cartographie sismique de l’évènement tectonique tecta · discordance régionale commune est...

DIMENC-SGNC

Cartographie sismique de l’évènement tectonique

TECTA (Tectonic Event of the Cenozoic in the Tasman Area)

DEUST Géosciences

1ère année Rapport de stage

Marie SCIBOZ

J. Collot: Service de la géologie de la Nouvelle-Calédonie (DIMENC) P. Rouillard: Service de la géologie de la Nouvelle-Calédonie (DIMENC) C. Magoni-Laporte : Université de la Nouvelle-Calédonie

Durée du stage : 26/11/2010 au 01/12/2010

Cartographie de l’événement TECTA

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Sommaire Sujet de stage

LISTE DES FIGURES ................................................................................................................................. 2

REMERCIEMENTS ................................................................................................................................... 3

Introduction ............................................................................................................................ 4

I. L’EVENEMENT TECTA ............................................................................................................................. 5

A. QU’EST-CE-QUE TECTA ? ................................................................................................................................ 5

B. SES CARACTERISTIQUES EN SISMIQUE .................................................................................................................. 6

II. METHODOLOGIE ..................................................................................................................................... 7

A. LA SISMIQUE REFLEXION ................................................................................................................................... 7 1. Définition ............................................................................................................................................... 7 2. Principe de fonctionnement ................................................................................................................... 8 3. Applications ......................................................................................................................................... 10

B. LE LOGICIEL KINGDOM SUITE ........................................................................................................................... 10

C. LA "TASMAN FRONTIER DATABASE" ................................................................................................................. 11 1. La base de données .............................................................................................................................. 11 2. Homogénéisation ................................................................................................................................. 12 3. Problèmes rencontrés .......................................................................................................................... 14

D. LE POINTE D’UN HORIZON SISMIQUE ................................................................................................................. 15 1. Qu’est-ce que c’est ? ............................................................................................................................ 15 2. Comment pointe-t-on ? ........................................................................................................................ 16

III. RESULTATS ........................................................................................................................................ 17

A. POINTE DU FOND DE L’EAU ............................................................................................................................. 17

B. POINTE DE TECTA ........................................................................................................................................ 20

C. CARTE ISOPAQUE .......................................................................................................................................... 23

IV. INTERPRETATION GEOLOGIQUE ....................................................................................................... 25

A. INTERPRETATION GEOLOGIQUE DES TERMINAISONS SISMIQUES ............................................................................... 25 1. Les toplaps ........................................................................................................................................... 25 2. Les onlaps............................................................................................................................................. 25 3. Le faciès transparent............................................................................................................................ 26

B. INTERPRETATION GEOLOGIQUE DE L’HORIZON TECTA .......................................................................................... 27

C. SCHEMA INTERPRETATIF DE TECTA .................................................................................................................. 28

Conclusion ............................................................................................................................ 30

BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................................... 32

GLOSSAIRE ........................................................................................................................................... 33


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LISTE DES FIGURES

Figure 1: Localisation de la zone d’étude ; les points noirs représentent les forages de référence atteignant l’Eocène. RLH : Ride de Lord Howe ; RF : Ride de Fairway ; RON : Ride Ouest-Norfolk ; RN : Ride de Norfolk. (Projection conique UTM 59S, WGS 84) 5 Figure 2: Synthèse stratigraphique et mise en évidence des lacunes sédimentaires dans les puits de la zone de Tasman. Une discordance régionale commune est observée sur l’ensemble des puits à la transition Eocène/Oligocène, modifiée d'après Burns et al. [1973]. ......................................................................................................................................................................... 6 Figure 3: Schéma illustrant les différents types de configuration et de terminaisons de réflecteurs observables en sismique. Les encadrés rouges symbolisent celles associées à l'événement TECTA ............................................................................................. 6 Figure 4: Schéma du principe de sismique réflexion; 1:Fond marin; 2: Canon à air; 3: Flûte sismique contenant les hydrophones; 4: Ondes réfléchies ; 5 : Navire d’acquisition ; 6 : Local d’acquisition des données; 7: Ondes incidentes. .............. 7 Figure 5: Trajectoire des rais sismiques en sismique réflexion ....................................................................................................... 8 Figure 6:Schéma illustrant le concept de point miroir M. M est imagé par plusieurs rais sismiques ( E1, E2, E3) ......................... 8 Figure 7: Principe de sommation par correction de Normal Move Out d'une collection de traces PMC ........................................ 9 Figure 8:succession de traces sismiques, laissant apparaitre des réflecteurs ................................................................................ 9 Figure 9: Exemple d’une coupe sismique. L’échelle verticale représente le temps(en seconde)s que mettent les ondes pour effectuer une trajet aller-retour à partir du niveau de la mer. ..................................................................................................... 10 Figure 10: Copie d’écran du Logiciel d’interprétation sismique Kingdom Software ..................................................................... 11 Figure 11: Base de données sismiques régionale. Chaque ligne correspond à un profil sismique ............................................... 12 Figure 12: Décalage vertical au point de croisement, accompagné de sa localisation géographique ......................................... 13 Figure 13: point de croisement corrigé de son décalage vertical et outil misties analysis ........................................................... 13 Figure 14: Les profils surlignés en orange correspondent aux profils calés entre eux. Le profil de référence, en noir, est un profil de la campagne Géoscience_australia_302 ................................................................................................................................. 14 Figure 15: Croisement entre deux profils sismiques d’amplitude différente révélant la difficulté à observer plusieurs réflecteurs communs aux deux profils et donc la difficulté à les caler verticalement. ................................................................................... 14 Figure 16: Différence de résolution entre deux profils sismiques issus de deux campagnes différentes, entrainant une marge relative de calage. ........................................................................................................................................................................ 15 Figure 18: Pointé du fond de l’eau de manière automatique en bleu et pointé manuel de TECTA, en rose................................. 16 Figure 17: Horizon du fond de l'eau; Zoom: Succession de traces sismiques (wiggles) révélant le réflecteur du fond de l'eau ... 16 Figure 19: Profil sismique avec un pointé du fond de l'eau, en rouge .......................................................................................... 17 Figure 20: Cartographie en temps-double(secondes) du fond de l'eau sur chaque profil interprété ........................................... 18 Figure 21: Grille d'interpolation en temps-double (secondes) du fond de l'eau ........................................................................... 19 Figure 22: Pointé de l'événement TECTA à partir de ses caractéristiques .................................................................................... 20 Figure 23: Cartographie en temps-double (secondes) de l'événement TECTA sur profils interprétés .......................................... 21 Figure 24: Grille d'interpolation en temps-double (en secondes) de l'événement TECTA ............................................................ 22 Figure 25: Cartographie isopaque en temps-double (secondes) entre TECTA et le fond de l'eau. On reconnait les rides en rouge et orange et également le bassin de Nouvelle-Calédonie en vert et bleu. ................................................................................... 24 Figure 26: Schéma chronologique expliquant l'origine et l'interprétation géologique possible des toplaps sur les rides de Lord Howe et de Norfolk ....................................................................................................................................................................... 25 Figure 27: Exemple de toplaps, zone d'érosion observée sur la ride de Lord Howe. .................................................................... 25 Figure 28:Schéma chronologique expliquant l'origine et l'interprétation géologique possible des toplaps dans le bassin de Nouvelle-Calédonie....................................................................................................................................................................... 26 Figure 29: Onlaps, exemple du remplissage du bassin de Nouvelle-Calédonie. Une partie des sédiments ne s’est pas déposées sur la ride de Lord Howe. .............................................................................................................................................................. 26 Figure 30: Coupe sismique représentant le faciès transparent caractéristique de TECTA. L'événement pointé en noir est enfoui sous des sédiments fins pélagiques. ............................................................................................................................................. 27 Figure 31: Grille d'interpolation de l'événement TECTA et cartographie de la distribution des terminaisons sismiques sismiques associées à cet évènement. .......................................................................................................................................................... 28 Figure 32: Schéma représentant l'évolution chronostratigraphique depuis l'événement TECTA jusqu'à l'actuel entre les rides de Lord Howe et de Norfolk. Les traits noirs représentent les différentes couches géologiques, les traits bleus représentent le niveau de la mer et le trait rouge, la discordance TECTA. ............................................................................................................ 29 Figure 33: Vue 3D de l'événement TECTA. RLH : Ride de Lord Howe,RN : Ride de Norfolk, BNC : Bassin de Nouvelle-Calédonie, BF : Bassin de Fairway .................................................................................................................................................................. 31


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CARTOGRAPHIE DE L’EVENEMENT TECTONIQUE TECTA, SO PACIFIQUE

Sujet de stage :

De récentes études ont montré qu’un évènement tectonique majeur (Tectonic Event of the Cenozoic in the Tasman Area) a affecté l’ensemble du sud-ouest Pacifique au Cénozoïque conduisant à d’importants mouvements verticaux et notamment à la formation du fossé de Nouvelle-Calédonie (Collot et al., 2008 ; Sutherland et al., 2009). Cet épisode tectonique, encore aujourd'hui mal connu, s’avère incontournable dans l’histoire géodynamique de la région de la Mer de Tasman. Il pourrait notamment être lié à l’initiation de la zone de subduction des Tonga-Kermadec (Sutherland et al., 2009) actuellement positionnée 2000 km à l’est de la Nouvelle Calédonie.

Nous proposons dans le cadre de la formation professionnelle de DEUST 1 Géosciences un stage durant lequel l’étudiant(e) devra se familiariser avec les données de sismique réflexion marine et cartographier à l’aide du logiciel Kingdom Suite l’horizon sismique associé à l'événement TECTA. Pour cela, l’étudiant(e) aura à sa disposition une importante base de données sismique, fruit d’une collaboration entre divers organismes de recherche australien, néo-zélandais et calédonien.

La Ride de Norfolk est une ride continentale qui porte à la fois la Nouvelle-Calédonie et la Nouvelle-Zélande. Elle représente également une zone supposée proche de l’initiation de la subduction des Tonga-Kermadec. Le pointé de cet horizon permettra d'en compléter la cartographie existante et apportera de nouvelles informations sur les mouvements verticaux et le style structural associé à l'événement tectonique TECTA.

Lieu du stage : Service de la géologie de Nouvelle Calédonie (DIMENC) Durée du stage : 1,5 mois Encadrants : Julien Collot et Pierrick Rouillard

REMERCIEMENTS Je tiens tout d’abord à remercier Jean Laurent, responsable du service géologique, sans qui ce stage n’aurait pas pu être possible. Et également à Mr Aurélien Louis, directeur de la DIMENC.

Un remerciement spécial à mes deux maîtres de stages Julien Collot et Pierrick Rouillard qui ont donné de leur temps, de leurs connaissances et de leur bonne humeur.

Je remercie enfin toute l’équipe du SGNC qui a su m’accueillir avec beaucoup de convivialité.


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Introduction Dans le cadre d’un stage de fin d’année, la Dimenc et plus particulièrement le service géologique m’a

proposé le sujet suivant: « cartographie de l’événement Tectonique TECTA dans la zone de Tasman, Sud Ouest Pacifique » (cf. sujet de stage)

Répartis en six services, la DIMENC (Direction de l'Industrie, des Mines et de l'Energie de la NC) assure pour le compte de l’Etat, de la Nouvelle-Calédonie et des trois provinces, le contrôle de l’industrie, des mines et de l'énergie en Nouvelle-Calédonie dans une perspective de développement durable.

Cette direction présente de larges compétences et veille par exemple à l’application des Installations Classées pour la Protection de l’Environnement (les ICPE), ce qui inclut que toutes activités susceptibles de polluer feront l’objet de contrôles réguliers. Concernant les énergies, la DIMENC fait respecter la réglementation en matière d’hydrocarbures ou d’électricité. Elle effectue également des contrôles de teneur du minerai à l’exploitation dans ses laboratoires. En matière de géologie, le service de la géologie est là pour faire progresser les connaissances géologiques de la Nouvelle-Calédonie et évaluer les ressources.

Le service géologique, dirigé par Jean Laurent, a pour but de maintenir et de diffuser une base de données à jour sur les connaissances géologiques appliquées à la mine et aux aménagements miniers. On trouve pour cela plusieurs thématiques dans ce service, à savoir l’hydrogéologie, la géologie des formations superficielles, la cartographie, la géologie marine, la gestion des risques naturels (aléas gravitaires, amiante environnementale) et la section géomatique (système d’information géographique) transversale à toutes ces disciplines.

La thématique géosciences marines, assurée par Julien Collot et Pierrick Rouillard, respectivement géophysicien marin et sédimentologue, a deux axes principaux de travail : l’amélioration de la connaissance géologique à l’échelle du Pacifique sud-ouest et l’évaluation du potentiel pétrolier et des autres ressources minérales de la zone économique exclusive de la Nouvelle-Calédonie.

Dans le passé, les organismes de recherche australien, néo-zélandais et néo-calédonien menaient leurs recherches de manière isolée. Depuis 2009, ils travaillent en collaboration dans le but de mieux d’améliorer la connaissance de cette région sous-marine méconnue, en partageant l’ensemble de leurs données via la construction d'une base de données géophysique commune et homogène.

De récentes études ont montré qu’un événement tectonique majeur (TECTA) a affecté l’ensemble du sud-ouest Pacifique au Cénozoïque conduisant à d’importants mouvements verticaux et notamment à la formation du fossé de Nouvelle-Calédonie (Collot et al., 2008 ; Sutherland et al., 2009). Une des thématiques de recherche du SGNC est de mieux caractériser et comprendre cet évènement d’ampleur régionale. La cartographie de l’évènement sur l’ensemble de la base de données est une première étape incontournable pour la compréhension de TECTA.

Le but de mon stage a donc été de pointer cet événement sur un maximum de coupes sismiques de la base de données régionale, intitulée "Tasman Frontier Geophysical Database".

Les principaux objectifs ont été de :

- découvrir la sismique, son fonctionnement et ses applications - maîtriser le logiciel d’interprétation sismique Kingdom Suite - homogénéiser la base de données sismiques, identifier, pointer et cartographier l’événement TECTA, - interpréter géologiquement l’évènement TECTA


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I. L’événement TECTA

A. Qu’est-ce-que TECTA ?

L’événement TECTA (Tectonic Event of Cenozoic in the Tasman Area) est un événement tectonique d’ampleur régionale identifié dans la zone dite de Tasman et datant de l’Eocène-Oligocène.

Figure 1: Localisation de la zone d’étude ; les points noirs représentent les forages de référence atteignant l’Eocène. RLH : Ride de Lord Howe ; RF : Ride de Fairway ; RON : Ride Ouest-Norfolk ; RN : Ride de Norfolk. (Projection conique UTM 59S, WGS 84)

La zone étudiée, d’une largeur de près de 1 000 km (Figure 1) est composée de trois grandes rides, d’ouest en est : la ride de Lord Howe, de Fairway et de Norfolk (Ravenne et al, 1980).)

C’est dans cette zone qu’une discordance a été observée par les premiers forages datant des années 70

(Burns et al, 1973). Cette discordance Eocène/Oligocène présente dans tous les puits de cette zone est représentée par une lacune sédimentaire qui a affectée l’ensemble de la zone (Figure 2).

C’est cette absence de sédimentation que l’on cherche à cartographier à partir des données sismiques qui contrairement aux puits offrent une bonne visibilité de l’extension latérale des dépôts et des discordances.


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Figure 2: Synthèse stratigraphique et mise en évidence des lacunes sédimentaires dans les puits de la zone de Tasman. Une discordance régionale commune est observée sur l’ensemble des puits à la transition Eocène/Oligocène, modifiée d'après

Burns et al. [1973].

B. Ses caractéristiques en sismique

Repéré tout d’abord par une lacune sédimentaire dans les puits à l’échelle régionale, l’évènement TECTA est

également nettement marqué sur les profils sismiques. En effet, les profils sismiques (cf. partie II) laisse apparaître dans cette zone un réflecteur particulièrement et des terminaisons sismiques typiquement associés à cet événement.

On reconnaît ainsi des onlaps (biseaux d’aggradation), correspondant à la relation discordante entre un ensemble jeune de strates horizontales déposées sur une surface ancienne inclinée, présents sur les rides. On trouve également des toplaps (biseaux de rétrogradation) correspondant à un contact tronqué entre des couches anciennes initialement inclinées et des jeunes strates horizontales. (Figure 3) On reconnaît aussi un faciès transparent fréquemment situé au dessus de cette discordance, qui peut être considéré comme une autre caractéristique sismique de TECTA.

Figure 3: Schéma illustrant les différents types de configuration et de terminaisons de réflecteurs observables en sismique. Les

encadrés rouges symbolisent celles associées à l'événement TECTA


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II. Méthodologie

A. La sismique réflexion

1. Définition

La sismique est une méthode de prospection qui permet de visualiser les structures géologiques en profondeur grâce à l'analyse des échos d'ondes sismiques. On différencie la sismique réflexion de la sismique réfraction.

La sismique réfraction utilise la propagation des ondes le long des interfaces entre les niveaux

géologiques. Des capteurs sont placés sur le fond de l’eau et enregistrent la propagation de l’onde générée à la surface par un canon à air. Elle permet d'estimer le modèle de vitesse et le pendage des couches.

La sismique réflexion utilise la réflexion des ondes sur les interfaces entre plusieurs niveaux géologiques (Figure 4). Elle sert à explorer le sous-sol en profondeur (1). Cette technique consiste à enregistrer en surface, à l'aide d'hydrophones localisés dans une flûte (3), des échos issus de la propagation dans le sous-sol d'une onde sismique provoquée par un canon à air (2). Ces échos sont générés par la réflexion de l'onde incidente sur des interfaces géologiques. Ce sont ces surfaces qui renvoient les ondes (4) à cause d'un changement des propriétés physiques (densité, élasticité) du sous-sol. Le contact par exemple entre 'une couche d'argile et une couche de sable va se traduire par la présence d'un réflecteur sur les enregistrements.

Figure 4: Schéma du principe de sismique réflexion; 1:Fond marin; 2: Canon à air; 3: Flûte sismique contenant les

hydrophones; 4: Ondes réfléchies ; 5 : Navire d’acquisition ; 6 : Local d’acquisition des données; 7: Ondes incidentes.

Ainsi, les ondes produites artificiellement en surface se propagent dans le sous-sol et rencontrent au cours de leur propagation des couches géologiques de natures différentes. Ces couches ont donc des propriétés acoustiques différentes, et affectent la propagation de l’onde. L’interface entre deux couches successives d’impédances acoustiques distinctes forme une discontinuité de la vitesse de propagation des ondes et provoque une réflexion de l’onde incidente, qui remonte alors vers la surface et les capteurs. Cette interface correspondra après traitement des données à un réflecteur sismique.

Les données mesurées subissent ensuite un traitement sismique complexe, tenant compte des phénomènes physiques mis en jeu ainsi que des problèmes d’interférence. On obtient ainsi un ensemble de signaux monodimensionnels, appelés traces sismiques.

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http://master.ipgp.fr/images/b/b0/Flute_sismique.png�

http://master.ipgp.fr/images/7/71/Canon_%C3%A0_air.png�


8

2. Principe de fonctionnement

On envoie dans le sous-sol une onde acoustique E à l’aide d’un canon à air comprimé. Les ondes acoustiques se réfléchissent sur les différentes couches et sont enregistrées à leur retour sur des stations de réception R placées dans la flûte sismique. Ces hydrophones ( R ) mesurent la variation de pression de l’eau par rapport à la pression hydrostatique.

Figure 5: Trajectoire des rais sismiques en sismique réflexion

La flûte sismique enregistre les ondes réfléchies. Chaque point M est atteint par plusieurs rayons sismiques initialement envoyés de la source (puisque la flûte se déplace dans le temps) : E1M, E2M, E3M et renvoie une onde réfléchie différente : MR1, MR2, MR3 (Figure 6). Ces différentes mesures doivent donc être condensées en une seule caractérisant le point M en position. Pour cela on ramènera tous ces trajets au trajet central ER : les données devant alors être identiques, on pourra les sommer (Figure7).

Figure 6:Schéma illustrant le concept de point miroir M. M est imagé par plusieurs rais sismiques ( E1, E2, E3)

Chaque onde émise (E1M, E2M, E3M) donne une onde réfléchie (respectivement MR1, MR2, MR3) qui est enregistrée sur une trace sismique. On a donc plusieurs traces pour un même point imagé. Ces traces qui imagent un même point miroir commun (PMC) (avec des points de tir différents) sont rassemblées en "collections" de PMC (Figure 7). Les temps de réflexion variant selon la trajectoire parcourue par les rais (et donc la position), on peut effectuer une correction sur chaque trace dite de "Normal Move Out" (NMO) de la valeur Delta t dans le but de ramener chaque trace à la trace d'offset minimum (ER). On peut ainsi sommer les traces corrigées ce qui a pour effet d'améliorer le rapport signal / bruit (Figure 7). Après cette opération on obtient des données sismiques dites "stackées". C’est uniquement après cette sommation qu’on obtient une seule et unique trace par point


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Figure 7: Principe de sommation par correction de Normal Move Out d'une collection de traces PMC

On obtient, après migration un squelette géologique où l’on distingue les principaux contrastes d’impédance: les horizons sismiques. C'est-à-dire une succession de traces laissant apparaitre différents réflecteurs (Figure 8).

Figure 8:succession de traces sismiques, laissant apparaitre des réflecteurs

Un habillage géologique un traitement du signal permettent de favoriser la représentation des phénomènes sédimentaires.

Lorsqu’on fait de l’enregistrement sismique, on connait le temps de départ et on enregistre le temps de réception des ondes. Le temps que l’on enregistre correspond donc à un trajet aller-retour des ondes. C’est pourquoi les coupes sismiques sont légendées en secondes temps-double (two-way travel time) (Figure 9).


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Figure 9: Exemple d’une coupe sismique. L’échelle verticale représente le temps(en seconde)s que mettent les ondes pour

effectuer une trajet aller-retour à partir du niveau de la mer.

3. Applications

La sismique réflexion est devenue l'outil principal d'imagerie des études de géologie marine. Limitée pendant longtemps à la définition géométrique des couches du sous-sol, elle permet aujourd'hui, grâce aux progrès et aux innovations techniques, une véritable imagerie du sous-sol ; elle a ainsi rendu possible une bonne appréciation de leur contenu en fluides notamment en hydrocarbures, de leur nature lithologique et de leur signification sédimentologique et paléogéographique.

Les équipements doivent être adaptés en fonction de l'étude poursuivie : profonde ou superficielle, haute ou basse résolution. La difficulté réside à trouver le bon compromis entre profondeur de pénétration et résolution. On distingue ainsi :

- la sismique basse résolution utilisant de basses fréquences : les ondes pénètrent profondément dans les couches, mais la résolution est faible. - la sismique haute résolution à des fréquences supérieures : on obtient une meilleure résolution, mais moins de pénétration en profondeur.

B. Le logiciel Kingdom Suite

Le logiciel Kingdom Suite dévleoppé par Seismic Micro Technology est un outil puissant d’interprétation

sismique et pétrophysique (puits) généralement utilisé dans l’industrie pétrolière. Il peut gérer un important volume de données et permet leur interprétation numérique. Il devient alors possible de produire rapidement des cartes à l’aide de différents algorithmes d’interpolation.

Ce logiciel permet de représenter et d’organiser des géodonnées et permet ainsi d’importer des données sismiques afin de les interpréter.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Lithologie�

http://fr.wikipedia.org/wiki/S%C3%A9diment�

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pal%C3%A9og%C3%A9ographie�


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Figure 10: Copie d’écran du Logiciel d’interprétation sismique Kingdom Software

Il suffit d’importer des données sismiques sous format numérique (SEG-Y) pour construire une base de données sismiques que l’ont souhaite interpréter. Le logiciel permet à la fois de se localiser dans l’espace grâce au plan de position (Base Map, Figure 10) et sur les profiles sismiques (seismic window). Kingdom permet par exemple de pointer des horizons sismiques ou des failles que l’on peut par la suite représenter sous forme de cartes en 2D ou 3D.

Ce logiciel nous a ainsi permis d’obtenir des cartes interpolées de l’événement TECTA que l’on peut visualiser en modifiant les paramètres de maille, de luminosité ou d’interpolation tout en ajoutant des éléments autres tels que des forages.

C. La "Tasman Frontier Database"

1. La base de données

La base de données sismique régionale, nommée Tasman Frontier Database, est le fruit d’une collaboration entre divers organismes de recherche australien, néo-zélandais et néo-calédonien. Elle comporte ainsi une importante collection de campagnes sismiques dans tout le Pacifique sud-ouest (Figure 11) qui datent des années 1970 à 2000.


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Figure 11: Base de données sismiques régionale. Chaque ligne correspond à un profil sismique

La base de données contient aujourd'hui 45 000 km de profil néo-calédoniens, contre 25 000 km de profils Néo-Zélandais et 6 500 km de profils Australiens. Ceci totalise donc 76 500 km de données.

Avoir de nombreuses données sismiques différentes implique des incohérences au sein des différentes campagnes. C’est pourquoi il s’agit en premier lieu d’homogénéiser la base de données.

2. Homogénéisation

Afin d’obtenir une base de données homogène, il faut analyser les points de croisement de tous les profils sismiques constituant la base de données avant de les interpréter. En effet, on observe des décalages essentiellement verticaux (Figure 12) liés aux différents paramètres d'acquisition pendant les campagnes de prospection. Le principal paramètre variant est le temps de départ (T0) de l’enregistrement qui varie selon les bateaux. On peut aussi citer par exemple, le positionnement du navire qui varie en fonction de l’année de la campagne puisque par exemple les profils datant des années 70 ne bénéficiaient pas de GPS, la localisation étaient moins précise. On voit également des différences au niveau de la résolution de la donnée, ce facteur est dû au dispositif d'acquisition (et donc à l’année de l’acquisition) et à la nature de la source (différence de fréquence des tirs, différence de fréquence du signal). Ces décalages se reflètent aux points de croisement comme indiqué sur la figure 12.


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Ainsi, afin de caler toutes les données sur niveau de référence une application de Kingdom nommée ‘Misties

analysis’ (figure13) permet de rectifier ce décalage. Cet outil permet de régler le niveau vertical du profil mais également son amplitude ou encore sa phase.

Grâce à cet outil, et avant même de commencer toute interprétation des données, il faut donc homogénéiser toute la base de données. Pour cela, il s’agit de partir d’un profil de référence, en l’occurrence nous avons choisit la campagne Géoscience_Australia 302 car c’est une campagne récentes (2007) avec un positionnement très précis, et de caler chaque point de croisement à partir de ce profil. Par la suite, il est nécessaire d’effectuer un contrôle à chaque point de croisement entre profils et d' "étirer" ainsi au plus loin le calage (Figure14).

Figure 13: point de croisement corrigé de son décalage vertical et outil misties analysis

Figure 12: Décalage vertical au point de croisement, accompagné de sa localisation géographique


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Figure 14: Les profils surlignés en orange correspondent aux profils calés entre eux. Le profil de référence, en noir, est un profil

de la campagne Géoscience_australia_302

3. Problèmes rencontrés

Malgré la facilité d’utilisation de Misties Analysis, les calages ne sont pas toujours évidents. En effet, certains profils sont acquis à basse fréquence, d’autre à haute fréquence, certains datent des années 70 et d’autres des années 2000 et la qualité d’image n’est pas toujours identique. On rencontre alors des difficultés à caler les profils entre eux (Figures 15 et 16). Ces différents problèmes rencontrés amènent donc à une marge de calage relative. Ainsi lorsqu’on fait une boucle des points de croisements, on n’arrive pas toujours à obtenir un calage parfait. Il est important de noter que pour une base de données de cette ampleur, il faudrait pour obtenir une base entièrement homogène et cohérente, plusieurs mois de travail uniquement sur ces problèmes de calage.

Figure 15: Croisement entre deux profils sismiques d’amplitude différente révélant la difficulté à observer plusieurs réflecteurs

communs aux deux profils et donc la difficulté à les caler verticalement.


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Figure 16: Différence de résolution entre deux profils sismiques issus de deux campagnes différentes, entrainant une marge

relative de calage.

D. Le pointé d’un horizon sismique

1. Qu’est-ce que c’est ?

Une fois l’acquisition des données sismiques réalisée, elles subissent un traitement sismique complexe nécessitant une puissance de calcul importante. On obtient ainsi un ensemble de signaux monodimensionnels appelés traces sismiques (Figure 17). Voir paragraphe II-a-2 pour plus d'information.

Lorsqu’on juxtapose ces traces sismiques, on obtient alors des réflecteurs sismiques (Figure 17) Les réflecteurs, qui sont une succession cohérente de traces traduisent la variation de vitesse de propagation

des ondes le long d’une interface. Ainsi, lorsqu’il y a une variation de vitesse de propagation des ondes, c’est qu’il y a une différence acoustique.

Celle-ci révèle donc une discontinuité qui se traduit généralement par un contraste lithologique. C’est cette variation du signal qu’on appelle un horizon et que l’on pointe.

Le pointé d’un horizon correspond simplement au suivi d’un réflecteur, marqueur d’un contraste lithologique.


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2. Comment pointe-t-on ? Afin de pointer un horizon, Kingdom propose trois outils. Le premier, dit pointé automatique, consiste à

choisir le réflecteur qui nous intéresse et l’horizon se crée automatiquement. Il faut pour cela qu’il soit bien continu. La deuxième est une version semi-automatique, elle permet en effet de relier deux points sur un réflecteur en passant par la même amplitude. Ces deux méthodes sont très pratiques lorsqu’on choisit un horizon parfaitement clair, tel que le fond de l’eau (Figure 18).

Concernant l’événement TECTA, il n’est pas toujours évident de le pointer. On utilise donc la méthode manuelle qui consiste à pointer le réflecteur manuellement (Figure 18).

Figure 18: Pointé du fond de l’eau de manière automatique en bleu et pointé manuel de TECTA, en rose.

Figure 17: Horizon du fond de l'eau; Zoom: Succession de traces sismiques (wiggles) révélant le réflecteur du fond de l'eau


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III. Résultats

A. Pointé du fond de l’eau

Le pointé du fond de l’eau est le plus simple. Il correspond au premier réflecteur visible sur un profil sismique. Celui-ci est continu et se suit aisément tout le long d’une coupe sismique (Figure 19).

Figure 19: Profil sismique avec un pointé du fond de l'eau, en rouge

En pointant chaque profil de la base de données, le logiciel Kingdom nous permet d’obtenir une carte en temps-double du fond de l’eau sur l’ensemble des profils interprétés (Figure 20). A partir de celle-ci et à l’aide de différents algorithmes le logiciel permet d’obtenir une grille d’interpolation en temps-double du fond de la l’eau (Figure 21). Ainsi, à partir de la vitesse de propagation des ondes dans l’eau, et si nous avions assez de profils sismiques très proches les uns des autres, nous pourrions obtenir une carte se rapprochant d’une carte bathymétrique. Celle-ci demande une interpolation plus précise (1*1km) tandis que les grilles d’interpolations obtenue grâce Kingdom sont plus larges (5*5km).


18

Figure 20: Cartographie en temps-double(secondes) du fond de l'eau sur chaque profil interprété


19

Figure 21: Grille d'interpolation en temps-double (secondes) du fond de l'eau

Ride de Lord Howe

Ride de Norfolk

BNC


20

Bien que ce ne soit pas une bathymétrie exacte de la zone, la grille d’interpolation permet d’estimer les profondeurs. On s’aperçoit par exemple que les zones en jaune et orange, zones donc peu profondes délimitent assez bien les rides de Lord Howe et Norfolk, tout comme la zone en bleu délimite le bassin de Nouvelle Calédonie (Figure 21).

B. Pointé de TECTA

Le pointé du fond de l’eau est très simple comparé à tout autre pointé. En effet, les réflecteurs ne sont pas toujours aussi clairs ni aussi continus. Afin de pointer l’événement tectonique TECTA, deux méthodes sont à considérer. La première consiste à caler le réflecteur sismique correspondant à la discordance observée dans les forages et de suivre ce réflecteur le plus loin possible. Malheureusement, il arrive que les réflecteurs soient brouillés et qu’on ne puisse plus les suivre latéralement. On utilise alors la deuxième méthode qui consiste à repérer les caractéristiques de TECTA (cf. partie I). En effet, le long de la coupe sismique on cherche les onlaps et les toplaps recouverts du faciès sismique transparent sur les rides. La discordance TECTA se trouve entre ces terminaisons sismiques et le faciès transparent (Figure 22).

Figure 22: Pointé de l'événement TECTA à partir de ses caractéristiques

A partir de ce pointé, tout comme le pointé du fond de l’eau, le logiciel nous permet d’obtenir tout d’abord une carte en temps-double de l’événement TECTA sur chaque profil interprété (Figure 23), puis une grille d’interpolation en temps-double (Figure24).


21

Figure 23: Cartographie en temps-double (secondes) de l'événement TECTA sur profils interprétés


22

Figure 24: Grille d'interpolation en temps-double (en secondes) de l'événement TECTA

BNC

Ride de Lord Howe Ride de

Norfolk


23

Lorsque l’on cherche à comparer la grille d’interpolation de TECTA à celle du fond de l’eau, on s’aperçoit qu'au premier ordre, la morphologie est semblable. Le temps de réception des ondes varie, donc la profondeur aussi. On s’aperçoit globalement que les zones en jaune, voire orange correspondent aux délimitations des rides sur lesquelles TECTA est très peu profond. Toute la partie bleutée correspond au bassin de Nouvelle-Calédonie où l’événement est le plus profond (Figure 24).

Pour rendre compte de l’épaisseur de sédiments séparant TECTA au fond de l’eau, le logiciel Kingdom Suite propose une application pour créer des cartes isopaques. C'est-à-dire un calcul d’épaisseur de sédiments qui consiste à soustraire les deux grilles.

C. Carte isopaque

La carte isopaque réalisée à partir des grilles d’interpolation permet d’obtenir une estimation de l’épaisseur de sédiments séparant deux horizons. Ainsi, toujours en temps-doubles, il est possible d’estimer l’épaisseur de sédiments entre l’événement TECTA et le fond de l’eau (Figure 25).

On s’aperçoit ainsi, qu’il n’y a eu que très peu de sédimentation après TECTA sur les rides. En effet, on peut reconnaitre assez facilement la ride de Lord Howe et celle de Norfolk mais également celle de Fairway, correspondant toutes aux zones rouges et orangeés sur la figure 25. Le bassin de Nouvelle-Calédonie est également très marqué, en vert et bleu sur la figure 25. La zone en bleu foncé (figure 25) montre la forte profondeur de TECTA au large de la côte Ouest de la Nouvelle-Calédonie.

A titre d’exemple d’estimation d’épaisseur, on observe sur les rides que l’épaisseur des sédiments est de 0,35 s temps-double. Ainsi pour une vitesse moyenne des sédiments 2500 m/s et avec la relation v=D/T (v : vitesse ; D : distance ; T : temps); on peut calculer la profondeur D=2500*(0,350/2)=437m. L’épaisseur moyenne des sédiments sur les rides entre TECTA et le fond de l’eau est donc de l’ordre de 440 m.


24

Figure 25: Cartographie isopaque en temps-double (secondes) entre TECTA et le fond de l'eau. On reconnait les rides en rouge et orange et également le bassin de Nouvelle-Calédonie en vert et bleu.


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IV. Interprétation géologique

A. Interprétation géologique des terminaisons sismiques

1. Les toplaps

Géologiquement un toplap correspond à une surface d’érosion continentale ou marine (cf paragraphe I,B plus haut). Effectivement si une séquence de strates déformées au cours du temps est amenée à se rapprocher du niveau de l’eau ou bien de le dépasser, elle va subir une érosion qui tronquera les couches de sédiments. Une fois que celles-ci redescendent en profondeur, la sédimentation reprend de façon horizontale et crée donc sur la surface de contact des toplaps (Figure 26).

Figure 26: Schéma chronologique expliquant l'origine et l'interprétation géologique possible des toplaps sur les rides de Lord Howe et de Norfolk

En sismique, on arrive relativement bien à repérer cette terminaison car de même que sur le schéma (Figure 26), on remarque nettement les réflecteurs qui sont tronqués au niveau de la surface d’érosion (Figure 27).

Figure 27: Exemple de toplaps, zone d'érosion observée sur la ride de Lord Howe.

2. Les onlaps

Contrairement aux toplaps qui sont significatifs d’érosion et donc d’arrêt de la sédimentation, les onlaps, sont eux représentatifs d’un remplissage de bassin. En effet, lorsque des strates se trouvent

Ride de Lord Howe


26

déformées, la sédimentation qui s’en suit reste horizontale. Il y a donc une discordance observable entre les strates déformées et la nouvelle phase de dépôt non affectée par la déformation (figure 28).

Figure 28:Schéma chronologique expliquant l'origine et l'interprétation géologique possible des toplaps dans le bassin de Nouvelle-Calédonie

On repère les onlaps en sismique, premièrement grâce à la courbure du bassin mais surtout grâce aux réflecteurs horizontaux qui viennent buter sur les réflecteurs incurvés (Figure 29).

Figure 29: Onlaps, exemple du remplissage du bassin de Nouvelle-Calédonie. Une partie des sédiments ne s’est pas déposées sur la ride de Lord Howe.

3. Le faciès transparent

Ce faciès transparent, que l’on retrouve fréquemment au-dessus de l’évènement TECTA au niveau des rides (figure 27) et du bassin de Nouvelle-calédonie (Figure 30) est constitué d’un ensemble de réflecteurs continus et concordants mais de faible amplitude (peu réflectif). Selon les

Bassin de Nouvelle-Calédonie

Ride de Lord Howe


27

forages effectués dans la zone, ces sédiments post-TECTA seraient des sédiments fins correspondant à de la boue carbonatée très riche en foraminifères (Burns et al, 1973).

Figure 30: Coupe sismique représentant le faciès transparent caractéristique de TECTA. L'événement pointé en noir est enfoui sous des sédiments fins pélagiques.

B. Interprétation géologique de l’horizon TECTA

Après avoir compris et interprété les terminaisons géologiques de l’événement TECTA, on peut cartographier leur distribution afin d’en extraire d’avantage d'information. Cette carte (Figure 31) révèle que les toplaps représentatifs d’une érosion se concentrent sur les rides et les onlaps sur les bordures de bassins. Quant au faciès transparent on le trouve en tout point de la zone. On pourrait alors penser qu’à l'Eocène/Oligocène, les rides de Lord Howe et de Norfolk, étaient émergées et qu’elles ont alors subi l’érosion au moment de la formation du bassin, comme en témoignent les onlaps.

Bassin de Nouvelle-Calédonie

Ride de Norfolk


28

Figure 31: Grille d'interpolation de l'événement TECTA et cartographie de la distribution des terminaisons sismiques sismiques associées à cet évènement.

C. Schéma interprétatif de TECTA

A partir des interprétations géologiques faites précédemment, on peut alors proposer un schéma interprétatif de l’événement TECTA (Figure 32).

Ainsi, on peut proposer l’hypothèse selon laquelle à l'Eocène il n’y avait pas de véritable bassin profond entre la ride de Lord Howe et la ride de Norfolk. Le bassin de Nouvelle-Calédonie était inexistant à cette époque ou peu profond et la sédimentation était la même en tout point de cette zone (figure 32, A). C’est après un événement tectonique dont on ignore l’origine, qu’il y aurait eu surrection des rides de Lord Howe et de Norfolk et subsidence, quasi synchrone, du bassin de Nouvelle-Calédonie (Figure 32, B). Les rides se retrouvant alors hors de l’eau, ou bien très proches de la surface, une érosion s’est produite sur les points les plus hauts (zone des toplaps) tandis que le bassin continuait de se remplir (zone des onlaps) (Figure 32, C). A l'Oligocène, l'ensemble du système subside à nouveau, les rides se retrouvent totalement immergées et la sédimentation pélagique (boue carbonatée) reprend normalement (Figure 32, D). Ceci correspond au faciès sismique peu réflectif à transparent que l’on retrouve au-dessus de l’évènement TECTA.


29

Figure 32: Schéma représentant l'évolution chronostratigraphique depuis l'événement TECTA jusqu'à l'actuel entre les rides de Lord Howe et de Norfolk. Les traits noirs représentent les différentes couches géologiques, les

traits bleus représentent le niveau de la mer et le trait rouge, la discordance TECTA.

A

B

C

D


30

Conclusion Ce stage avait pour but la cartographie du réflecteur associé à l’événement tectonique

TECTA dans le Sud-Ouest Pacifique.

Il m’a d’abord fallu me familiariser avec la base de données sismiques afin d’homogénéiser un maximum de profils entre eux. Afin de comprendre l’utilisation du logiciel Kingdom et d’un pointé sismique, j’ai pointé le fond de l’eau sur presque toute la base de donnée. J’ai alors pu pointer l'évènement TECTA sur près de 15 000km de profils.

Au regard des différentes tâches accomplies, ce stage m'a non seulement permis de cartographier des horizons mais également de réaliser un schéma interprétatif qui tente d'expliquer l'évènement TECTA.

C’est donc à partir de 15 000 km d’interprétation de TECTA qu’une évolution tectonostratigraphique de la région de la Mer de Tasman de l’Eocène à l’actuel a été proposée. Ainsi, on peut penser qu’avant TECTA le bassin de Nouvelle-Calédonie était quasi-inexistant. C’est après un phénomène tectonique, toujours inexpliqué, que l’on retrouve sur la grande majorité des coupes sismiques ainsi que dans les forages effectués dans cette zone, un arrêt de la sédimentation au niveau des rides à l’Eocène-Oligocène. Une surrection des rides, associée à une subsidence du bassin auraient alors individualisées les Rides de Lord Howe et Norfolk et le bassin de Nouvelle-Calédonie.

La découverte de la sismique et l’utilisation d’un logiciel tel que Kingdom Suite sont des applications qui seront à même de m'aider dans ma voie professionnelle.

L’aboutissement d’un projet tel que connaitre l’origine réelle de TECTA et de pouvoir proposer un modèle tectonique tangible est un travail qui nécessite encore beaucoup de temps. Il serait tout d’abord nécessaire de continuer l’homogénéisation de la base de données très précisément afin qu’il n’y ait plus aucun problèmes de calage. Par la suite, il faudrait continuer les interprétations sismiques en délimitant sur chaque profil les réelles zones d’érosion (associées aux toplaps). C’est alors que l’on pourrait en déduire une paléogéographie de la région plus précise et peut être montrer la localisation d’îles existantes à l'Eocène sur les rides. Il faudrait faire de même avec les zones de remplissage (associées aux onlaps) de bassin et l’on pourrait alors cartographier précisément TECTA.

N’ayant pas eu le temps d’utiliser tous les outils présents dans Kingdom, je n’ai fait que survoler son application "Vu Pack" qui propose la mise en forme en 3D des pointés sismiques réalisés. Cependant, la figure 33 est un exemple de cartographie 3D que Kingdom est capable de fournir à partir des pointés d’horizons.

RLH RN

BNC

BF


31

Figure 33: Vue 3D de l'événement TECTA. RLH : Ride de Lord Howe,RN : Ride de Norfolk, BNC : Bassin de Nouvelle-Calédonie, BF : Bassin de Fairway

BNC RLH RN


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BIBLIOGRAPHIE

Burns R.E., Andrews J.E., van der Lingen G.J., Andrews J.E., Churkin M. Jr., Davies T.A., Dumitrica P., Edwards A.R., Galehouse J.S., Kennett J.P., Packham G. H., 1973, Regional aspects of deep sea drilling in the Southwest Pacific, lithostratigraphy of Eight Drill Sites in the South-West Pacific, Preliminary results of Leg 21 of the Deep Sea Drilling Project, Oceanography of the South Pacific 1972, Pages 5-16

Collot J., 2009, Evolution géodynamique du domaine Ouest-offshore de la Nouvelle-Calédonie et de ses extensions vers la Nouvelle-Zélande., Thèse de doctorat, Université de Bretagne Occidentale, Brest / Noumea, Pages 290.

Collot, J., L. Géli, Y. Lafoy, R. Vially, D. Cluzel, F. Klingelhöefer, et H. Nouzé (2008), Tectonic history of northern New Caledonia Basin from deep offshore seismic reflection: Relation to late Eocene obduction in New Caledonia, southwest Pacific, Tectonics, 27(TC6006), doi:10.1029/2008TC02263.

Ravenne C., Dunand J.P., deBroin C.E., Aubertin F., 1980, Les bassins sédimentaires du Sud-Ouest Pacifique.

Rigolot, P. (1989). - Evolution morphologique et structurale de la marge occidentale de la ride de Nouvelle-Calédonie (SW Pacifique). [Structural and morphological evolution of the western margin of the New Caledonia ridge (SW Pacific) J. - Bull.Centres Rech. Explor-Prod. Elf-Aquitaine, 13, 2, 319-344, 18 fig.; Boussens.December 4, 1989. - ISSN : 0396-2687. CODEN : 8CREDP. Sutherland R., Collot J., Lafoy Y., Logan G. A., Hackney, R., Stagpoole V., Uruski C., Hashimoto T., Higgins K., Herzer R. H., Wood R., Mortimer N., Rollet N., 2010. Lithosphere delamination with foundering of lower crust and mantle caused permanent subsidence of New Caledonia Trough and transient uplift of Lord Howe Rise during Eocene and Oligocene initiation of Tonga-Kermadec subduction, western Pacific. Tectonics, 29, p 16, TC2004, doi:10.1029/2009TC002476.

Sutherland R., Collot J., Lafoy Y., Logan G. A., Hackney R., Stagpoole V., Uruski C., Hashimoto T., Higgins K., Herzer R. H., Wood R., Mortimer N., Rollet N., 2010, Lithosphere delamination with foundering of lower crust and mantle caused permanent subsidence of New Caledonia Trough and transient uplift of Lord Howe Rise during Eocene and Oligocene initiation of Tonga -Kermadec subduction, western Pacific, Tectonics.

Georges Henry, Gerard Grau, Géophysique des bassins sédimentaires

Georges Henry, La sismique réflexion : principes et développements


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GLOSSAIRE

Bathymétrie : science de la mesure des profondeurs de l'océan pour déterminer la topographie du sol de la mer.

Discordance : Disposition géométrique qui consiste en ce que des couches superposées ne soient pas disposées parallèlement les unes aux autres : elles sont séparées en deux tranches d'inclinaison différente par une surface de discordance.

Eocène : Ere qui s’étend de 55,8 MA à 40 MA.

Erosion : Attaque lente et continue des reliefs terrestres par l'action d'agents physiques : érosion de la mer ou des océans, érosion par les phénomènes atmosphériques (pluies, vent ou différences de températures).

Faciès : Aspect que présente une roche ou un ensemble de couches géologiques.

Forage : Creusement d'une cavité circulaire verticale ou horizontale par l'action mécanique d'une foreuse dans le but d’en extraire les sédiments.

Horizon : Un horizon géologique se définit par une couche horizontale, homogène et continue dont on peut mesurer l'épaisseur, la dureté, la fluidité ou la granulométrie.

Lacune : Terme couramment employé en géologie pour désigner dans une série sédimentaire, une absence des dépôts pendant une durée variable.

Onlaps : relation discordante entre un ensemble jeune de strates horizontales déposées sur une surface ancienne inclinée, présents sur les rides.

Oligocène : Ere qui s’étend de 40 MA à 23 MA.

Réflecteur : Ligne observée sur un profil sismique et traduisant une variation de vitesse de propagation des ondes sismiques de part et d'autre d'une discontinuité

States : Ensemble sédimentaire délimité par deux surfaces plus ou moins parallèles qui correspondent à des discontinuités ou des changements de composition de la roche permettant de différencier une couche d'une autre.

Subduction: Processus d’enfoncement d’une plaque tectonique dans le manteau. Toplaps : correspondant à un contact tronqué entre des couches anciennes initialement inclinées et des jeunes strates horizontales.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Oc%C3%A9an�

http://fr.wikipedia.org/wiki/Topographie�

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mer�

cartographie sismique de l’évènement tectonique tecta · discordance régionale commune est...

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