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Quand les plis apportent des contraintes sur la rhéologie de la croute – le cas de la chaine plissée du Zagros (Iran)

La chaine plissée du Zagros (Iran) est formée de plis espacés de manière remarquablement régulière dont la longueur d’onde est d’environ 15 km. Jusqu’àprésent, ces plis étaient considérés comme le résultat du plissement de la couverture sédimentaire au dessus d’une couche de sel (formation d’Hormuz). Dans cette étude, nous montrons qu’en utilisant des épaisseurs réalistes pour ces deux séries, ce mécanisme de plissement simple est en réalité mécaniquement impossible. En effet, dans cette configuration, ce ne sont pas de plis mais des failles qui se développent, ce qui n’est pas en accord avec les observations.

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Cependant, une analyse attentive des lithologies qui constituent la série sédimentaire révèle qu’au moins 3 niveaux de décollement additionnels existent. Lorsque ces niveaux de faible viscosité sont pris en compte dans les modèles, la déformation se fait alors bien sous forme de plis et non de failles. A partir de ces résultats nous avons développé une méthode afin de déterminer la longueur d’onde des plis formés pour une séquence sédimentaire donnée et ainsi pu tester divers paramètres (par ex., localisation des niveaux de decollement, viscosité, angle de friction, etc.). Les résultats obtenus montrent que la longueur d’onde est particulièrement sensible àl’angle de friction des roches compétentes ainsi qu’àla viscosité des niveaux de décollement. En appliquant cela àla chaine du Zagros, nos résultats montrent que l’angle de friction doit être petit ( 5°) afin de reproduire la longueur d’onde des plis observés. Cela signifie que la croute est significativement plus faible que ce que l’on pensait jusqu’àmaintenant, ceci pouvant être du àl’effet des fluides.

Référence :
Yamato P., Kaus B.J.P., Mouthereau F. and Castelltort S. (2011), "Dynamic constraints on the crustal-scale rheology of the Zagros fold belt, Iran", Geology, v.39, p. 815-818, doi :10.1130/G32136.1

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Zagros-Yamato-et-al

Dynamic constraints on the crustal-scale rheology of the Zagros fold belt, Iran

In the Zagros fold belt (Iran), folds are spaced in a regular manner with a wavelength of 15 km. These folds were commonly considered as the result of the folding of a sedimentary sequence above a salt basal layer. Here, we show that using realistic values of thicknesses for these two layers, this simplistic view is mechanically impossible. The models show that faults develop instead of folds, which is inconsistent with observations. However, a carefully analysis of the lithologies constituting the sedimentary sequence, reveals that at least three additional decollements exist. Once these additional weak layers are taken into account in our model we obtain folds rather than faults. Next, we developed a new method to determine the fold wavelength as a function of input parameters, and show that the fold wavelength is mainly sensitive to the friction angle (brittleness) of the crust and to the viscosity (weakness) of the weak layers. If applied to the Zagros, our results show that the friction angle should be small ( 5°), which means that crust is significantly weaker than previously thought, possibly due to the effect of fluids.