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Étude géologique des Andes du Pérou central

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François Mégard

Introduction présentation de l’ouvrage

Texte intégral

A. SITUATION DU SECTEUR ÉTUDIÉ

1Les Andes bordent l’Océan Pacifique sud-est sur plus de 7 500 km et forment une barrière orographique remarquablement élevée et continue, encore rehaussée par la présence de fonds marins très déprimés situés à proximité des côtes.

2Un critère géologique simple, à savoir la présence ou l’absence de matériel d’origine océanique dans la chaîne, permet de distinguer les Andes septentrionales et la Cordillère de Magellan, qui en sont pourvues, des Andes centrales et méridionales qui en sont dépourvues (fig. 1).

3Dans les Andes centrales et méridionales (Pérou, Bolivie, Chili et Argentine jusqu’à 45° S.), qui seraient le type même des chaînes « liminaires », le magmatisme pré-orogénique est de nature intermédiaire. La chaîne andine, quoique construite en bordure du continent, semble avoir un substratum entièrement sialique : elle est bordée du côté pacifique par des massifs à matériel précambrien et paléozoïque et limitée à l’est par le craton brésilien ou les massifs précambriens d’Argentine ; de plus, des massifs précambriens et paléozoïques de plus petite taille affleurent à l’intérieur de la chaîne et constituent même l’essentiel des Andes orientales. Le grand développement des zones externes et la présence de bassins tertiaires intra-montagneux fortement subsidents distinguent les Andes centrales, larges de 600 à 900 km, des Andes méridionales larges de 300 à 400 km.

4Le secteur étudié ici se situe au centre du Pérou, dans la partie nord des Andes centrales ; il est axé sur une coupe S.W.-N.E. qui passe par Lima.

Fig. 1. — Esquisse structurale des Andes
A. — Océans. 1. Fosses océaniques. 2. Limites des rides océaniques et, localement, du plateau continental.
B. — Andes. 3. Secteurs dotés d’un magmatisme ophiolitique pré-orogénique. 4. Secteurs dotés d’un magmatisme andésitique pré-orogénique. 5. Zones d’affleurement du substratum précambrien et hercynien remanié dans la chaîne andine. 6. Bassins tertiaires intra-montagneux subsidents. 7. Autres secteurs de la chaîne. 8. Décrochements. 9. Chevauchements principaux
C. — Craton sud-américain. 10. Boucliers précambriens et, en blanc, couverture des boucliers

B. CHOIX ET DÉMARCHE DE CETTE ÉTUDE

5Lorsque nous avons choisi d’étudier les Andes du Pérou central, ce secteur n’était connu que partiellement, surtout par les travaux de J. V. Harrison (cf. historique). La partie orientale de la chaîne n’était explorée qu’au long de quelques itinéraires et il restait des zones inconnues même dans sa partie occidentale plus accessible.

6On savait néanmoins qu’un certain nombre de conditions favorables sont réunies dans ce secteur :

  • Les Andes y montrent toutes leurs zones structurales quoique la largeur du système montagneux n’y dépasse pas 250 km.
  • La couverture volcanique cénozoïque n’est pas trop étendue et laisse voir les terrains sous-jacents.
  • Son accès, enfin, est relativement aisé depuis Lima.

7Ces conditions y rendaient plus facile l’analyse de cette chaîne d’un type inconnu en Europe et au sujet de laquelle on se posait un certain nombre de questions : quand et comment la chaîne andine s’était-elle formée ? Etait-elle ou non le résultat de l’accrétion à la bordure du continent de sédiments d’abord déposés sur la marge continentale puis plissés et incorporés à la chaîne ? Des zones à substratum océanique s’y trouvaient-elles incorporées ? Cette chaîne présentait-elle des nappes ou du moins un sens de déversement net vers l’avant-pays ? Quel rôle y jouait le substratum pré-mésozoïque ?

8Il s’agissait en somme de savoir quand et comment les Andes s’étaient formées et dans quelle mesure cette chaîne « liminaire » avait des caractères originaux.

9Alors que l’étude de terrain était en cours, la tectonique des plaques est née et les données de la géophysique et de l’océanographie ont montré que la marge péruano-chilienne est une marge active avec subduction. Aussi, après de nombreux auteurs, nous nous sommes demandés si cette théorie de la tectonique actuelle pouvait rendre compte de révolution passée de la chaîne andine. On pourrait croire ce problème réglé puisque les Andes apparaissent comme le type même de l’orogène « orthotectonique » cordillérain pour la plupart des auteurs qui ont interprété l’évolution des chaînes en termes de tectoniques des plaques (par exemple, Dewey, 1969 ; Hamilton, 1969). Mais comme nous le verrons ces modèles « andins » pêchent par un point : le manque d’une connaissance plus précise de ce que sont les Andes et des étapes de leur formation.

10Le plan de cet ouvrage reflète donc ce que fut notre démarche : compléter d’abord les connaissances sur ce secteur des Andes centrales et ce faisant préciser quand et comment la chaîne s’est formée ; c’est le rôle de la monographie régionale qui est l’essentiel de ce mémoire... tenter ensuite d’en tirer des modèles qui cherchent à répondre au pourquoi et c’est à cette tentative que s’emploie, à la fin de ce travail, le chapitre dédié à la chaîne andine dans le cadre de la tectonique des plaques.

C. HISTORIQUE

11La proximité de la capitale et la présence de grands gîtes de minerais métalliques expliquent l’intérêt précoce des géologues pour les Andes du Pérou central. Au nombre des premiers travaux sérieusement documentés se trouvent ceux de C. Lisson sur la région de Lima (1904-1907) et l’étude de la transversale Lima-La Merced par G. Steinmann (1904), puis par J. Douglas (1921). De leur côté les géologues miniers poursuivent l’examen des gisements et de leur environnement ; le « Cuerpo de Ingenieros de Minas » entreprend des prospections systématiques dont celle des charbons crétacés, qui apporte des résultats géologiques généraux.

12En 1924, D. H. Mc Laughlin synthétise les données géologiques recueillies par la « Cerro de Pasco Corporation » ; il établit les grandes lignes de la stratigraphie du Pérou central et esquisse son évolution structurale, prouvant l’existence d’un substratum plissé pré-mésozoïque et définissant plusieurs phases dans la tectogenèse et l’orogenèse andine. G. Steinmann, en 1929, publie sa « Geologie von Peru », qui expose en les synthétisant les connaissances de son temps ; c’est encore aujourd’hui le seul ouvrage général sur la géologie du Pérou et il contient de nombreuses données sur le Pérou central.

13Entre 1939 et 1960, J. V. Harrison fait avancer considérablement la connaissance des zones les plus élevées du Pérou central entre 10° 15’ S. et 12° 45’ S. ; il cartographie à la planchette plus de 20 000 km2. Son travail stratigraphique et cartographique est remarquable dans les terrains méso et cénozoïques des Hauts Plateaux et de la Cordillère Occidentale ; ses descriptions pétrographiques des roches de la Cordillère orientale restent un document très utile. Le travail de W. F. Jenks sur la zone de Cerro de Pasco (1951) complète ceux de Harrison.

14De nombreuses monographies, parues au cours des deux dernières décades et souvent très locales, s’ajoutent à ces travaux de base. Certaines décrivent des gisements miniers et leur entourage : c’est le cas notamment des publications issues de la collaboration entre l’Institut de Développement Minier du Pérou (I.N.I.F.M.) et l’U.S. Geological Survey. D’autres, souvent des thèses inédites de l’Université de San Marcos, sont dédiées au secteur côtier.

15A partir de 1960, le Service de la carte géologique du Pérou, actuellement dénommé Instituto de Geologia y Mineria, entreprend la cartographie géologique systématique du Pérou au 1/100 000e avec la collaboration de géologues français de l’O.R.S.T.O.M. et du C.N.R.S. et de géologues anglais de l’Institute of Geological Sciences. Dans les Andes du Pérou central, les levés sont presque terminés, mais seule une faible partie (9 000 km2) en a été publiée. A ces travaux s’ajoutent ceux de T. Szekely sur la Cordillère Occidentale (1967, 1969). Par ailleurs, depuis 1950, les compagnies pétrolières ont exécuté d’importantes explorations géologiques dans la zone subandine ; leurs résultats n’ont malheureusement été publiés que très partiellement si l’on excepte le travail d’E. Koch (1962).

16Actuellement, les études géologiques dans le Pérou central se trouvent à un tournant. La phase des levés systématiques s’y termine cependant que débute celle des études spécifiques, dont J. J. Wilson avait déjà montré le chemin en 1963 pour la stratigraphie du Crétacé. Parmi ces études en cours il faut citer celle de la mise en place du batholite côtier, par l’équipe du professeur Pitcher, et celle de la tectonique cassante et de la néotectonique qu’une équipe française entreprend en 1973.

17Dans le cadre de cet historique des recherches géologiques sur le Pérou central, le présent mémoire a l’ambition d’être un travail de transition, qui, à partir de l’analyse régionale classique, s’attache à préparer l’étude de divers thèmes spécifiques.

D. LE CADRE DE L’ÉTUDE LES GRANDS TRAITS MORPHOLOGIQUES ET GÉOLOGIQUES DES ANDES DU PÉROU CENTRAL ET DE LEURS PIEMONTS

18Cette étude s’inscrit dans deux cadres :

  1. Celui de la succession des cycles de sédimentation et des étages de déformation et de magmatisme.
  2. Celui des zones structurales qui se sont individualisées au cours de l’histoire récente des Andes, mais dont la disposition conditionne le dessin des zones d’affleurement des orogènes préandins.

19Précisons tout d’abord que trois orogènes bien distincts, précambrien, hercynien et andin se superposent dans le Pérou central. Si les deux premiers termes n’ont pas besoin d’être définis, le dernier doit l’être : dans ce qui suit nous appliquerons l’épithète andin au cycle de sédimentation et aux étapes de déformation et de magmatisme qui se sont succédés dans les Andes et à leur voisinage immédiat depuis la fin du Crétacé jusqu’à celle du Tertiaire.

20La définition des grandes zones structurales est compliquée par le fait qu’on les désigne par des termes morphologiques qui ont pris avec l’usage un sens distinct de leur sens originel.

21Aussi, pour clarifier les concepts, nous définirons tout d’abord les grands ensembles morphologiques.

1. LES UNITÉS MORPHOLOGIQUES

22Ce sont du S.-W. vers le N.-E. : la côte pacifique, le versant occidental des Andes, la Cordillère Occidentale, les Hauts Plateaux, la Cordillère Orientale, le versant oriental des Andes, les collines subandines et le bas-pays amazonien (fig. 2). Ces unités sont allongées suivant la direction N.W.-S.E. et donc parallèles à l’axe de la chaîne.

Fig. 2. — Coupe topographique des Andes du Pérou central de la fosse du Pérou à l’Amazonie (Les hauteurs sont multipliées par 5)

23Ces divisions ont été adoptées par O. Dollfus dans son étude morphologique des Andes centrales et de leurs piémonts (1965) à laquelle j’emprunte la majeure partie de leur description.

24Avant d’entreprendre cette description, notons que l’ensemble Andes-fosse du Pérou est l’un des reliefs les plus marqués qui existe à la surface de la terre puisque la dénivellation totale de la Cordillère Occidentale à l’axe de la fosse est couramment de 11 000 m et qu’elle atteint 13 000 m au niveau de la Cordillère Blanche sur une distance de 310 km.

LA CÔTE

25Dans le Pérou central les derniers contreforts des Andes arrivent jusqu’au Pacifique au Nord de 12° 45’ S. ; entre eux s’étalent des nappes alluviales et des remblaiements désertiques. Au sud de 12° 45’ S. se dessine une véritable plaine côtière de 16 à 30 km de large dont le soubassement est constitué par des nappes alluviales anciennes.

26Plus au sud, au niveau de Pisco (13° 45 S.), les nappes alluviales du rio Pisco et le remplissage alluvial de la dépression intérieure drainée par le rio Ica sont coalescents et entre cette dépression et le Pacifique s’individualise un bourrelet côtier qui constitue l’extrémité nord de la « Cordillère de la côte ».

27La zone côtière est désertique et les conditions d’affleurement y sont bonnes, encore que les dépôts récents soient abondants.

LE VERSANT OCCIDENTAL DES ANDES

28Il passe de 0 à 5 000 m en une centaine de kilomètres de la ligne de la côte aux sommets de la Cordillère Occidentale.

29Ce grand versant flexuré a une pente générale régulière ; du sud-ouest au nord-est on y rencontre une zone très disséquée, gigantesque bad-land taillé dans Je batholite côtier, puis des plateaux volcaniques. Il est entaillé par des vallées dont l’encaissement peut atteindre 2 500 m et dont les versants très raides, 30° en moyenne, fournissent de bonnes coupes. Il arrive exceptionnellement que ces vallées isolent de l’axe de la Cordillère Occidentale des massifs montagneux élevés : c’est le cas, dans la zone étudiée, du rio Canette qui isole la Cordillère de Yauyos et, plus au nord, du Callejon de Huaylas drainé par le rio Santa, qui sépare les Cordillères Noire et Blanche.

LA CORDILLÈRE OCCIDENTALE, LES HAUTS PLATEAUX ET LA CORDILLÈRE ORIENTALE

30Le versant occidental des Andes est couronné par la Cordillère Occidentale, barrière rectiligne et parallèle à la côte, constituée de sommets fréquemment englacés qui dépassent le plus souvent 5 000 m. Dans cette cordillère, difficilement franchissable, les rares cols dépassent 4 500 m.

31Vers l’est, elle domine les Hauts Plateaux centraux larges d’une cinquantaine de kilomètres et dont l’altitude varie entre 3 800 m et 4 500 m. Ils sont drainés par des rivières tributaires de l’Amazone ; la plus importante, le rio Mantaro, les parcourt du nord vers le sud en les entaillant de plus en plus vigoureusement ; elle relie entre elles les dépressions intramontagneuses de Junin (3 900 m), Huancayo (3 200 m) et Ayacucho (2 100 m) puis rejoint l’Apurimac à 750 m d’altitude en traversant en gorge la Cordillère Orientale.

32Les sommets de la Cordillère Orientale ne forment pas une barrière continue, ils sont groupés en des massifs isolés qui culminent souvent à plus de 5 000 m (Huagaruncho : 5870 m), séparés par des vallées profondes.

33L’altitude et les conditions climatiques font que la couverture végétale est réduite sur les Hauts Plateaux et la Cordillère Occidentale, aussi les conditions d’affleurements y sont-elles très bonnes. Ces conditions facilitent notamment les études photogéologiques.

34La Cordillère Orientale, par contre, est souvent envahie par la brume et la végétation y est plus dense.

LE VERSANT ORIENTAL DES ANDES ET LE PIÉMONT AMAZONIEN

35Le versant oriental des Andes est plus raide que leur versant occidental : sur 30 à 50 km, on y passe de 4 500 à 800 m. A proximité des collines subandines le profil des lignes de crêtes montre souvent une rupture brutale, sans doute due à des failles ou flexures récentes.

36Les vallées sont profondément encaissées dans ce versant ; leurs flancs sont très raides et passent souvent vers le bas à des parois verticales.

37Les collines subandines succèdent vers l’est aux Andes s.s., elles culminent entre 1 000 et 2 000 m et s’abaissent régulièrement vers les axes des grands bassins de drainage. Au niveau du Pérou central, elles sont relayées vers l’est par de grands bombements récents, faillés vers l’est, les anticlinaux de Shira et de Vilcabamba.

38Ces derniers reliefs surplombent le bassin très plat où s’étalent les méandres du rio Ucayali et dont le bord oriental se relève légèrement à proximité de la frontière brésilienne.

39L’ensemble de cette région jouit d’un climat très humide, une végétation forestière ou herbacée dense la recouvre jusqu’à 3 500 m et les reliefs sont souvent recouverts par le brouillard à partir de 2 500 m.

40L’exploration de ces secteurs, sauf lorsqu’elle est entreprise avec de très gros moyens, se réduit à celle des routes et chemins muletiers dans la Cordillère Orientale et à celle des berges des rios subandins et amazoniens.

2. LES GRANDS TRAITS DE LA STRATIGRAPHIE

41La figure 3 définit les grandes unités stratigraphiques du Pérou central et leurs rapports liés à la superposition de trois étages structuraux précambrien, hercynien et andin, ce dernier comprenant à son tour trois sous-étages.

LA SÉDIMENTATION PRÉCAMBRIENNE

42Les séries précambriennes sont métamorphiques ; le plus souvent de faciès « schistes verts », elles atteignent par endroits le faciès amphibolite profond. Les schistes sériciteux et chloriteux, les micaschistes et les gneiss qui la composent dérivent de séries terrigènes et volcanodétritiques, parfois à caractère flysch, auxquelles sont associées des roches ultrabasiques.

LA SÉDIMENTATION HERCYNIENNE

Le paléozoïque inférieur

43Dans le Pérou central, seuls les sédiments du Paléozoïque inférieur forment le matériel plissé de la chaîne hercynienne. Le Paléozoïque inférieur débute par un conglomérat discordant sur le Précambrien. Le Cambrien, peut-être présent dans la zone subandine, n’a pas été identifié par des fossiles. L’Ordovicien, en règle générale, est représenté par des shales cependant que le Dévonien est plus grossièrement détritique avec des faciès flysch à dominante gréseuse. Les rares intercalations calcaires et volcanodétritiques observées dans la série se situent plutôt dans l’Ordovicien. Au total, elle mesure plus de 2 000 m.

44On ne dispose pas d’éléments suffisants pour reconstituer la paléogéographie du Paléozoïque inférieur à l’échelle de la région étudiée.

Le paléozoïque supérieur

45Les séries du Paléozoïque supérieur sont liées à la chaîne hercynienne car plus au sud-est, dans le sud du Pérou et en Bolivie, elles sont plissées à l’Hercynien. Aussi les étudierons-nous dans ce cadre hercynien. Il n’en reste pas moins que dans le Pérou central, où la tectonique tardihercynienne n’est que cassante, elles appartiennent déjà à la base du système andin.

Fig. 3. — Les séries stratigraphiques du Pérou Central
1. Ignimbrites. 2. Séries volcaniques et volcanosédimentaires. 3. Brèches. 4. Conglomérats. 5. Grès. 6. Shales. 7. Calcaires. 8. Marnes et calcaires marneux. 9. Calcaires bitumineux. 10. Flyschs. 11. Granites andins néotertiaires [γ a2]. 12. Granites andins éotertiaires ou fini-crétacés [γ a1] et granites jurassiques [γj]. 13. Granites tardihercyniens [γ h2]. 14. Granites éohercyniens [γ h1]. 15. Granites précambriens [γ pe]. 16. Métamorphites précambriennes [pЄ] Pal-i-m = Paléozoïque inférieur et moyen. Pal.s. = Paléozoïque supérieur, hi = Mississipien. hs = Pennsylvanien. ri = Permien inférieur. rs = Permien supérieur. ts = Trias supérieur. ji = Lias. ci = Crétacé inférieur. cm-s1 = Crétacé moyen et supérieur jusqu’au Santonien inférieur. cS2-e = Crétacé terminal et Eocène. o = Oligocène. m = Miocène. pi = Pliocène inférieur. ps = Pliocène supérieur. q = Quaternaire

46Ces séries peu déformées sont très fossilifères et ont été bien étudiées. Ce sont, à la base, des molasses essentiellement continentales du Carbonifère inférieur dont le dépôt est suivi d’un épisode volcanique. La transgression marine du Pennsylvanien les recouvre de grès et shales avec de nombreuses intercalations calcaires. Puis vient la mer du Permien inférieur où la sédimentation carbonatée prédomine. Ces séries marines contiennent une faune abondante, qui comprend notamment des fusulinidés.

47Une émersion a lieu au Permien supérieur. Elle provoque une reprise de l’érosion et le dépôt de molasses rouges, continentales pour l’essentiel, fréquemment intercalées de roches volcaniques acides à intermédiaires.

48Ces séries rouges sont mal datées et peuvent éventuellement monter dans le Trias, aussi le passage du cycle hercynien au cycle andien reste-t-il mal défini dans le temps.

49L’épaisseur de la série permocarbonifère est très variable ; elle peut atteindre 4 000 m dans la Cordillère Orientale mais passe rapidement à quelques centaines de mètres sur les Hauts Plateaux.

50Cette variation a des causes diverses : approche des limites des bassins de sédimentation, érosion au Permien moyen, érosion avant le dépôt du Trias marin.

LA SÉDIMENTATION ANDINE

La période de sédimentation s.s., du Ladinien au Santonien

51La transgression marine du Norien marque le début du cycle de sédimentation andin dans presque tout le Pérou central, mais le travail de P. Levin (1974) montre que la mer a pu s’installer dès le début du Ladinien, au moins dans certains secteurs. Au Trias supérieur, la mer recouvre la plus grande partie du Pérou septentrional, mais dans le centre elle semble limitée à un sillon plus étroit axé sur la Cordillère Orientale ; ce bras de mer n’atteint pas le sud du Pérou.Le Noro-Rhétien est représenté par des dolomies et des calcaires souvent riches en cherts.

52La mer s’étend plus largement au Lias : il s’y dépose d’abord une série bitumineuse puis des calcaires et dolomies qui montent jusque dans l’Aalénien.

53Ces séries triasico-liasiques carbonatées n’affleurent qu’au nord-est de la Cordillère Occidentale ; leur épaisseur maximum de 2 500 à 3 000 m est atteinte sur les Hauts Plateaux et en quelques points du bord nord-est de la Cordillère Orientale ; vers le nord-est elles s’amincissent puis disparaissent une cinquantaine de kilomètres à l’est du pied des Andes orientales.

54Le Bajocien, connu seulement en quelques points sous forme de calcaires sableux, témoigne d’une régression qui est complète au Bathonien.

55Au Malm, une transgression locale affecte le bourrelet côtier cependant que des molasses rouges continentales se déposent dans la zone subandine.

56Au Crétacé la sédimentation est contrôlée par un dispositif paléogéographique qui comprend, du sud-ouest vers le nord-est :

  1. Un bassin ouest-péruvien en communication avec le Pacifique à travers une guirlande d’îles volcaniques ;
  2. Une zone positive avec une plateforme suivie d’un géanticlinal dit « du Marañon » ;
  3. Un bassin est-péruvien qui à l’est remonte en pente douce vers le bouclier brésilien.

57Au Néocomien et à l’Aptien, des séries surtout marines se déposent dans le bassin ouest-péruvien : dans sa partie occidentale, ce sont plus de 2 500 m de sédiments terrigènes associés à des calcaires et à des produits volcaniques ; dans sa partie orientale ils passent à des grès et shales épais de 1 000 à 1 500 m. Dans le même temps, la plateforme reçoit seulement quelques centaines de mètres de dépôts continentaux gréseux et le géanticlinal reste en grande partie émergé. Simultanément, le bassin est-péruvien collecte des sédiments détritiques littoraux épais de près de 600 m.

58Une transgression marine générale a lieu à l’Albien moyen et la mer ne se retire pas avant le Santonien. Le géanticlinal du Marañon lui-même n’est plus qu’un seuil dont certains secteurs pourront émerger au cours du Crétacé supérieur. La sédimentation au cours du Crétacé supérieur est essentiellement calcaire, sauf dans la partie occidentale du bassin ouest-péruvien où se mettent en place des séries volcaniques et volcano-détritiques ; vers l’est les calcaires se chargent en éléments détritiques fins puis de plus en plus grossiers à l’approche du bouclier brésilien. L’épaisseur des séries varie de plus de 2 500 m sur la côte à 900 m sur la plateforme et 500 m dans le bassin est-péruvien.

La sédimentation pendant la période orogénique, au Crétace terminal et au Cénozoïque

59Au Santonien a lieu la première manifestation de la tectorogenèse andine. Sur le plan stratigraphique, elle se traduit par l’interruption presque totale de la sédimentation marine dans le Pérou central et par le dépôt de formations molassiques rouges, les « couches rouges », qui, selon les régions, sont, concordantes ou discordantes sur leur substratum. Dans la Cordillère Occidentale, leur âge va du Crétacé terminal à l’Eocène supérieur. Sur les Hauts Plateaux, il monte au moins jusque dans l’Oligocène basai et leur épaisseur, très variable, atteint 3 000 m. Dans la zone subandine et l’Amazonie elles dépassent 3 000 m et représentent le Crétacé terminal et tout le Tertiaire.

60Après que les « couches rouges » aient été plissées dans le secteur andin, des masses importantes de roches effusives souvent resédimentées dans des bassins lacustres se mettent en place au cours du Tertiaire supérieur ; elles se localisent dans la partie supérieure du versant occidental des Andes et empiètent un peu sur la Cordillère Occidentale et les Hauts Plateaux. Dans cette série qui, par endroits, mesure plus de 2 000 m, on observe des discordances correspondant à des plissements peu intenses. Le plus récent, d’âge pliocène, affecte aussi la zone subandine et une grande partie de l’Amazonie péruvienne.

61Des séries pliocènes et quaternaires liées à la montée récente de la chaîne et à son érosion, notamment glaciaire, couronnent la colonne stratigraphique.

3. LES GRANDS TRAITS DE L’ÉVOLUTION STRUCTURALE ET MAGMATIQUE

62Au sud de l’Equateur, les Andes montrent cla rement la superposition de 3 édifices tectoniques :

  • La chaîne andine proprement dite dont la construction a commencé au Crétacé supérieur et où la déformation continue à notre époque.
  • La chaîne hercynienne (cf. Mégard et al., 1971) qui, dans le Pérou central, s’est édifiée pour l’essentiel au Dévonien supérieur (phase éohercynienne).
  • Un substratum précambrien complexe où se superposent plusieurs orogènes dont le dernier serait d’âge « baïkalien ».

63La figure 4 résume l’évolution des Andes centrales depuis le début du Paléozoïque.

64On sait peu de choses sur le substratum précambrien, qui est polymétamorphique et montre des structures plissées polyphasées ; des roches ultrabasiques préorogéniques et des roches granitiques syn et postorogéniques lui sont associées.

65La chaîne éohercynienne présente une zone axiale où les structures tendent vers un style isoclinal et sont souvent polyphasées ; la schistosité y est bien développée et on y observe dans quelques secteurs un métamorphisme du faciès schistes verts. Des granites syn et post-orogéniques sont associés à cette phase ; enfin le volcanisme mississipien est lié à un épisode de distension qui est l’un des derniers stades de la phase éohercynienne. Mais le volume total du magmatisme est mal connu.

66Au cours du Paléozoïque supérieur la distension est le processus tectonique dominant. Elle se fait sentir à peine terminée la tectogenèse éohercynienne et, sporadiquement, au cours du Pennsylvanien et du Permien inférieur. Au Permien moyen de nombreuses failles normales se créent ou rejouent, des granites se mettent en place et on parle d’une phase tardihercynienne qui serait contemporaine de la véritable tectogenèse reconnue au nord du lac Titicaca et sans doute en Bolivie. Ces mouvements de blocs, accompagnés d’émissions volcaniques, se poursuivent au long du Permien supérieur et, vraisemblablement, au Trias inférieur.

67Vient ensuite, du Ladinien au Santonien, la période très calme où s’effectue l’essentiel de la sédimentation andine ; on n’y enregistre que la naissance de vastes bombements et dépressions sans doute liées au jeu de failles de subsidence ; par contre le magmatisme synsédimentaire est très développé à proximité d’une guirlande d’îles volcaniques à substratum sialique, qui semble être un arc magmatique typique des zones péripacifiques avec zone de subduction.

68Au Santonien commence la tectorogenèse andine dans laquelle, depuis G. Steinmann (1929) on distingue trois phases de plissement « péruvienne », « incaïque » et « quechua » qui se placent respectivement à la fin du Crétacé, à la fin de l’Eocène et au Mio-Pliocène. La première est limitée à certains secteurs de la zone andine, que la seconde affecte plus largement. La troisième correspond en fait à deux phases de compression distinctes, l’une miocène, l’autre pliocène, dont les effets sont difficiles à distinguer ; la phase miocène affecterait surtout la zone andine, alors que les effets de la phase pliocène s’étendent de plus à toute la zone subandine.

69Dans la plupart des zones structurales que nous recenserons dans le paragraphe 4, les structures andines sont des plis ouverts sans déversement privilégié ; la schistosité et éventuellement un métamorphisme léger sont confinés à des secteurs limités. Les rares chevauchements se situent sur des zones de faiblesse plus anciennes. Le raccourcissement total est de l’ordre de 100 km.

Fig. 4. — Evolution de la chaîne des Andes au niveau du Pérou Central, du Permien supérieur à l’époque actuelle
1. Substratum précambrien et hercynien. 2. Pour chaque étape A, B, C et D, terrains andins d’âge antérieur à l’étape considérée. 3. Séries terrigènes. 4. Séries carbonatées. 5. Séries volcaniques et volcanodétritiques. 6. Granitoïdes andins. 7. Granitoïdes du socle. 8. Ensemble des terrains andins pour la coupe actuelle des Andes. La teinte noire indique les appareils volcaniques. Les flèches divergentes indiquent un régime de distension dans le secteur correspondant. Li = Lima, LO = La Oroya

70Contrastant avec cette tectonique assez peu intense, le magmatisme andin est imposant et ses produits sont essentiellement calco-alcalins. Le batholite « côtier » se met en place entre la fin du Crétacé et le début du Miocène, on le suit sur plus de 1 300 km et sa largeur dépasse souvent 50 km. Des stocks circonscrits miocènes et pliocènes, auxquels souvent sont associées des minéralisations, font intrusion plus à l’est ; enfin, certains des petits batholites du versant oriental des Andes sont aussi d’âge crétacé-tertiaire.

71L’activité volcanique tardi et post-tectonique débute faiblement à l’Eocène, devient prépondérante après la phase fini-éocène et, dans le centre, se poursuit vraisemblablement jusqu’au Pliocène.

72C’est sans doute vers la fin du Miocène que des surfaces d’érosion confondues sous l’appellation générique de « surface Puna » régularisent les reliefs. Cette surface est déformée essentiellement au Pliocène par un bombement à grand rayon de courbure qui donne aux Andes l’essentiel de leur relief. Enfin, l’érosion et la sédimentation quaternaire ainsi que la néotectonique achèvent de donner à la chaîne son modelé actuel. Les tremblements de terre et les déformations de surface qui leur sont associés montrent qu’une tectonique vivante modifie encore les Andes de nos jours.

Fig. 5. — Schéma structural des Andes du Pérou Central
A. — Chaîne andine. 1. Volcanites post-tectoniques (Plio-Quaternaire). 2. Volcanites déformées (Oligocène et Néogène). 3. Terrains sédimentaires mésocénozoïques. 4. Granitoïdes
B. — Substratum pré-andin. 5. Terrains éohercyniens (Pal. inférieur et moyen). 6. Précambrien. 7. Granitoïdes
C. — Symboles tectoniques. 8. Failles normales, les barbelures indiquent le bloc abaissé. 9. Failles chevauchantes, les dents indiquent le bloc chevauchant. 10. Décrochements. 11. Plis, la dent indique le pendage du plan axial. 12. Flexures, la flèche indique le sens de déversement

4. LES ZONES STRUCTURALES ET LEURS CARACTÉRISTIQUES

73La coupe générale schématique de la chaîne (fig. 4, E) et le schéma structural de la figure 5 montrent clairement qu’une subdivision en zones structurales peut être faite perpendiculairement à son axe. Cette subdivision est basée sur des critères structuraux, l’intensité de la tectonique andine en particulier, critères liés en partie à l’évolution du secteur considéré en cours des périodes antérieures à la tectorogenèse andine. On distingue ainsi cinq grandes zones structurales qui sont, du sud-ouest vers le nord-est, c’est-à-dire de l’intérieur vers l’extérieur de la chaîne : la zone côtière, la Cordillère Occidentale, les Hauts Plateaux, la Cordillère Orientale et la zone subandine qui s’appuie sur la masse stable du Bouclier Brésilien (fig. 6).

74Nous allons passer brièvement en revue leurs principales caractéristiques.

LA ZONE CÔTIÈRE

75Jusqu’à 13° 30’ S. elle est extrêmement étroite et correspond à une frange de sédiments mésozoïques surtout volcanodétriques faiblement plissés comprise entre le rivage pacifique et le batholite côtier.

76Au sud de 13° 30’ S., elle a 50 à 100 km de large au niveau d’Ica et Nazca. Du côté pacifique, elle comprend les reliefs du bourrelet côtier où affleurent un socle précambrien fortement plissé et métamorphique et des lambeaux de couverture paléozoïque et méso-cénozoïque très faiblement plissés. Ce secteur s’est trouvé en marge des zones axiales des chaînes hercynienne et andine. Par contre la tectonique cassante, principalement distensive, le divise en une mosaïque de blocs et induit des flexures dans la couverture. En position externe le bourrelet côtier est flanqué par la dépression d’Ica dont le soubassement mésozoïque est encore peu déformé.

77La zone côtière et le bourrelet côtier en particulier contiennent de nombreux granites dont l’âge est mal connu ; certains sont sûrement précambriens et paléozoïques, d’autres se sont peut-être mis en place au Jurassique, d’autres enfin sont sûrement andins. Par ailleurs, le volcanisme synsédimentaire mésozoïque est particulièrement intense.

LA CORDILLÈRE OCCIDENTALE

78J’englobe ici sous la dénomination de Cordillère Occidentale non seulement l’alignement de hauts sommets qui en constituent le faîte mais également la totalité du versant pacifique depuis la zone côtière. Cette unité s’est individualisée au cours des phases du Crétacé terminal et de l’Eocène terminal. Le Trias, le Lias et le Dogger n’affleurent pas mais la série marine du Jurassique terminal-Crétacé, complétée par des molasses éocènes du côté nord-est, atteint à elle seule 5 000 m. Le plissement est modéré à intense et s’accompagne souvent de schistosité ; les plans axiaux sont proches de la verticale. La zone faîtière de la Cordillère montre des failles inverses raides et des chevauchements déversés vers le nord-est en direction des Hauts Plateaux.

79La continuité de l’unité structurale de la Cordillère Occidentale est interrompue par le batholite côtier allongé parallèlement aux structures et qui occupe toute la partie inférieure du versant pacifique sur une largeur qui atteint 50 km. Cependant, des restes du toit du batholite et des septa épargnés par l’intrusion permettent de retrouver le style de la déformation des séries mésozoïques sur l’emplacement du batholite.

80La couverture volcanique forme une unité à part, déformée tardivement et en général faiblement. Au nord de 12° 30 S., elle suit les alignements N.W.-S.E. et se cantonne essentiellement à la partie supérieure du versant pacifique ; mais plus au sud elle gagne tant en direction du Pacifique que des Hauts Plateaux qu’elle recouvre presqu’intégralement à la latitude d’Ayacucho où débute le vaste plateau volcanique du Sud Péruvien. Au niveau de la couverture volcanique, la division entre Cordillère Occidentale et Hauts Plateaux n’a donc pas de sens, puisqu’elle ne se traduit pas par un changement du style tectonique.

Fig. 6. — Zonation morphostructurale du Pérou Central

LES HAUTS PLATEAUX

81Pour les Hauts Plateaux, unité structurale et unité morphologique sont confondues. La série mésozoïque et éocène s’enrichit vers le bas par l’adjonction de termes liasiques et triasiques ; exception faite de quelques pointements paléozoïques, elle affleure presque seule au nord de 13° S.

82Dans la partie sud-ouest des Hauts Plateaux, les phases tertiaires interviennent seules, donnant au nord de 12° S. quelques vastes dômes et cuvettes auxquels succèdent plus au sud des anticlinaux larges et réguliers qui ne se compliquent que localement comme au niveau de Huancavelica.

83Lorsqu’on va vers le nord-est, on franchit la ligne tectonique du Mantaro, marquée par des failles inverses raides chevauchantes vers le sud-ouest et on entre dans la partie nord-est des Hauts Plateaux plissée plus intensément et où les structures sont compliquées par de nombreux plis mineurs plurihectométriques. Elle appartient à un massif qui s’étend plus largement au nord-est dans la Cordillère Orientale et qui a été affecté par la phase du Crétacé terminal, puis par les phases tertiaires. Sur les Hauts Plateaux on ne connaît que de petits stocks circonscrits. Le volcanisme ignimbritique est important vers 11° S. et nous avons vu qu’au sud de 13° S., le plateau volcanique sud-péruvien cache les structures plus anciennes.

LA CORDILLÈRE ORIENTALE

84Du point de vue structural, cette dénomination couvre la Cordillère Orientale s.s. et le versant oriental des Andes jusqu’aux collines subandines. C’est un anticlinorium andin majeur à faible déversement nord-est où affleurent essentiellement les tectorogènes précambriens et hercyniens. Entre 11° 15 S. et 13° S. sa couverture triasicoliasique est conservée dans le synclinorium de Ricran ; de plus des lambeaux de couches rouges du Crétacé terminal recouvrent directement le Paléozoïque de l’anticlinorium en deux points.

85Au niveau du Pérou central, la phase andine du Crétacé terminal a profondément remanié les orogènes anciens et plissé vigoureusement le Paléozoïque supérieur, le Trias et le Lias, qui souvent sont situés sous le front de schistosité. La phase mio-pliocène serait par contre responsable de la mise en place ou du rejeu des grandes failles longitudinales qui découpent cette Cordillère.

86Des batholites complexes, tant du point de vue de l’âge que de la nature de leurs différentes parties, occupent de vastes surfaces dans la Cordillère Orientale du Pérou central.

87La répartition des isobathes de la discontinuité de Mohorovicic (James, 1971), semble prouver que la Cordillère Orientale est presqu’entièrement réajustée isostatiquement.

LA ZONE SUBANDINE

88Un amortissement rapide des structures s’observe dans les collines subandines, sur une cinquantaine de kilomètres au nord-est de la retombée de la Cordillère Orientale. Des plis simples, légèrement déversés vers le nord-est, dus à la seule phase pliocène, affectent une série « andine » qui va du Cambrien au Pliocène. Les collines subandines se prolongent vers le nord-est avec les deux vastes bombements de Shira et de Vilcabamba qui se terminent au nord-est par des flexures brutales ou des failles inverses raides à regard nord-est. Au nord et à l’est de Shira et à l’est de Vilcabamba s’étend la plaine de l’Ucayali où l’on connaît encore quelques structures de direction andine ; un anticlinal faillé de direction nord-ouest - sud-est situé au Brésil, dans le territoire d’Acre, à 900 km de la fosse océanique péruvienne, est le témoin le plus oriental de la tectorogenèse andine. Le magmatisme est pratiquement nul dans la zone subandine.

E. MÉTHODES UTILISÉES ET RÉSULTATS DE CETTE ÉTUDE

89Parmi les données générales que nous avons passées en revue, un grand nombre sont classiques ou proviennent de la réinterprétation de faits déjà connus. D’autres représentent un apport original de l’étude que j’ai entreprise, apport que nous allons chercher ici à délimiter.

90Au début de ce travail, en 1964, seule la cartographie géologique des zones les plus accessibles du Pérou central avait été réalisée et encore demandait-elle une sérieuse révision du fait des progrès de la stratigraphie, en particulier celle du Crétacé et du Permo-Carbonifère. Aussi mon travail essentiel a été la cartographie géologique, sur photographies aériennes au 1/50 000, d’une surface de près de 17 000 km2 ; ces levés ont été réalisés dans le cadre de la préparation de la carte géologique du Pérou au 1/100 000 et en collaboration avec les géologues du Service Géologique du Pérou. J’ai également effectué la reconnaissance d’un territoire de plus de 4 000 km2 dans la Cordillère orientale et la zone subandine, où j’ai étudié des sections transversales espacées de 10 à 30 km. Les résultats de ce travail sont cinq feuilles au 1/100 000 en cours de publication au Pérou et la carte au 1/500 000 du Pérou central jointe à ce mémoire qui rassemble mes données et celles parfois modifiées de mes collègues péruviens, de E. J. Cobbing et de J. V. Harrison.

91Pour ce qui est de la stratigraphie, je me suis attaché plus particulièrement à l’étude de certaines formations relativement mal connues. Dans le Paléozoïque inférieur, la découverte de quelques gisements fossilifères nouveaux n’a fait que confirmer les maigres trouvailles de mes prédécesseurs. Dans le Paléozoïque supérieur, par contre, l’analyse de nombreuses coupes a fait apparaître des changements de faciès latéraux spectaculaires et permis de préciser la paléogéographie à cette époque. L’âge, mal connu, du sommet des formations calcaires triasicoliasiques a pu être précisé en plusieurs points .De même la chronologie des couches rouges du Crétacé terminal-Eocène a été précisée grâce à la collaboration de l’Institut Français des Pétroles et du professeur Grambast.

92La reconnaissance des grandes structures, produit de la cartographie, a été complétée par une étude microtectonique. Celle-ci a été pratiquée localement dans le substratum hercynien et précambrien ainsi que dans les secteurs de la chaîne andine les plus intensément déformés. Elle apporte des résultats mais demande de toute évidence à être complétée.

93L’étude pétrologique des roches ignées et métamorphiques n’est qu’ébauchée ici et encore est-elle due à la collaboration de J.-P. Bard, R. Capdevila et C. Lefevre et au report des données de E. J. Cobbing et W. S. Pitcher.

94En résumé, les principaux résultats de cette étude sont les suivants du point de vue analytique :

  • Au niveau du substratum précambrien et paléozoïque, les caractères respectifs des orogènes précambrien, éohercynien et de la couverture permo-carbonifère ont été précisés. Les orogènes précambrien et éohercynien ont pu, de ce fait, être cartographiés séparément. Le rôle respectif des phases éohercynienne, véritable plissement d’âge dévonien supérieur, et tardihercynienne, qui ne se manifeste que par de la tectonique cassante, a été délimité et le magmatisme associé à chacune de ces phases a été différencié.
  • Au niveau de la chaîne andine s.s., le rôle, l’âge et le style des trois phases tectogéniques ont été redéfinis. Dans la Cordillère Orientale, le rôle essentiel de la phase du Crétacé terminal est apparu à la suite de la découverte de couches rouges discordantes p.p. d’âge Crétacé terminal. Dans la Cordillére Occidentale un style original de plis en chevron avec schistosité postérieure à la mise en place de petites nappes locales a été mis en évidence ; toutes ces structures dateraient de l’Eocéne supérieur.
  • Enfin, l’existence d’une néotectonique active : avec des structures liées, les unes à la compression, les autres à de la distension, a été démontrée.

95Du point de vue de l’interprétation, la synthèse de ces résultats et des données plus anciennes que nous avons vérifiées sur le terrain permet de critiquer certains modèles de tectonique des plaques qui font de la compression un effet du magmatisme et de proposer un schéma évolutif pour les Andes centrales où le plissement est la conséquence d’une variation du mouvement relatif des plaques.

***

Table des illustrations

Légende Fig. 1. — Esquisse structurale des AndesA. — Océans. 1. Fosses océaniques. 2. Limites des rides océaniques et, localement, du plateau continental.B. — Andes. 3. Secteurs dotés d’un magmatisme ophiolitique pré-orogénique. 4. Secteurs dotés d’un magmatisme andésitique pré-orogénique. 5. Zones d’affleurement du substratum précambrien et hercynien remanié dans la chaîne andine. 6. Bassins tertiaires intra-montagneux subsidents. 7. Autres secteurs de la chaîne. 8. Décrochements. 9. Chevauchements principauxC. — Craton sud-américain. 10. Boucliers précambriens et, en blanc, couverture des boucliers
URL http://books.openedition.org/ifea/docannexe/image/1455/img-1.jpg
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Légende Fig. 2. — Coupe topographique des Andes du Pérou central de la fosse du Pérou à l’Amazonie (Les hauteurs sont multipliées par 5)
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Légende Fig. 3. — Les séries stratigraphiques du Pérou Central1. Ignimbrites. 2. Séries volcaniques et volcanosédimentaires. 3. Brèches. 4. Conglomérats. 5. Grès. 6. Shales. 7. Calcaires. 8. Marnes et calcaires marneux. 9. Calcaires bitumineux. 10. Flyschs. 11. Granites andins néotertiaires [γ a2]. 12. Granites andins éotertiaires ou fini-crétacés [γ a1] et granites jurassiques [γj]. 13. Granites tardihercyniens [γ h2]. 14. Granites éohercyniens [γ h1]. 15. Granites précambriens [γ pe]. 16. Métamorphites précambriennes [pЄ] Pal-i-m = Paléozoïque inférieur et moyen. Pal.s. = Paléozoïque supérieur, hi = Mississipien. hs = Pennsylvanien. ri = Permien inférieur. rs = Permien supérieur. ts = Trias supérieur. ji = Lias. ci = Crétacé inférieur. cm-s1 = Crétacé moyen et supérieur jusqu’au Santonien inférieur. cS2-e = Crétacé terminal et Eocène. o = Oligocène. m = Miocène. pi = Pliocène inférieur. ps = Pliocène supérieur. q = Quaternaire
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Légende Fig. 4. — Evolution de la chaîne des Andes au niveau du Pérou Central, du Permien supérieur à l’époque actuelle1. Substratum précambrien et hercynien. 2. Pour chaque étape A, B, C et D, terrains andins d’âge antérieur à l’étape considérée. 3. Séries terrigènes. 4. Séries carbonatées. 5. Séries volcaniques et volcanodétritiques. 6. Granitoïdes andins. 7. Granitoïdes du socle. 8. Ensemble des terrains andins pour la coupe actuelle des Andes. La teinte noire indique les appareils volcaniques. Les flèches divergentes indiquent un régime de distension dans le secteur correspondant. Li = Lima, LO = La Oroya
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Légende Fig. 5. — Schéma structural des Andes du Pérou CentralA. — Chaîne andine. 1. Volcanites post-tectoniques (Plio-Quaternaire). 2. Volcanites déformées (Oligocène et Néogène). 3. Terrains sédimentaires mésocénozoïques. 4. GranitoïdesB. — Substratum pré-andin. 5. Terrains éohercyniens (Pal. inférieur et moyen). 6. Précambrien. 7. GranitoïdesC. — Symboles tectoniques. 8. Failles normales, les barbelures indiquent le bloc abaissé. 9. Failles chevauchantes, les dents indiquent le bloc chevauchant. 10. Décrochements. 11. Plis, la dent indique le pendage du plan axial. 12. Flexures, la flèche indique le sens de déversement
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Légende Fig. 6. — Zonation morphostructurale du Pérou Central
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