Geophysical constraints and model of the "Saxothuringian and Rhenohercynian subductions -- magmatic arc system" in NE France and SW Germany

• Autores: Jean-Bernard Edel, Karel Schulmann
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 180, Nº. 6, 2009 (Ejemplar dedicado a: Mechanics of Variscan Orogeny: A modern view on orogenic research (Part 2)), págs. 545-558
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Contraintes géophysiques et modèle du système « subduction saxothuringienne -- subduction rhénohercynienne -- arc magmatique » dans le NE de la France et le SW de l'Allemagne
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• Resumen
  • English

    Correlation of geophysical and geological data with the western margin of the Bohemian massif, re-interpretation of the ECORS-DEKORP deep seismic sections, transformations and 3 D modelling of gravimetric and magnetic maps allow to define sequentional Saxothuringian and Rhenohercynian Paleozoic subduction systems in NE France and SW Germany where only 10% of the Early Paleozoic basement is outcropping. Two 35 km spaced and NE-SW trending gravity highs associated with SE dipping reflectors are interpreted as the western continuation of the Teplá Devonian paleo-subduction zone of the Saxothuringian ocean and Early Carboniferous underthrusting of the Saxothuringian passive margin, thereby defining the Saxothuringian subduction system in west Europe. South-eastwards dipping reflectors beneath the Moho are interpreted as witnesses of the Early Carboniferous subduction of the Rhenohercynian ocean. The suture is marked by the gravity high in the phyllite zone of the southern Rhenish Massif. Gravity lows in the SE of gravity highs and weak ondulating reflectors are interpreted in terms of crystalline bulges in the hangingwalls of sutures. The numerous highly magnetic anomalies correspond to magmatic bodies emplaced in the time-range 335-330 Ma, along NW dipping and sinistral normal faults. Located in the hangingwall of the Rhenohercynian subduction zone, this wide magmatic arc trends obliquely with respect to the Saxothuringian subduction system, which is almost obliterated by the wide front of magmatic bodies.

  • français

    Les modèles de la chaîne varisque d'Europe mettent en évidence des polarités de subduction dévono-carbonifère opposées dans le Massif central et le Massif de Bohème [Faure et al., 1997; Matte, 1991]. Les critères de polarité sont en faveur d'une subduction vers le nord dans Burg et al. [1984], Ledru et al. [1989] et Lardeaux et al. [2001] ou d'une subduction vers le nord au Dévonian inférieur et d'une subduction vers le sud au Dévonien moyen-supérieur dans le Massif central. Dans le massif de Bohème par contre, la sismique réflexion image clairement une subduction vers le sud-est [Ibrmajer et al., 1994 ; Tomek, 2007]. A l'affleurement, celle-ci se traduit par des nappes de Saxothuringien de HP-BT plongeant vers le sud-est [Konopásek and Schulmann, 2005]. Une bonne compréhension de la chaîne nécessite donc de voir où et comment se fait la transition entre les trois grands massifs varisques, massif de Bohème, Massif central et Massif armoricain.

    Dans le NE de la France et le SW de l'Allemagne, le socle « Saxothuringien » n'est connu qu'à travers les affleurements de la ride cristalline d'Allemagne moyenne et quelques forages profonds, ce qui représente à peine 10% de la surface. Grâce à de fortes analogies entre les données géophysiques de la zone d'étude et celles du massif de Bohème occidental montrant une continuité entre les deux zones, l'objectif de ce travail était de combler les lacunes et plus particulièrement d'identifier et de carter les sutures attendues dans cette région clé de la chaîne varisque située entre le massif de Bohème, le Massif central et le Massif armoricain. Un pointé détaillé du segment de la section sismique ECORS-DEKORP situé à l'ouest du Fossé rhénan, la modélisation 3D des anomalies de Bouguer et des anomalies du champ magnétique total, ainsi que diverses cartes transformées permettant d'imager les structures lithologiques et tectoniques du socle anté-Carbonifère supérieur ont permis de tracer une carte géologique synthétique du socle et de proposer une coupe de la chaîne reliant le Massif schisteux rhénan et les Vosges.

    Les structures « lourdes » de Saverne-Sarrebourg et du Kraichgau sont considérées comme des continuations vers l'ouest des unités de Teplá-Marianske-Lazne qui sont les témoins d'une subduction océanique dévonienne plongeant vers le SE. La ride cristalline « légère » de Luneville-Adamswiller et la partie méridionale « légère » de la ride cristalline d'Allemagne moyenne deviennent les équivalents de la bande granitique et métagranitique du Fichtelgebirge et de l'Erzgebirge. Plus au nord, une deuxième suture, qui présente des caractéristiques très semblables à la précédente et qui coïncide avec la zone de faille de Morhange est interprétée comme la subduction de la marge passive saxothuringienne pendant le Carbonifère inférieur. La limite entre le Saxothuringien et le Rhénohercynien, correspond à la suture océanique carbonifère rhénohercynienne. Elle est bien marquée par la présence de l'étroite anomalie lourde du Hunsrück méridional et de Metz, qui est associée à la zone de phyllites et qui, passant par la faille de Metz, se poursuit vers le SW sous le bassin de Paris.

    Des réflecteurs pentés vers le SE apparaissant sous le Moho tout au long du profil sont interprétés comme représentant des unités de Rhénohercynien subductant sous la marge saxothuringienne. Les nombreux corps magnétiques dont certains affleurent dans les Vosges du Nord, l'Odenwald et le Spessart font partie de l'arc magmatique mis en place de 335 Ma à 330 Ma le long de failles normales plongeant vers le NW et présentant une composante de cisaillement senestre dans un régime transtensif [Edel et al., 2007]. La limite entre les systèmes de subduction du Massif armoricain et du massif de Bohème est donc à rechercher à l'ouest de la zone étudiée, notamment au niveau des accidents du Pays de Bray et de Vittel [Edel et Weber, 1995; Edel, 2008].