Age of the Fontainebleau sandstones: a tectonic point of view

L'âge des grès de Fontainebleau : apport de l'analyse tectonique

GEOPS, Univ. Paris-Sud, CNRS, Université Paris-Saclay, Rue du Belvédère, Bât. 504, 91405 Orsay, France

^* Corresponding author: yves.missenard@u-psud.fr

Abstract

The age of the cementation of the Fontainebleau sandstones, located in the upper part of the Rupelian Fontainebleau Sand Formation and largely outcropping in the south of the center of the Paris Basin, remains a matter of debate: did the silicification occurred at early times during Miocene, following sedimentation, or did it occurred during Quaternary cold climate episodes? In this work, we determined an orthogonal fracture network (main directions N115° ±5° and N025° ±5°) over an area of ∼6000 km². The fractures are oblique to the adjacent valley orientation and to the quarry working face orientation, discarding a gravitational origin. This tectonic fracturing is superimposed on regional scale antiforms and synforms that may be at least partly controlled by inherited basement faults reactivation during Alpine episodes. The whole Fontainebleau Sand Formation seems to be folded, including the Fontainebleau sandstones. We establish a relative chronology of the various phenomena and propose that silicification at the origin of the Fontainebleau quartzite occurred during early or middle Miocene. Alpine stresses then induced Fontainebleau sand and quartzite folding and fracturing during late Miocene and Pliocene. Finally, the fracture network facilitated fluid circulations and secondary carbonate sandstones or quartzite precipitation probably during Quaternary cold climate episodes.

Résumé

L'âge de la cimentation des grès de Fontainebleau, affleurant dans la partie supérieure des sables de Fontainebleau d'âge rupélien et largement répandus dans le sud de l'Ile de France, reste encore sujet à débats. Plusieurs modèles ont été développés depuis une cimentation précoce après la sédimentation, au cours du Miocène, jusqu'à une cimentation de nappe en lien avec les épisodes froids du Quaternaire. Dans ce travail, une analyse de la fracturation des grès a permis de mettre en évidence l'existence d'un réseau de fractures orthogonales (N115° ±5° et N025° ±5°) à l'échelle de l'ensemble du Sud de l'Ile de France (∼6000 km²). L'obliquité de ce réseau de fractures par rapport à l'orientation des vallées adjacentes et des fronts d'exploitation des carrières permet de conclure à une origine tectonique et non gravitaire de cette fracturation. Nous montrons également que cette fracturation se superpose à une structuration régionale en antiformes et synformes probablement en partie liée à la réactivation de failles de socle lors de la déformation alpine. Cette déformation plicative semble affecter l'ensemble de la série des sables de Fontainebleau, y compris les parties grésifiées. Nous établissons ainsi une chronologie relative des différents évènements mis en évidence et proposons que la cimentation des sables ait eu lieu au cours du Miocène inférieur ou moyen. Les contraintes se propageant en avant de la chaîne alpine du Miocène supérieur au Pliocène auraient ensuite réactivé les failles héritées de socle, contribuant à plisser les sables et grès de Fontainebleau, et développant le réseau de diaclases observé dans les grès de Fontainebleau. Des précipitations secondaires gréseuses ou carbonatées associées à une circulation tardive de fluides ont enfin probablement lieu lors des épisodes glaciaires du Quaternaire.