How the presence of a salt décollement in the sedimentary cover influences the behavior of subsalt thrusts in fold-and-thrust belts

Influence de la présence d'un niveau de décollement évaporitique situé au sein de la couverture sur l'évolution des chevauchements sub-salifères profonds lors de la propagation d'une chaîne d'avant-pays

¹ Univ. Lille, CNRS, Univ. Littoral Côte d'Opale, UMR 8187, LOG, Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences, Lille 59000, France
² School of Earth Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
³ Petrochina Hangzhou Research Institute of Geology, No. 920, Xixi Rd., WestLake District, Zhejiang, Hangzhou 310023, China
⁴ Exploration and Development Research Institute, Tarim Oilfield Company, PetroChina, Korla, Xinjiang 841000, China

^* Corresponding author: Cité Scientifique, Bâtiment SN-5, 59655 Villeneuve d'Ascq, France. Bruno.Vendeville@univ-lille1.fr

Abstract

We conducted a series of analogue experiments on shortening of a brittle cover (dry sand) above a deep, thin, frictional detachment (glass microbeads). In some experiments, the cover was homogeneous, entirely brittle. In others, there was a thin viscous silicone layer (representing salt) embedded at mid height into the cover, and initially located in the foreland of the fold-and-thrust belt. Our goal was to determine whether or not the presence of such a décollement in the cover could have an impact on the mechanics and kinematics of the underlying subsalt thrusts. Results confirm that, once the front of the foldbelt reached the hinterland salt pinch out, the kinematics of the deeper belt changed drastically: its front stopped propagating forward, and most of the subsequent shortening was accommodated by a larger-than-normal slip along the foremost and youngest deep thrust, while, above the salt décollement, the deformation front propagated very fast, creating a very low surface slope. We hypothesize that it is the gentle sub-critical surface slope associated with rocksalt’s low viscosity that prevents the build-up of an overall surface slope steep enough to allow the underlying, deep foldbelt to continue propagating forward. Finally, one experiment in which only one half of the width of the model comprised an interbedded viscous décollement has shown that the kinematics of the deep thrust was affected even in the adjacent salt-free domain.

Résumé

Nous avons réalisé une série d'expériences de modélisation analogique étudiant le raccourcissement d'une couverture sédimentaire constituée de matériel fragile (sable sec) enracinée sur un niveau profond frictionnel (microbilles de verre), mais comprenant localement une couche visqueuse interstratifiée de plus faible résistance mécanique (polymère de silicone). Le but de ces expériences était d'analyser l'impact d'un tel niveau de décollement visqueux superficiel sur la mécanique et la cinématique des chevauchements de la zone profonde, et notamment sur les modalités de la transmission de la déformation entre les deux niveaux de décollement. Les résultats expérimentaux confirment bien que, lorsque le front de déformation profond atteint la région où se trouve la série visqueuse interstratifiée, la cinématique des chevauchements profonds change de façon drastique. Le front de déformation profond cesse de se propager vers l'extérieur du modèle, et le chevauchement profond le plus jeune se connecte avec le niveau de décollement superficiel. Ainsi, la plus grande partie du raccourcissement est transmise aux séries superficielles de la couverture. Le front de déformation migre rapidement vers l'extérieur en se propageant sur le niveau à faible résistance mécanique. La pente topographique critique du modèle change alors brutalement, passant de quelques degrés dans la zone frictionnelle interne à virtuellement zéro dans le domaine externe. Notre interprétation est que la pente topographique moyenne du système accrétionnel n'est plus suffisante, dès lors qu'il atteint la zone visqueuse, pour permettre à la déformation profonde de se propager vers l'avant. De fait, le système, passant en régime sous-critique, est forcé de stopper la propagation de la déformation profonde pour favoriser un épaississement des domaines internes, favorisant ainsi l'augmentation de la pente moyenne dans la zone interne. Enfin, une expérience a démontré que même quand la présence de cette couche visqueuse interstratifée était latéralement limitée, la cinématique des chevauchements adjacents en était aussi affectée.