Modélisation 3D multi-échelle des structures géologiques de la région de la faille de la moyenne Durance (SE France)

La complexité des structures géologiques en Moyenne Durance rend difficile la caractérisation et l’évaluation du risque sismique dans cette région. La compréhension 3D des structures nécessite l’utilisation de techniques modernes de modélisation numérique pour réaliser des modèles 3D du substratum géologique qui soient cohérents à différentes échelles, pour effectuer des simulations des mouvements sismiques. Pour réaliser des modèles 3D géologiques, nous avons harmonisé des bases de données géologiques et géophysiques hétérogènes (forages pétroliers, sondages géotechniques, profils sismiques, profils géophysiques H/V, cartographie géologique haute et basse résolution, datations biostratigraphiques, ...) dans le géomodeleur 3D gOcad. La réalisation des modèles 3D permet de caractériser la géométrie 3D des principales structures tectoniques en Moyenne Durance, notamment la Zone de failles de la Moyenne Durance (ZFMD) ainsi que la géométrie haute résolution du substratum géologique de la vallée de Cadarache, notamment de son remplissage sédimentaire tertiaire. Notre étude permet de préciser la géométrie 3D de la ZFMD et son rôle sur les structures géologiques adjacentes. La ZFMD constitue une zone de transfert qui limite l’extension latérale et modifie la géométrie des plis et chevauchements. Les structures tectoniques en Moyenne Durance sont caractérisées par une déformation de type thin-skin. La tectonique salifère joue un rôle important dans cette déformation (niveau de décollement, formation et géométrie 3D des plis). A l’échelle de la vallée de Cadarache, l’étude géologique des affleurements couplée à l’étude géostatistique des sondages permet de réaliser une simulation en 3D de la répartition spatiale des faciès et de proposer un modèle sédimentaire 3D du remplissage tertiaire de la vallée. Il est caractérisé par une sédimentation en deux étapes : une première phase de remplissage par des apports détritiques importants en provenance du Sud-Est, liés au démantèlement du massif des Maures-Estérel, une deuxième phase de remplissage par des dépôts d’environnement fluviatile méandriforme à forte sinuosité et à dominante de sables. Enfin, l’imbrication multi-échelle des modèles 3D a permis d’expliquer la formation de la vallée de Cadarache dans le contexte géodynamique de la région de la Moyenne Durance au Tertiaire, et notamment sous l’influence de la compression pyrénéenne et de la ZFMD sur la région de la Moyenne Durance et sur la vallée de Cadarache.The complexity of geological structures in Middle Durance region makes difficult the characterization and evaluation of seismic risk in this region. Understanding these structures in 3D requires to use modern techniques of 3D digital modelling in order to achieve the 3D geological models of the bedrock with coherence on different scales, to perform ground motion simulations. Building 3D geological models need to normalize heterogeneous geophysical and geological databases (oil boreholes, geotechnical boreholes, seismic profiles, H/V geophysical profiles, high and low resolution geological mapping, biostratigraphic dating,...) in the 3D software gOcad. The realization of 3D geological models allows to characterize the 3D geometry of main the tectonic structures in Middle Durance region, including the Middle Durance Fault Zone (ZFMD) and the high resolution geometry of geological bedrock of the Cadarache Valley, and in particular its tertiary sedimentary fill. Our study allows to specify the ZFMD 3D geometry and its role on the adjacent geological structures. The ZFMD is a transfer zone that limits lateral extension and changes the geometry of folds and thrusts. The Middle Durance tectonic structures are characterized by a thin-skin deformation. Salt tectonics plays an important role in this deformation (detachment level, training and 3D geometry of folds). At the scale of the Valley of Cadarache, outcrop geological study coupled with boreholes geostatistical study allows to perform a 3D simulation of the spatial distribution of facies and to propose a 3D sedimentary model for the Tertiary filling of the Cadarache Valley. It is characterized by sedimentation in two steps: a first step of filling by important detrital inputs from the Southeast, related to the erosion of the Maures-Esterel massif, a second step of filling by deposits of fluvial meandering sand-dominant environment with high-sinuosity. Finally, building multi-scale 3D models allows explaining the formation of the Valley of Cadarache in the geodynamic context of the Middle Durance region at Tertiary times, and particularly under the influence of the Pyrenean compression and ZFMD on the Middle Durance region and the Valley of Cadarache