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Integrated multidisciplinary approach to constrain range fronts structure, a case study of the northern Tianshan piedmont (NW China)

Résumé : – Mountain fronts are key areas where to study the deformation mechanisms and the geodynamic evolution of orogenic belts. Different approaches based on either geological or geophysical data analysis have been proposed. How-ever, in spite of recent theoretical and technical developments, these often remain within a single disciplinary frame-work and diverging views and models sometimes arise. The front of the northern Tianshan intracontinental collision range is thus quite exemplary for the variety of the tectonic models that have been proposed to explain its development. This paper introduces a multidisciplinary approach combining field geological/structural observations, reflection seis-mic profile interpretation, borehole results and a gravity study performed in the study area. This approach was con-ducted in the case study of a representative cross-section within the North Tianshan area, along the Jingou river. An extensive geological/structural survey across the fold and thrust belt was first carried out providing surface constraints on the shallowest parts of the section. Deep structure within the Junggar basin was constrained through processing and interpretation of reflection seismic data together with available borehole results. As it is often the case, the available seismic profiles do not extend to the frontal basement contact zone, or quality of the data was not good enough to allow interpretation. Consequently, a gravity survey and modelling finally allowed interpreting the deep structure of the cover/basement contact. By integrating all the data, the resulting regional-scale cross-section shows a new comprehen-sive image of the upper crustal structure in this area. In particular, results imply that the mountain basement thrust northwards onto the sedimentary layers with development of a second order fold. Besides, this study further suggests thick-skinned type deformations below the fold and thrust belt. From the example of the Jingou river section, this study illustrates the interest of incorporating gravity data analy-sis together with – more classical – seismic profiles interpretation and structural analyses for studying orogenic belt frontal areas. Approche multidisciplinaire intégrée appliquée à l'analyse structurale des fronts de chaînes, étude de cas sur le piémont nord du Tianshan (NW Chine) Mots-clés. – Géométrie de front de chaîne, Montagnes du Tianshan, Bassin du Junggar, Etude gravimétrique Résumé. – Les zones frontales des chaînes de montagnes sont des endroits clé pour l'étude des mécanismes de déforma-tion et de l'évolution géodynamique des orogènes. Différentes approches basées sur l'analyse des données géologiques ou géophysiques ont été proposées. Cependant, malgré les développements théoriques et techniques récents, ces appro-ches restent souvent considérées dans un cadre mono-disciplinaire et des visions et modèles contrastés ressortent sou-vent de telles études. Le front nord de la chaîne de collision, ici intracontinentale, du Tianshan est ainsi exemplaire de par la diversité des modèles tectoniques qui ont jusqu'à présent été proposés pour expliquer son développement. Cet ar-ticle présente une approche multidisciplinaire intégrant des données provenant à la fois d'observations géologi-ques/structurales de terrain, de l'interprétation de profils de sismique réflexion, de résultats de forages ainsi que d'une étude gravimétrique réalisée dans cette région. Cette approche a ici été appliquée au cas d'une coupe type du front nord du Tianshan, le long de la rivière Jingou. Une étude géologique/structurale exhaustive effectuée à travers la chaîne d'avant-pays et le front de la chaîne a d'abord permis de précisément contraindre la structure superficielle de la coupe. Ensuite, la structure profonde de la coupe située dans le bassin du Junggar a été imagée à travers le traitement et l'inter-prétation de données de sismique réflexion et de forages dans sa partie nord, dans les dépôts d'avant-pays. Comme sou-vent, les profils sismiques disponibles ne couvrent pas la zone du front de la chaîne ou présentent une qualité de données insuffisante pour pouvoir être correctement exploités. En conséquence, l'analyse et la modélisation gravimé-trique ont finalement permis d'imager la structure profonde de la zone frontale de cette chaîne. La coupe résultant de l'intégration de l'ensemble de ces données montre une nouvelle vision de la structure de la croûte supérieure dans cette région. En particulier, cette étude montre que les unités de socle de la chaîne viennent chevaucher le bassin vers le nord et induisent le développement d'un pli d'entraînement kilométrique dans les sédiments. Ces résultats mettent également en évidence une déformation impliquant le socle, sous la chaîne d'avant pays. Sur l'exemple de cette coupe le long de la rivière Jingou, ces nouveaux résultats montrent l'intérêt de pouvoir coupler l'analyse de données gravimétriques avec l'étude – plus classique – des profils de sismique réflexion et de géologie structurale pour l'étude des zones frontales des chaînes de collision.
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https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01093781
Contributor : Nathalie Pothier <>
Submitted on : Thursday, December 11, 2014 - 10:32:29 AM
Last modification on : Thursday, September 17, 2020 - 12:30:00 PM

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Ke Chen, Charles Gumiaux, Romain Augier, Guillaume Martelet, Yan Chen, et al.. Integrated multidisciplinary approach to constrain range fronts structure, a case study of the northern Tianshan piedmont (NW China). Bulletin de la Société Géologique de France, Société géologique de France, 2014, 185, pp.379 - 392. ⟨10.2113/gssgfbull.185.6.379⟩. ⟨insu-01093781⟩

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