Structural organization of the Lorraine coal basin and formation of the Alsting thrust fold

Organisation structurale du bassin houiller de Lorraine et formation du pli sur chevauchement d'Alsting

¹ Université de Lorraine, CNRS, Georessources, F-54000 Nancy, France
² Geophysics Department, Faculty of Science, Cairo University, Giza, P.O. 12613, Egypt
³ Université de Lille, Section 36, Terre solide, Géodynamique des enveloppes supérieures Lille, France
⁴ La Française de l’Energie (FDE), Pontpierre, France

^* Corresponding author: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Received: 6 June 2025
Accepted: 23 October 2025

Abstract

The Lorraine Coal Basin (LCB), filled with continental clastic formations of the Upper Carboniferous-Permian age, developed along the Metz-Hunsrück-Fault-Zone (MHFZ). Despite the structural studies, the structure of the basement which control the total sedimentary thickness variations, and the Alsting fold structure and formation remains poorly constrained. In this study, the analysis of gravity data has allowed to map the MHFZ and more regionally the top basement structures beneath the basin. The analysis of 2D seismic lines and well data analysis has allowed to constrain the structure and formation of the Alsting fold.

The top basement map highlights the presence of highs (−1, 5 km) and deeps (−6, 5 km) trending NE-SW, NNE-SSW to N-S and NW-SE. This structuration explains the global sedimentary thickness variation of the sedimentary series in place. The first vertical derivative of the Bouger anomaly suggests that the MHFZ is continuous throughout the LCB and the SNCB. Furthermore, seismic interpretations show that the Alsting fold is a thrust fold whose formation and post-compression erosion occurred during the Stephanian. After this deformation phase, subsidence and deposition restarted during the late Stephanian. This study highlights a different Stephanian geological history of the BHL compared with other basins of the same age due to its structural position.

Résumé

Le Bassin Houiller Lorrain (BHL), rempli de formations détritiques continentales d’âge Carbonifère supérieur-Permien, s’est développé le long de la Zone de failles de Metz-Hunsrück. Malgré de nombreuses études structurales, la structure de son socle qui contrôle les variations des épaisseurs des séries sédimentaires et la formation du pli d’Alsting ont très peu été investiguées. Dans cette étude, l’analyse des données gravimétriques a permis de cartographier la zone de faille de Metz-Hunsrück, et plus globalement la géométrie du toit du socle sous le bassin. L’analyse des lignes sismiques 2D et des données de puits a permis de contraindre la structure et la formation du pli d’Alsting. La carte du toit du socle met en évidence une structuration en hauts de socle (−1, 5 km) et des zones d’approfondissement de socle (−6, 5 km) orientés NE-SW, NNE-SSW à N-S et NW-SE. Cette structuration explique les variations spatiales des épaisseurs des séries sédimentaires en place. La première dérivée verticale de l’anomalie de Bouger montre que la zone de faille de Metz-Hunsrück est continue et limite les bassins houillers lorrain et sarrois. Par ailleurs, les interprétations sismiques montrent que le pli d’Alsting est un pli-faille dont la formation et l’érosion post- compression se sont produites pendant le Stéphanien. Après cette déformation, la subsidence et de dépôt ont repris à la fin du Stéphanien. Cette étude met en évidence une histoire géologique Stéphanienne différente du bassin Lorrain par rapport aux autres bassins