Deep structural seismic reflection investigations across the northeastern Stavelot-Venn Massif

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Résumé

En vertu des résultats obtenus des mesures de sismique réflexion et des forages en grande profondeur la zone de chevauchement d'Aachen (Aix-la-Chapelle) - Faille du Midi - Charriage du Condroz, ou, d'après BLESS et al. (1983), plus brièvement nommé le chevauchement du Midi, est maintenant considérée en Irlande, Angleterre, France, Belgique et République fédérale d'Allemagne comme un large chevauchement de nappes à la bordure nord de l'orogène varisque. Les découvertes scientifiques récentes concernant la bordure nord du Varisque ont suscité ces dernières années l'intérêt de diverses sociétés d'exploration d'hydrocarbures. Ces compagnies ont entamé des recherches dans ces régions, c'est ainsi que dans la partie nord-est du Massif de Stavelot-Venn un profil d'exploration profonde de sismique réflexion d'une longueur de 45 km environ et franchissant la frontière belgo-allemande a pu être réalisé en 1985 en coopération entre diverses institutions (Ministère Fédéral pour la Technologie et les Recherches, Bonn; Service Géologique de Belgique, Bruxelles) et l'industrie (BEB Erdgas und Erdöl GmbH, Hannover). Grâce aux écartements étroits entre les groupes de géophones et la durée de l'enregistrement de 13 secondes, le profil orienté perpendiculairement à la direction principale varisque permet d'étudier de plus près le style structural des éléments tectoniques varisques et calédoniens jusqu'à la discontinuité de Moho. Le profil Vibroseis 8501 montre dans la croûte terrestre supérieure un réflecteur dominant (R1) qui est d'abord légèrement en pente vers le sud-est. Le réflecteur est interprété comme la continuation du chevauchement du Midi dans la croûte terrestre. Vers le nord, au-delà de la zone connue jusqu'ici, cet horizon a été identifié à une profondeur d'environ 2200 m vers le subvarisque moins déformé. Près de Monschau la pente du réflecteur devient plus forte vers le sud-est. La présence des structures duplex sur la partie sud du profil est attribuée à des mouvements de compression sur un niveau de décollement qui s'est formé pendant l'orogenèse varisque. Le décollement supérieur peut être relié au réflecteur dominant (R1 ) alors que le décollement inférieur est présumé à une profondeur de 7000 m sur la continuation sud-est du profil. L'indication d'un anticlinal situé au sud d'Aachen (Aix-la-Chapelle) à une profondeur d'environ 2700 m est interprétée comme contrefort méridional du Massif de Londres-Brabant et comme rampe possible pour des chevauchements profonds. La limite entre la croûte supérieure et inférieure est située à environ 19 km de profondeur; elle montre près de Monschau un soulèvement plat orienté du sud-ouest au nord-est. Au-dessous de cette limite se trouve près de Monschau une série de diffractions et de réflexions, ayant des angles apparents différents, qui sont attribuées à la présence d'un diapir provenant du manteau terrestre supérieur. La discontinuité de Moho n'est apparente que sur la partie sud du profil à une profondeur de 30-35 km. Elle se présente en forme d'une structure en lamelle avec un pendage apparent vers ie nord-ouest. L'application de différents essais spéciaux de traitement additionnels au profil 8501 y présenté devra fournir des données supplémentaires sur l'inventaire structural complexe de la croûte supérieure et inférieure

Abstract

Based on the results of reflection-seismic surveys and deep wells, the Aachen - Faille du Midi - Charriage du Condroz overthrust, after Bless et al. (1983), Midi overthrust, is in Ireland, England, France, Belgium and the Federal Republic of Germany considered to be an extensive nappe overthrust at the northern margin of the Variscan orogen. New scientific findings about the northern margin of the Variscan orogeny have recently aroused the interest of hydrocarbon exploration companies, who have started activities in these areas. Thus it was possible in 1985 to survey in the northeastern part of the Stavelot-Venn Massif an approximately 45 km long boundary-straddling (FRG/Belgium) deep structural reflection-seismic line in cooperation between various institutions (Federal Ministry for Research and Technology, Bonn; Belgian Geological Survey, Brussels) and industry (BEB Erdgas und Erdôl GmbH, Hannover). Due to the small geophone intervals and a 13 sec recording length, the line which runs perpendicular to the Variscan strike allows a detailed investigation of the structural style of the Variscan and Caledonian fault pattern down to the Moho discontinuity. Vibroseis line 8501 shows in the upper part of the upper crust a dominant reflector (R1) which first dips slightly towards the SE. The reflector is interpreted to be the subsurface prolongation of the Midi overthrust. Towards the N, this horizon can be followed at a depth of approximately 2200 m in the direction of the less deformed Subvariscan Foredeep. Near Monschau, the dip of the reflector becomes steeper towards the SE. The presence of ramp-related duplex structures in the southern part of the profile is ascribed to compressive movements at a «décollement» which developed during Variscan time. Whilst the upper detachment can be related to the dominant reflector (R1), the lower detachment is assumed to be at a depth of about 7000 m in the SE prolongation of line 8501. The indication of a structural high south of Aachen at a depth of approximately 2700 m is interpreted as the southern prolongation of the London Brabant Massif and a possible ramp for deep-seated overthrusts. The boundary between the upper and lower crust is located at a depth of approximately 19 km and shows near Monschau a flat SW-NE striking uplift. Different reflection and diffraction patterns in the lower crust with varying degrees of curvature suggest a mantle diapir which has risen from the upper mantle. The Moho discontinuity is only visible in the southern part of the profile at a depth of 30 to 35 km as a N W dipping lamella-like zone. Further details on the complex structural inventory of the upper and lower crust are expected from the application of additional different special processing tests on line 8501.

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