C4RTE GEOLOGIQUE ~E LA FRANCE A1150000 MURAT ... P NEHUG MURAT La carte géologique â 1/50 000 MURAT est recouverte par tes coupures suivantes de (a Carte géologique de la France a 1/80000: à l'Ouest: AURILLAC (W 184) à l'Est: SAINT-FLOUA (N" 185) - -Jo, - - + .- ~.+M BRGM· SERVice GÉOLOGIQUE NATIONAL - -- B p 6009·45060 ORLEANS CEDEX 2· FRANCE NOTICE EXPLICATIVE DE LA FEUILLE MURAT À 1/50 000 par P. NEHLIG avec la collaboration de G. FRÉOUR, A. de GOËR de HERVE, D. HUGUET, H. LEYRIT, J.-L. MARRONCLE, J. ROGER, J.-Y. ROIG, F. SURMELY, D. THIÉBLEMONT, N. VIDAL 2001 Editions du BRGM Service géologique national Références bibliographiques. Toute référence en bibliographie au présent document doit être faite de la façon suivante : -pour la carte : NEHLIG P., LEYRIT H. et ARNAUD N, BAUDOIN V, BINET F, BOUDON G., COULOMB A., DARDON A., DEMANGE J., DURANCE G., FONTAINE-VIVE M., FRÉOUR G., GOËR de HERVE A. (de), GUÉRIN H.-M., JAMET A., LAMBERT A., LEGENDRE C, MAURIZOT-BLANC C., MICHON L., MILÉSI J.-R, PILET S., VATIN-PÉRIGNON N., VANNIER W., WATELET P. (2001) - Carte géol. France (1/50 000), feuille Murât (788). Orléans : BRGM. Notice explicative par NEHLIG P. et al. (2001), 264 p. - pour la notice : NEHLIG P. et FRÉOUR G., GOËR de HERVE A. (de), HUGUET D., LEYRIT H., MARRONCLE J.-L., ROGER J., ROIG J.-Y., SURMELY F, THIÉBLEMONT D., VIDAL N. (2001) - Notice explicative, Carte géol. France (1/50 000), feuille Murat (788). Orléans : BRGM, 264 p. Carte géologique par NEHLIG P., LEYRIT H. et al. (2001). © BRGM, 2001. Tous droits de traduction et de reproduction réservés. Aucun extrait de ce docu- ment ne peut être reproduit, sous quelque forme ou par quelque procédé que ce soit (machine électronique, mécanique, à photocopier, à enregistrer ou tout autre) sans l'autorisation préalable de l'éditeur. ISBN : 2-7159-1788-0 SOMMAIRE Pages RÉSUMÉ 7 ABSTRACT 8 INTRODUCTION 10 SITUATION GÉOGRAPHIQUE ET MORPHOLOGIE DE L'ÉDIFICE VOLCANIQUE 10 CADRE GÉOLOGIQUE RÉGIONAL- PRÉSENTATION DE LA CARTE 12 TRAVAUX ANTÉRIEURS - CONDITIONS D ÉTABLISSEMENT DE LA CARTE 13 RÉDACTION DE LA NOTICE 18 CHOIX CARTOGRAPHIQUES ET NOMENCLATURE 19 HISTOIRE GÉOLOGIQUE DE L'ÉDIFICE VOLCANIQUE 23 LE SUBSTRATUM GRANITO-GNEISSIQUE 23 ENTRE L'OROGENÈSE HERCYNIENNE ET LA DISTENSION OLIGOCÈNE 28 LES BASSINS SÉDIMENTAIRES 29 LES PREMIÈRES ÉRUPTIONS : LES BASALTES INFRACANTALIENS 36 UN GRAND STRATOVOLCAN SE CONSTRUIT ET SE DÉTRUIT 41 LES PHONOLITES ET LES TRACHYANDÉSITES À HAUYNE 57 L'ENNOIEMENT BASALTIQUE : LES BASALTES SUPRACANTALIENS 59 LES GLACIERS QUATERNAIRES ET LES FORMATIONS SUPERFICIELLES 65 DESCRIPTION DES TERRAINS AFFLEURANTS 67 FORMATIONS MÉTAMORPHIQUES ET GRANITIQUES 67 FORMATIONS SÉDIMENTAIRES 69 FORMATIONS VOLCANIQUES 74 FORMATIONS SUPERFICIELLES ET QUATERNAIRES 125 INDICATIONS VOLCANOLOGIQUES 137 CHRONOSTRATIGRAPHIE 142 CONDITIONS DE FORMATION DES ENTITES GEOLOGIQUES 144 CARACTÉRISTIQUES GÉOCHIMIQUES DES PRODUITS VOLCANIQUES 144 POURQUOI UNE TELLE ABONDANCE DE LAVES INTERMÉDIAIRES ? 154 POURQUOI LE MANTEAU FONDAIT-IL AU MIOCÈNE SUPÉRIEUR SOUS LE CANTAL ? 164 STRUCTURE DU STRATOVOLCAN 173 LE SOUBASSEMENT DU CANTAL 173 RECONSTITUTION PALÉOGÉOGRAPHIQUE DES BASSINS OLIGOCÈNES 175 UNE HYPOTHÉTIQUE FOSSE VOLCANO-TECTONIQUE 176 CALDERA ? 178 FAILLES ? 178 DYKES 179 GÉOLOGIE DE L'ENVIRONNEMENT 180 OCCUPATION DU SOL 180 SISMICITÉ - MOUVEMENTS DE TERRAINS 180 SOURCES MINÉRALES 181 HYDROLOGIE ET EAUX SOUTERRAINES 181 SUBSTANCES UTILES, CARRIÈRES 182 GÎTES ET INDICES MINÉRAUX 184 DOCUMENTATION COMPLÉMENTAIRE 185 PRÉHISTOIRE ET ARCHÉOLOGIE 185 ITINÉRAIRES DE DÉCOUVERTE GÉOLOGIQUE DU CŒUR DU CANTAL 189 BIBLIOGRAPHIE 214 ANNEXES ANNEXE 1 - DONNÉES CHRONOLOGIQUES ISOTOPIQUES 252 ANNEXE 2 - SOURCES THERMO-MINÉRALES 261 ANNEXE 3 - GITES ET INDICES MINÉRAUX 262 ANNEXE 4 - INVENTAIRE D'ANALYSES GÉOCHIMIQUES 264 LISTE DES FIGURES Pages Fig. 1 - Carte géologique simplifiée du stratovolcan du Cantal (dépliant hors texte) Fig. 2 - Localisation géographique des différentes cartographies réalisées sur les 9 coupures à 1/50 000 couvertes par le Cantal 16 Fig. 3 - Diagramme SiO2 vs. Na2O + K2O pour les laves du volcan cantalien 22 Fig. 4 - Histogramme des âges du Cantal 24 Fig. 5 - Stratigraphie simplifiée des zones centrales, intermédiaires et périphériques du stratovolcan du Cantal 25 Fig. 6 - Schéma structural du socle du Cantal (dépliant hors texte) Fig. 7 - Coupe schématique montrant les relations spatiales entre les faciès volcanoclastiques et leurs sources 38 Fig. 8 - Modèle conceptuel explicitant la formation du stratovolcan du Cantal avec un appareil volcanique central alimentant un vaste piémont volcanoclastique 40 Fig. 9 - Schéma de synthèse des structures associées aux dépôts hyperproximaux et proximaux d'avalanche de débris et montrant la fragmentation des mégablocs et des blocs lors des stades initiaux d'une déstabilisation de flanc 50 Fig. 10 - Diagramme binaire avec report des hauteurs de chute sur distances parcourues par les avalanches de débris historiques de volcans actifs 56 Fig 11 Carte volcanologique de la tête de la planèze de Saint-Flour 60 Fig 12 Reconstitution du système glaciaire sur et en marge de la . planèze de Saint-Flour lors du maximum glaciaire du Würm 64 Fig 13 . Log géologique du sondage dans le gabbro de Bonnefous, dans la Jordanne 86 Fig. 14 Coupe des formations volcanoclastiques de la Peyre del Cros (haute vallée de l'Aspre) 100 Fig 15 . Diagramme SiO2 vs. Qtz-(Ne+Lc) pour les laves du volcan cantalien 146 Fig 16 . Phénocristaux observés par différents auteurs dans les laves du Cantal 148 Fig 17 . Spectres de normalisation multi-élémentaires (valeurs de normalisation de Hofmann, 1988) moyens (d'après tabl. 3) pour les laves des séries sous-saturées (A) et sursaturées (B) du Cantal. Comparaison des spectres moyens des différentes laves basiques (C) 151-153 Fig. 18 - Diagramme Qtz-(Ne+Lc) vs. La/Nb pour les laves du volcan cantalien 156 Fig. 19 - Diagrammes Rb vs. Nb pour les laves du volcan cantalien et modélisation d'un processus de cristallisation fractionnée 158 87 86 Fig. 20 - Diagramme Rb/Nb vs. ( Sr/ Sr)i pour les laves du volcan cantalien 160 Fig. 21 - Évolution des rapports Rb/Nb (A) et Th/Nb (B) en fonction de l'état de sous-saturation/sursaturation en silice (paramètre Qtz+[Ne+Lc]), dans les laves du volcan cantalien 161 Fig. 22 - Diagramme FeOt/MgO vs. Qtz-(Ne+Lc) pour les laves de la série saturée du volcan cantalien 162 Fig. 23 - Comparaison entre les laves basiques du volcan cantalien et celles de différentes provinces volcaniques du Massif central dans les diagrammes La vs. Nb (A) et La vs. Th (B) 168 et 170 Fig. 24 - Diagramme La vs. Ni pour les laves basiques du volcan cantalien avec représentation schématique des processus de cristallisation fractionnée et fusion partielle 171 Fig. 25 - Distinction entre les laves basiques des différentes périodes éruptives du volcan cantalien dans un diagramme La vs. Th. 174 Fig. 26 - Localisation des principaux arrêts de l'itinéraire 190 Fig. 27 - Blocs de rhyolite dilacérés par l'avalanche de débris (Vallée de la Cère) 194 Fig. 28 - Bréchification d'un bloc de rhyolite par l'avalanche de débris (Vallée de la Cère) 196 Fig. 29 - Stratigraphie simplifiée du complexe bréchique et lavique à l'aplomb du Puy Mary (côté Impradine) 206 Fig. 30 - Panorama de l'ensemble du Puy Mary vu à partir de l'Impradine 208 Fig. 31 - Semelle de l'avalanche de débris à Espinouze (vallée du Mars 212 Fig. 32 - Semelle cataclasée du mégabloc lavique au roc des Bancs (Vallée de la Maronne) 212 Fig. 33 - Aperçu des dépôts d'avalanche de débris dans la partie centrale de l'édifice volcanique (dépliant hors texte) LISTE DES TABLEAUX Tabl. 1 - Nomenclature pétrologique utilisée. Correspondance avec les termes anciens ou obsolètes et les assemblages minéralogiques observés 20 Tabl. 2 - Analyses moyennes (éléments majeurs) et normes CIPW des différents types de lave du volcan cantalien 149 Tabl. 3 - Analyses moyennes (éléments majeurs et traces) des différents types de lave du volcan cantalien 150 -7- RÉSUMÉ La carte géologique Murat couvre le cœur géographique d'un des plus grands volcans européens, le Cantal (2 500 km2) qui ne laisse affleurer que ponctuellement les formations granito-gneissiques et sédimentaires plus anciennes. Elle est bordée par huit cartes géologiques qui exposent large- ment le piémont volcanoclastique du volcan, constitué de formations vol- caniques remaniées par des processus gravitaires. Cette carte géologique à 1/50 000 de la feuille Murat et la notice qui l'accompagne sont basées sur la synthèse des nombreux travaux anté- rieurs et intègrent de nombreuses observations et analyses inédites réali- sées à l'occasion d'un projet de recherche pluridisciplinaire et inter- organisme sur l'ensemble du Cantal, en général, et la feuille Murat, en particulier. Le Cantal est un stratovolcan alcalin intraplaque continental. Il s'est édifié pour l'essentiel entre 13 et 3 Ma. Sa morphologie est relativement symé- trique, avec un ensemble de vallées profondes qui rayonnent à partir de son centre. Les dépôts de pente fossiles (avalanches de débris, coulées de débris) sont très développés et forment un important piémont d'accumulation qui entoure l'édifice volcanique central. L'édifice est principalement de composition trachyandésitique. Mais on y trouve aussi des basaltes et quelques produits très différenciés (trachytes, rhyolites, phonolites). Enfin, l'essentiel de ces produits trachyandésitiques est de nature bréchique. Dans cet ensemble de formations bréchiques, les brèches pyroclastiques sont à distinguer des brèches d'avalanche de débris : les premières sont les dépôts issus de périodes de construction (dépôts de nuées ardentes évoluant latéralement en dépôts de lahar,...), les secondes sont issues de la déstabilisation massive d'un flanc de volcan. On distingue plusieurs périodes dans l'activité volcanique : - les premières éruptions basaltiques (13 à 8,5 Ma) : un volcanisme basal- tique et basanitique précurseur est connu seulement dans les talwegs et les bas de versants des vallées périphériques ainsi qu'aux marges du massif. Il s'agit d'édifices dispersés, très érodés, comportant quelques coulées par- fois associées à des projections stromboliennes ou phréatomagmatiques.