Afrique du Nord est marquée en domaine intraplaque par des bombements topographiques importants, associés à du magmatisme cénozoïque. Le Bouclier Touareg, un de ces bombements, est constitué d un socle précambrien structuré à l orogénèse panafricaine et culminant à plus de 2400 m d altitude. Les séries paléozoïques affleurent actuellement sous forme de cuestas autour de ce bombement topographique. Localement, des témoins sédimentaires d âge présumé crétacé, en discordance sur le socle précambrien, traduisent l affleurement de celui-ci au Mésozoïque. Le volcanisme cénozoïque, qui se met également en place sur le socle, est actif entre 35 Ma et aujourd hui. Afin de mieux contraindre l évolution du Bouclier Touareg durant le Phanérozoïque, nous avons mené deux études : des travaux de modélisation géophysique, et une étude de thermochronologie basse température. L étude géophysique a consisté en la modélisation de quatre profils longue distance permettant d imager la structure lithosphérique. Nous avons montré que le bombement du Hoggar est actuellement soutenu par un important amincissement lithosphérique. En outre, nous avons estimé que sans cet amincissement, la topographie serait négative : le bassin ainsi reconstitué avant amincissement de la lithosphère aurait permis le dépôt d une couverture sédimentaire d épaisseur plurikilométrique. L étude de thermochronologie basse température s est portée sur deux méthodes : les analyses de traces de fission sur apatite, et les analyses (U-Th)/He sur apatite. Les analyses (U-Th)/He ont montré que le socle du Bouclier Touareg, avant d avoir subi une importante exhumation à l Eocène Supérieur, étant enseveli sous une couverture sédimentaire et chauffé à approximativement ~80C. Les analyses de traces de fission ont permis de préciser que cette phase de chauffe, probablement sous couverture sédimentaire, du Bouclier Touareg a eu lieu entre 100 et 50 Ma. Ainsi, le bombement du Hoggar constituait probablement un bassin sédimentaire de grande dimension au cours du Crétacé supérieur/Paléocène. Ces résultats nous ont permis de discuter des mécanismes géodynamiques possiblement actifs durant le Cénozoïque. Nous proposons que le bombement actuel du Bouclier Touareg, ainsi que son magmatisme, soient liés à des perturbations thermiques des parties superficielles de l asthénosphère. Ces perturbations seraient induites par d importantes variations d épaisseur de la lithosphère saharienne, et pourraient expliquer la présence d autres bombements en Afrique du Nord.The North-African intraplate topography is underlined by massive topographic swells associated with Cenozoic volcanism. The Tuareg Shield, which is one of these swells, consists of Precambrian basement which has been structured by the Pan-African orogeny and reaches currently an altitude of 2400 m. The Paleozoic sedimentary series are outcropping as important cuestas surrounding the topographic swell. Locally, some Mesozoic sedimentary remnants, lying unconformably over the basement, testify of its exposure during the Mesozoic. The Cenozoic volcanism, which is also taking place on the basement, shows ages from 35 Ma to Quaternary. In order to improve the knowledge of the Phanerozoic evolution of the Tuareg Shield, we performed two separated studies: geophysical modelling works, and a low temperature thermochronology study. The geophysical study consisted of the modelling of four long-distance profiles allowing imaging the lithospheric structure. We have shown that the Tuareg Shield swell is currently sustained by a strong lithospheric thinning. Moreover, we have estimated that without this thinning, the topography would be negative and that such basin, prior to thinning, would have allowed the deposition of a plurikilometric sedimentary cover. The low temperature thermochronological study has focused on two methods: apatite fission-track analysis, and apatite (U-Th)/He analysis. The latter shown that the Tuareg Shield, before an important Late Eocene exhumation, was buried under a sedimentary cover and heated at ~80C. The fission-track analyses have shown that this heating stage of the Tuareg Shield, related to burying, occurred from 100 and 50 Ma. Thus, the Tuareg Shield was probably a wide scale sedimentary basin during the Upper Cretaceous Paleocene. These results allowed us to discuss the geodynamic mechanisms potentially active during the Cenozoic. We proposed that the current doming of the Tuareg Shield, as well as its volcanism, were related to thermal perturbations of the shallower levels of the asthenosphere. These instabilities would have been generated by strong Saharan lithospheric thickness variations, and could explain the presence of others swells in North Africa.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Elastic Time Reversal Mirror Experiment in a Mesoscopic Natural Medium at the Low Noise Underground Laboratory of Rustrel, France

A seismic time reversal experiment based on Time Reversal Mirror (TRM) technique was conducted in the mesoscopically scaled medium at the LSBB Laboratory, France. Two sets of 50 Hz geophones were distributed at one meter intervals in two horizontal and parallel galleries 100 m apart, buried 250 m below the surface. The shot source used was a 4 kg sledgehammer. Analysis shows that elastic seismic energy is refocused in space and time to the shot locations with good accuracy. The refocusing ability of seismic energy to the shot locations is roughly achieved for the direct field, and with excellent quality, for the early and later coda. Hyper-focussing is achieved at the shot points as a consequence of the fine scale randomly heterogeneous medium between the galleries. TRM experiment is sensitive to the roughness of the mirror used. Roughness induces a slight experimental discrepancy between recording and re-emitting directions degrading the quality of the reversal process.Comment: 7 pages, 7 figures - This paper aimed at describing time reversal mirror method applied at mesoscopic scale to a natural medium in the frame of an active seismic experiment. The results confirm the hyper-focusing process in an anelastic medium and the efficiency of scattered waves within the coda to refocus at the source using the time reversal mirro

Characterization of anisotropy in a karstified carbonate platform using seismic and electrical resistivity methods (a joint approach)

Les résultats présentés dans ce document portent sur les anisotropies sismique et électrique d'un massif calcaire fracturé dans des galeries parallèles souterraines. Les fractures étant orientées verticalement, leurs propriétés sont approximées par isotropie transverse horizontale (HTI). Plusieurs méthodes d'inversion ont été étudié pour traiter les données sismiques (temps d arrivée des ondes P et S); et pour traiter les données de résistivité électrique mesuré dans une configuration pôle-pôle (valeur de potentiel mesuré).Pour traiter les données sismiques (quatre campagnes), les méthodes étudiées dans ce document sont: une tomographie isotrope, une approximation de cosinus, une inversion anisotrope basée sur l'algorithme Monte-Carlo pour les paramètres de la matrice de rigidité (de l'isotropie transverse horizontale) et une tomographie anisotrope pour un milieu avec une isotropie transverse inclinée. Toutes les méthodes conduisent à la conclusion qu'il y a effectivement une anisotropie présente dans le massif rocheux et confirment la direction de la vélocité maximale parallèle à la direction de la fracturation. Une forte anisotropie de 15 % est présente dans la zone étudiée.Pour traiter les données électriques (deux campagnes), les méthodes étudiées sont une approximation de cosinus et une inversion anisotrope basée sur l'algorithme Monte-Carlo pour les paramètres de résistivité transversale T, de résistivité longitudinale L et de l'angle d'orientation du modèle par rapport au système de référence. La présence à 180 de deux maxima de résistivité apparente par rapport à l'azimut de mesure ne peuvent être modélisés par des approches conventionnelles. Une modélisation conceptuelle d'un maillage des fils conducteurs dans un milieu non conducteur a été développé et montre des résultats prometteurs, avec le succès de la modélisation des deux maxima.Des mesures répétées montrent de légères variations de résistivité apparentes et des variations des ondes P. Les variations des ondes S ne sont pas prononcés, ce qui reflète un changement de la saturation en eau. La porosité de 10-15% est estimé à partir des mesures sismiques.Les résultats présentés dans ce document portent sur les anisotropies sismique et électrique d'un massif calcaire fracturé dans des galeries parallèles souterraines. Les fractures étant orientées verticalement, leurs propriétés sont approximées par isotropie transverse horizontale (HTI). Plusieurs méthodes d'inversion ont été étudié pour traiter les données sismiques (temps d arrivée des ondes P et S); et pour traiter les données de résistivité électrique mesuré dans une configuration pôle-pôle (valeur de potentiel mesuré).Pour traiter les données sismiques (quatre campagnes), les méthodes étudiées dans ce document sont: une tomographie isotrope, une approximation de cosinus, une inversion anisotrope basée sur l'algorithme Monte-Carlo pour les paramètres de la matrice de rigidité (de l'isotropie transverse horizontale) et une tomographie anisotrope pour un milieu avec une isotropie transverse inclinée. Toutes les méthodes conduisent à la conclusion qu'il y a effectivement une anisotropie présente dans le massif rocheux et confirment la direction de la vélocité maximale parallèle à la direction de la fracturation. Une forte anisotropie de 15 % est présente dans la zone étudiée.Pour traiter les données électriques (deux campagnes), les méthodes étudiées sont une approximation de cosinus et une inversion anisotrope basée sur l'algorithme Monte-Carlo pour les paramètres de résistivité transversale T, de résistivité longitudinale L et de l'angle d'orientation du modèle par rapport au système de référence. La présence à 180 de deux maxima de résistivité apparente par rapport à l'azimut de mesure ne peuvent être modélisés par des approches conventionnelles. Une modélisation conceptuelle d'un maillage des fils conducteurs dans un milieu non conducteur a été développé et montre des résultats prometteurs, avec le succès de la modélisation des deux maxima.Des mesures répétées montrent de légères variations de résistivité apparentes et des variations des ondes P. Les variations des ondes S ne sont pas prononcés, ce qui reflète un changement de la saturation en eau. La porosité de 10-15% est estimé à partir des mesures sismiques.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Détermination d un modèle lithosphérique en Europe centrale (modélisation géophysique intégrée)

L'objectif principal de cette thèse est d'acquérir de nouvelles connaissances sur la structure tectonique et la lithosphérique de la région des Carpates et du bassin pannonien. Nous avons appliqué trois méthodes différentes: modélisation 1D,modélisation 2D géophysique intégrée et inversion 3D pour atteindre cet objectif. Ces méthodes sont similaires concernant les bases de données utilisées, mais diffèrent par le traitement et l'interprétation de données. Au début, nous avons appliqué la modélisation automatique 1D pour obtenir un premier aperçu de la région étudiée. Deuxièmement, nous avons appliqué la modélisation 2D intégré de la lithosphère qui combine l'interprétation du flux de chaleur,du géoïde, de la gravité et des données topographiques de la région des Carpates et du bassin pannonien et des régions avoisinantes. Cette approche est capable de contraindre des structures lithosphériques compliquées de la région étudiée mieux que l'interprétation de chaque donnée indépendamment. Nous présentons quatre modèles intégrés 2Dde la lithosphère dans la région des Carpates et du bassin pannonien et des régions avoisinantes. Enfin, sur la base de l'algorithme d'inversion 3D, nous présentons les modèles géophysiques de la lithosphère dans la région des Carpates et du bassin pannonien. L'algorithme calcule la structure de la densité lithosphèrique par l'inversion conjointe de la gravité, géoïde et données topographiques basé sur une approche bayésienne. Les modèles sont basés sur différents ensembles de données d'entrée et ils sont contraints par différentes données a priori. Sur la base de notre modélisation, nous ne pouvons pas confirmer l'amincissement extrême (moins de 70 km)de la lithosphère du bassin pannonien proposé par d'autres auteurs. D'autre part, les résultats montrent la tendance à l'augmentation de l'épaisseur lithosphérique de Carpates d'occidentales vers de Carpates de l'est ce que confirme les théories antérieures sur la propagation du processus de subduction. Nous avons obtenu des résultats controversés dans la région des Carpates du sud.Les résultats basés sur l'inversion 3D montrent une lithosphère extrêmement mince dans ce domaine mais les résultats basés sur la modélisation 2D intégrée ne supportent pas cet amincissement. Cependant, les deux méthodes indiquent qu'il est plausible que la plateforme Moésienne soit courbée et chevauchée sous les Carpates du sud. Dans le modèle 3D, le bord sud-est du bassin Pannonien montre une lithosphère inattendue et étonnamment mince. Puisque la zone est assez grande, nous pouvons exclure un effet de flexion, par conséquent, cette région pourrait être potentiellement intéressante pour une recherche plus approfondie.The main aim of this thesis is to gain new knowledge about the lithospherical structure and tectonics of the Carpathian Pannonian Basin region. We applied three different methods: 1Dautomatic modelling, 2D integrated geophysical modelling and 3D inversion to achieve this goal.These methods are similar concerning the used databases but differ by used processing andinterpretation. At first we apply 1D automatic modelling to get a very first overview of thestudied region. Secondly, we apply 2D integrated modelling of the lithosphere which combines the interpretation of surface heat flow, geoid, gravity, and topography data in the Carpathian Pannonian Basin region and surrounding areas. This approach is able to constrain the complicated lithospheric structures of the studied region better than interpreting each data set onits own. We present four 2D integrated models of the lithosphere in the Carpathian PannonianBasin region and surrounding areas. Finally, based on the 3D Inversion algorithm, we present the geophysical models of the lithosphere in the Carpathian Pannonian region. The algorithm returns the density structure of the lithosphere from joint inversion of free air gravity, geoid andtopography data based on a Bayesian approach. The models are based on different input data sets and constrained by different a priori data. Based on our modelling we cannot confirm theextreme thinning (less than 70 km) of the Pannonian Basin lithosphere proposed by other authors.On the other hand, the results show the increasing trend of the lithospherical thickness of theCarpathian Arc from the Western Carpathians toward the Eastern Carpathians which confirms theprevious theories about the propagation of subduction process. We got some controversial resultsin the area of the Southern Carpathians. The results based on 3D inversion show extremely thinlithosphere in the area; on the other hand, the results based on 2D integrated modelling do notsupport such thinning. However both methods indicate that it is probable that the MoesianPlatform is bend and underthrusted underneath the Southern Carpathians. The south-eastern edge of the Pannonian Basin based on 3D inversion shows unexpected and surprisingly thinlithosphere. Since the area is quite large, we could exclude an effect of flexure, therefore this area might be potentially interesting for further investigation.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

PyRefra – Refraction seismic data treatment and inversion

International audienceOpen-source software in the geophysical community has been increasingly taking importance since more than a decade. Following this spirit, this study presents an open-source Python software for display, processing, picking of near-surface refraction seismic data and tomographic modeling using some of the main packages already developed for geosciences. The PyRefra package allows the display of different types of gathers, application of different filters and offers manual and several types of automatic picking. We integrated the pyGIMLi manager for tomographic inversion of travel-times. This study describes the code core structure and presents a full field data example in the aim of describing the whole set of tools available in the PyRefra package

Continental lithospheric structure from the East European Craton to the Pannonian Basin based on integrated geophysical modelling

International audienc

Continental lithospheric structure from the East European Craton to the Pannonian Basin based on integrated geophysical modelling

International audienceDue to uncertainty of single-method interpretation we applied 2-D integrated lithospheric modelling along three CELEBRATION 2000 profiles CEL01, CEL04 and CEL05. Modelling of the lithospheric thermal structure is based on the joint interpretation of gravity, geoid, topography and surface heat flow data with temperature-dependent density. The models for each profile were constrained by seismic modelling results of the large-scale international project CELEBRATION 2000. The results indicate large variations of the lithosphere thickness from the old and cold East European Craton ( 200 km) and the Trans European suture zone via the Western Carpathian orogeny to the young and hot Pannonian Basin ( 90 km). Important differences in the lithospheric thickness were also found along-strike of the Western Carpathian orogeny and the Trans-European Suture Zone. The western part of the Western Carpathians is characterized by weak thickening of the lithosphere (only about 145 km), while their eastern segment presents strong lithospheric thickening ( 190 km). The Małopolska unit in southern Poland has a lithospheric thickness of about 130 km. Thickest lithosphere (220 km) is observed around the junction of the Carpathian Foredeep and the East-European Craton. The crustal thickness follows generally the course of the lithosphere-asthenosphere boundary. The results suggest different geodynamic evolution of the collision of the ALCAPA microplate with the European platform on the one hand and the East-European Craton on the other hand. It is suggested that the tectonic evolution of this very complex area consisting of different tectonic units has changed in time and space

Examination of Thermal Detonation Codes and Included Fragmentation Models by Means of Triggered Propagation Experiments in a Tin/Water Mixture

Abstract not availableNA-NOT AVAILABL