3D Modeling and Kinematics of the External Zone of the French Western Alps (Belledonne and Grand Châtelard Massifs, Maurienne Valley, Savoie)

Abstract.

Three dimensional geometric modeling was undertaken on the external crystalline massifs (Belledonne and Grand Châtelard) of the Western Alps. This external zone corresponds to the internal part of the European passive margin developed during Liassic rifting. It was thrust towards the north-west during Oligocene-Miocene compression resulting in tectonic inversion of the European continental margin.

The contact between basement and cover rocks was modeled in three dimensions using 30 cross-sections oriented NW-SE and NE-SW, together with geological outcrops located onto the Digital Elevation Model of the area. Three interfaces in the model correspond to the main geological features: (i) the unconformity between the Triassic series and the metamorphic Palaeozoic basement (generally assumed to have been horizontal at the beginning of the Alpine cycle), (ii) ENE-WSW extensional faults associated with the main stage of passive margin development, and (iii) steep NNE-SSW trending faults that developed during the main compressive stage of Alpine collision.

The Miocene deformation is very heterogeneous and results in networks of anastomosing brittle-ductile shear zones. This deformation corresponds to a NW-SE compression associated with an important vertical stretching in the basement massifs. The eastern border of the Belledonne massif is locally backthrust towards the south-east and shows a bulk dextral shear component.

3D geometric modeling revealed the overall anastomosing shape of the main fault zones, which undulate around vertically stretched crustal-scale basement boudins. Former structures, such as Liassic extensional faults, are preserved within low-strain domains located in the core of these boudins. At lower scale, the 3D model pointed out characteristic locations where the investigated shear zone patterns reveal the bulk Miocene deformation.

Resume.

Une modélisation géométrique tridimensionnelle est réalisée sur une partie des massifs cristallins externes des Alpes occidentales (Belledonne et Grand Châtelard). Cette zone externe correspond à la partie interne de la marge passive européenne formée pendant l’extension liasique. Les massifs cristallins externes sont chevauchants vers le nord-ouest pendant la compression oligomiocène. Ce chevauchement est responsable de l’inversion de la marge européenne.

La géométrie du contact socle-couverture est modélisée en 3 dimensions à partir de 30 coupes orientées NO-SE et NE-SO et d’affleurements géoréférencés sur le Modèle Numérique de Terrain de la région étudiée. Trois interfaces sont particulièrement représentées dans le modèle 3D: (i) la discordance entre les dépôts du Trias et le socle paléozoïque (considérée comme horizontale au moment des dépôts), (ii) les failles normales, d’orientation ENE-OSO, associées au développement de la marge passive et (iii) les zones de cisaillement et les failles, d’orientation NNE-SSO, développées pendant la période de raccourcissement associée à la collision alpine.

La déformation miocène est hétérogène et conduit à un réseau de zones de cisaillement fragile-ductile anastomosées. Cette déformation correspond à un raccourcissement orienté NO-SE et est associée à un important étirement vertical des massifs. La bordure orientale du massif de Belledonne est localement rétro-chevauchée vers le sud-est et souligne l’influence d’une composante de cisaillement dextre.

La modélisation géométrique 3D révèle la forme globale anastomosée des zones de cisaillement principales qui entourent des lentilles de socle à l’échelle crustale. Certaines structures sont préservées dans les zones de faible déformation au coeur de ces lentilles: par exemple, les failles d’extension liasiques au SO du massif du Grand Châtelard. La modélisation 3D a permis de caractériser des zones-cibles pour l’étude de la géométrie et de la distribution des zones de cisaillement et de définir la cinématique miocène dans cette partie des massifs cristallins externes.