Seismic evidence of a crustal overthrust in the Western Alps

Abstract

Seismic data provided by the ALP75 experiment in the northwestern part of the Alpine Arc has been re-evaluated using ray-tracing techniques in a laterally inhomogeneous medium, thus improving a previous interpretation. The structure of the crust definitely appears to be different in the Northern Subalpine Chains where it is layered with an ESE mean dip of 30° and in the inner part of the Alpine Are where no clear stratification can be derived from the available data.

In the Northern Subalpine Chains the boundary between the upper and lower crust is found to be extremely uneven whereas the Moho discontinuity underneath as well as a boundary in the lower crust shows no evidence of unevenness. This pattern can be ascribed to the rheological properties of the crust which has a birttle behaviour at shallow depths and a more plastic behaviour underneath. A velocity reversal is found under the inner part of the Alpine Arc at a depth of 11 to 23 km.

An attempt is made to synthesize deep seismic sounding data which have been accumulated since 1956 in southeastern France. The crust is stratified to the north of a line Cévennes-Aiguilles Rouges and amorphous to the south. This line, which is the former boundary between the European plate and the Provence subplate, is thought to have acted as a weak zone during the Alpine orogeny. A crustal overthrust could have occurred in this region which would have been furthered by the higher plasticity of the low-velocity zone. Finally we speculate on the physical significance of intracrustal velocity reversals and suggest they are associated with active tectonic areas where dislocation densities are high.

Résumé

Une nouvelle interprétation des données sismiques ALP75 acquises dans la partie nord-ouest de l'arc alpin est présentée sur la base de la méthode du tracé de rai en milieu bi-dimensionel. La structure de la croûte est totalement différente sous les chaînes subalpines septentrionales et sous la partie interne de l'arc alpin. Dans le premier cas, la croûte présente des réflecteurs intermédiaires qui plongent vers l'est-sud-est à 30° environ alors que dans le second cas, aucune stratification n'apparaît clairement.

Sous les chaînes subalpines septentrionales, la limite croûte inférieure et supérieure est trés irrégulière tandis que le Moho et une discontinuité dans la croûte inférieure ne présentent pas ce même caractère. On peut mettre cette particularité en relation avec la rhéologie de la croûte qui a un comportement plus cassant en surface et plus ductile en profondeur. Une zone à moindre vitesse est mise en évidence sous la partie interne de l'arc alpin entre 11 et 23 km de profondeur.

On présente une tentative de synthèse des résultats obtenus par sondages sismiques profonds dans le sud-est de la France depuis 1956. La croûte est stratifiée au nord d'une ligne Cévennes-Aiguilles Rouges et amorphe au sud. Cette ligne, qui est l'ancienne limite entre la plaque européenne et la sous-plaque provençale, s'est peut-être comportée comme une zone de faiblesse lors de l'orogenèse alpine. Elle a pu favoriser le développement d'un chevauchement crustal au niveau de la zone à moindre vitesse, de comportement plus plastique. La signification physique des inversions de vitesse dans la croûte est finalement abordée: elles n'apparaissent peut-être que dans les régions tectoniques actives, là ou les densités de dislocations sont élevées.