Geometry and tectonic history of the Northeastern Cévennes Fault System (Southeast Basin, France) : new insights from deep seismic reflection profiles

Géométrie et histoire tectonique du système de failles nord-est des Cévennes (bassin du sud-est, France) apport de nouveaux profils de réflexion sismique profonde

¹ Géosciences Montpellier, CNRS, Université de Montpellier, 34000 Montpellier, France
² EDF-DIPNN -TEGG, 180 rue du Lieutenant Papeyre 13290 Aix en Provence, France

^* Corresponding author: camthomasset@hotmail.fr

Received: 1 March 2024
Accepted: 11 July 2024

Abstract

Following the Mw4.9 Le Teil surface rupture earthquake that occurred on the north-eastern Cévennes fault system (NCFS) in France, several investigations were carried out to understand the origin of the earthquake rupture. A few studies performed local modeling of the NCFS structures in three dimensions integrating the rheology of the sedimentary layers within the hypocenter zone. However, the geometry of the NCFS at the scale of the Southeast French Basin is poorly constrained and it remains difficult to locate its trace beneath the Quaternary sediments of the Rhône river valley. To address this issue, Électricité de France (EDF) carried out a deep reflection seismic survey along the NCFS. This new set of seismic profiles was interpreted using a geological data base including surface data, well data, and previous seismic data that were reprocessed. The resulting 3D structural model allows us to reconstruct a polyphase geological history during the past 320 Ma, which we divide into three major tectonic phases. We show that all structures in the basin in the study area were initiated as normal faults during the Lower Jurassic and the Lower Cretaceous. During the Upper Cretaceous, these structures were reactivated, acting as a major transfer fault zone during the Pyrenean shortening phase, then as normal faults during the Oligocene extension. The morphology and faults at the top-Carboniferous basin initiated during the Lower Jurassic strongly shaped the final structure of the NCFS during the subsequent tectonic phases. Our new results allow updating the historical geology of the Vivaro-Cévenol region and our knowledge about the structures that have affected the Southeast Basin since the Mesozoic. In the context of the Le Teil earthquake, our new structural model provides important constraints for continuing paleoseismological works that will better assess the seismic hazard in this region.

Résumé

Suite au séisme du Teil Mw4.9 qui s’est produit sur le système de failles nord-est des Cévennes (NCFS) en France, plusieurs investigations ont été menées pour comprendre l’origine de la rupture sismique en intégrant localement les structures du NCFS en trois dimensions et la rhéologie des couches sédimentaires dans la zone hypocentrale. Cependant, la géométrie du NCFS à l’échelle du bassin du Sud-Est français reste mal contrainte et il reste difficile de localiser sa trace sous les sédiments quaternaires de la vallée du Rhône. Pour résoudre ce problème, Électricité de France (EDF) a réalisé une étude de sismique réflexion profonde le long du NCFS. Cette nouvelle série de profils sismiques a été interprétée à l’aide d’une base de données géologiques comprenant des données de surface, des données de puits et des données sismiques antérieures qui ont été retraitées. Le modèle structural 3D qui en résulte nous permet de reconstruire une histoire géologique polyphasée au cours des 320 derniers Ma, que nous divisons en trois phases tectoniques majeures. Nous montrons que toutes les structures du bassin de la zone d’étude ont été initiées sous forme de failles normales au cours du Jurassique inférieur et du Crétacé inférieur. Au cours du Crétacé supérieur, ces structures ont été réactivées, servant de zone de faille de transfert majeure pendant la phase de raccourcissement pyrénéenne, puis jouant en failles normales pendant l’extension à l’Oligocène. La morphologie et les failles du sommet du Carbonifère initiées au Jurassique inférieur ont fortement façonné la structure finale du NCFS. Nos nouveaux résultats permettent une mise à jour de la géologie de la region vivaro-cévenole et des structures qui ont affecté le bassin du Sud-Est depuis le Mésozoïque. Dans le contexte du tremblement de terre du Teil, notre nouveau modèle structural apporte des contraintes importantes pour la poursuite des travaux paléosismologiques qui permettront de mieux définir l’aléa sismique dans cette region.