La zone de failles imbriquées de la région de Québec consiste en une série de chevauchements, à vergence vers le nord-ouest, qui répètent par imbrication les faciès plus distaux de la plate-forme du Saint-Laurent, soit géographiquement les roches à l’extrémité Sud-Est de ladite plate-forme (St-Julien 1995). Ces chevauchements impliquent des roches de plus en plus anciennes en allant du nord-ouest vers le sud-est, c’est-à-dire vers le front appalachien. Par définition, la zone de failles imbriquées est limitée par deux failles de chevauchements majeurs (figure 1.4): la ligne Logan (et la nappe de la Chaudière) au Sud-est et la faille d’Aston au nord-ouest (Globensky, 1987, St-Julien, 1995).

En regardant plus spécifiquement le terrain à l’étude (figure 3.1 et carte 1), près d’une dizaine de chevauchements majeurs se distinguent de la structure générale. Ils surviennent généralement avec une même fréquence d’environ 1-2 kilomètres d’intervalle. Associés à chacun de ces chevauchements majeurs, des plis de grande envergure sont présents tout au long de la coupe. Avec une amplitude de près d’un kilomètre, les plis se caractérisent par une faible plongée et un plan axial déversé vers le nord-ouest. En outre, le flanc Nord-Ouest des plis régionaux est généralement coupé par les chevauchements, et seulement un flanc des plis de grande envergure n’est visible sur l’affleurement, ou du moins le flanc sud-est des plis est sur-représenté par rapport au second. Il faut noter aussi que les failles de chevauchements observés sont sub-parallèles à la surface axiale des plis régionaux. Sur le terrain, les plis observés à l’échelle mésoscopique reflètent la géométrie des structures régionales. Ils sont de types asymétriques et leur flanc long est incliné vers le nord-ouest. La longueur d’ondes des plis est très variable, mais sont généralement d’ordre décimétrique.

La structure la plus importante du terrain à l’étude est sans nul doute le synclinal de la Pointe Aubin (figure 2.5 et carte 1). Le pli plonge faiblement vers le sud-ouest et est déversé vers le nord-ouest. Son flanc Nord est tout de même visible, mais une bonne partie est tronquée par une série de chevauchements tout juste au Nord. Et au Sud-Est, un autre chevauchement vient terminer le synclinal. Les strates sont majoritairement parallèles d’un côté ou de l’autre de l’axe du synclinal, dû au déversement de ce dernier.

Le terrain à l’étude a été séparé en six domaines structuraux (figure 3.2), qui se succèdent d’Ouest en Est, afin d’obtenir une meilleure uniformité dans les mesures. En effet, à prime abord, les plis semblent changer sensiblement d’orientation, dans le sens horaire, en allant vers l’est et le front orogénique des Appalaches. Le domaine 1 (figure 3.2) englobe la portion du terrain entre la faille d’Aston jusqu’au premier chevauchement de la Pointe Aubin, soit juste au nord-ouest du synclinal (Annexe). Ensuite, le corridor de failles du flanc Nord-Ouest du synclinal de la Pointe Aubin (Annexe) est exclusivement réservé au domaine 2 (figure 3.2). Le domaine 3 (figure 3.2) comprend le synclinal de la Pointe Aubin (Annexe). Le domaine 4 (figure 3.2) contient la zone de plis suivant la faille marquant la limite Sud-est du synclinal de la Pointe Aubin (Annexe). La suite de la coupe jusqu’à la Pointe Saint-Nicolas (Annexe) appartient au domaine 5 (figure 3.2). Et enfin, le domaine 6 (figure 3.2) inclut tout le reste de l’affleurement jusqu’à la faille Logan (Annexe) que l’on peut voir traverser les falaises, soit là où le passage de cette faille est le plus en évidence aux environs de Québec.

Les éléments structuraux reconnus dans la région pour l’étude des plis sont la stratification (S₀ ), le clivage (S₁ ), la charnière (B₁ ) ainsi que la surface axiale des plis mésoscopiques. En tout, près de 800 mesures d’orientation des différents éléments structuraux relevés sur le terrain ont été reportées par projection stéréographique sur un canevas équiaire de Schmidt. Il est à noter que seules les données recueillies entre 2000 et 2002 ont été utilisées pour cette analyse. Une évaluation des divers paramètres statistiques reflétant l’orientation moyenne de chacun des éléments structuraux a été faite, préalablement divisés en six domaines structuraux, discuté ci-haut au point 3.1.2. Ces projections et statistiques sont données aux figures 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 alors que le tableau 3.1 en fait le résumé. Certaines de ces projections ne comportent qu’un nombre très restreint de mesures, mais ont été données ici à titre indicatif car elles reflètent malgré tout l’orientation moyenne des structures régionales.

L’analyse statistique de l’orientation des pôles à la stratification (πS₀ ) montre d’abord qu’ils sont presque entièrement tous concentrés dans un même quadrant, soit celui Nord-Ouest, ce qui indique que le grain de la roche s’oriente globalement vers le nord-est et est modérément à fortement incliné vers le sud-est. Ainsi, les deux flancs des plis se retrouvent indistinctement dans ce même quadrant. Il en va de même pour tous les domaines. Ceci est dû au caractère déversé des plis de la région. Concernant particulièrement les domaines 2 à 6, les pôles à la stratification ne se disposent pas clairement autour d’un grand cercle, mais plutôt sur une plage plutôt étendue, ce qui laisse présager qu’à l’intérieur de ces domaines, la déformation n’est pas uniforme ou, du moins, les données montrent que les plis ne seraient pas parfaitement cylindriques et même pas du tout. Comme le définissent bien Ramsay et Huber (1987), lorsque plus de 90% des données tombent à l’intérieur d’un angle de 10° avec le meilleur grand cercle aux pôles de la stratification (πS₀ ), nous pouvons utiliser le terme cylindrique pour décrire nos plis. Dans ce cas-ci, la majorité des données tombent à l’extérieur de cette limite et nous pouvons alors dire que les données recueillies ne nous indiquent pas que les plis sont cylindriques.

Le pôle (π) du meilleur grand cercle aux pôles de la stratification (πS₀ ) de chacun des domaines varie légèrement d’Ouest en Est. En effet, une différence de plus de 25° sépare le domaine 1 du domaine 6 et on remarque ainsi une légère rotation des πS₀ dans le sens horaire. La même observation est notée en ce qui a trait aux axes de plis moyens (β) de chacun des domaines, suivant un éventail de N039 à N058 pour les domaines 1 à 6. D’ailleurs, la moyenne statistique des pôles (π) du meilleur grand cercle aux pôles de la stratification (πS₀ ) de chacun des domaines nous donne des résultats très similaires aux axes de plis moyens (β) des domaines respectifs, ce qui est, par définition, normal.

Les axes de plis montrent des orientations très diverses de plongement faible à modéré et ce, à l’intérieur de chacun des domaines. L’analyse statistique permet de constater que l’axe de plissement (que ce soit π ou bien β) a tendance, dans un même domaine, à plonger tantôt vers le nord-est, tantôt vers le sud-ouest. Ce phénomène est particulièrement frappant à l’intérieur des domaines 2, 3 et 6. Cette caractéristique est typique des zones de failles imbriquées où l’on retrouve généralement des plis droits et à faible plongée. Ainsi, certains plis peuvent facilement avoir une double-plongée suite à une simple petite variation de degrés de plongée dû principalement à une ondulation de l’axe de la charnière.

Au total, plus de 225 mesures d’orientation de plans de faille relevées sur le terrain ont été reportées par projection stéréographique sur un canevas équiaire de Schmidt. Encore une fois, seules les données recueillies entre 2000 et 2002 ont été utilisées pour cette analyse. L’évaluation des divers paramètres statistiques reflétant l’orientation moyenne de chacun des plans de faille a été faite conformément à la méthodologie adoptée pour l’analyse des plis, c’est-à-dire en utilisant les mêmes domaines structuraux. Ces projections et statistiques sont donnés aux figures 3.6 et 3.7. Certaines de ces projections ne comportent qu’un nombre très restreint de mesures, telles les failles normales, mais ont été données ici à titre indicatif car elles reflètent malgré tout l’orientation moyenne des structures régionales.

Les axes de plis montrent des orientations très diverses à plongement faible à modéré variant généralement d’Ouest en Est. Ceci peut être expliqué par des plis P₂ , non discernés sur le terrain et quasi-parallèles aux plis P₂ , ayant pu causer une réorientation des éléments structuraux D₁ . Malgré cet exemple, peu d’évidences de terrain nous suggèrent directement la présence de plis de deuxième phase ayant pu causer une réorientation des éléments structuraux D₁ , malgré le fait que les données nous laissent fortement supposer cette hypothèse.

Mais à un endroit en particulier, dans la section ouest du terrain à l’étude (domaine 1), des patrons d’interférences à grande échelle sont visibles même sur des photographies aériennes et suggèrent fortement l’arrivée d’une deuxième déformation (Figure 3.10).

Toutefois, les nombreuses failles de chevauchement découpant le terrain à l’étude ont fort probablement contribué à une rotation des éléments structuraux les uns par rapport aux autres, ce qui fait que les domaines définis dans la zone de failles imbriquées sont trop larges pour parvenir à une analyse significative, en ce qui a trait à la cinématique régionale. Un phénomène tardif de replissement, tel l’arrivée hors-séquence de la nappe de la Chaudière, peut très bien avoir eu lieu, tel qu’il est suggéré notamment par la dispersion des orientations des axes de plis. Il est néanmoins difficile de déterminer si la phase D₂ n’était due qu’à des effets locaux liés aux failles de chevauchement à l’intérieur du domaine parautochtone ou si cette deuxième phase a un effet régional qui expliquerait l’orientation anormale des structures de la zone de failles imbriquées par rapport aux structures appalachiennes voisines.

Il ne faut pas s’étonner de retrouver un effet d’évasement des données et même une deuxième déformation car la zone de failles imbriquées a été susceptible d’enregistrer une grande variété d’événements géologiques, ce qui fait son intérêt et sa complexité. Elle a sans doute subi, à intensité variable, la déformation de chacune des mises en place des nappes. Notamment, la figure 3.11 nous montre que les caractéristiques structurales des nappes de la région de Québec permettent de les diviser en deux groupes en fonction de l’orientation des éléments structuraux qui les caractérisent. Le groupe 1 (nappe du Promontoire de Québec, Nappe de Lévy et la Nappe de Bacchus), où les éléments structuraux sont orientés Nord-Sud et légèrement déversé vers l’ouest, montre une direction de raccourcissement Est-Ouest. Le Groupe 2 (écaille de Ste-Pétronille et la nappe de la Chaudière) où les structures montrent une direction de raccourcissement Nord-Ouest/Sud-Est. La zone de failles imbriquées entrerait dans le groupe 2, mais il est intéressant de voir que le groupe 1 a sans doute laissé sa trace aussi dans la zone de failles imbriquées.

Et puis comme la nappe de la Chaudière semble être le dernier mouvement qui ait affecté l’ensemble des nappes allochtones de la région de Québec, il n’est donc pas surprenant que les éléments des plis observés au sein de la zone de failles imbriquées s’apparentent, à première vue, à ceux de la nappe de la Chaudière car cette dernière est en contact direct avec celle-ci et a dû effacer, ou du moins réorienter les éléments précédents.

Il est clair que la zone de failles imbriquées n’a pas été formée qu’en une seule étape. Elle n’a peut-être pas subi deux épisodes de déformation claires et distinctes, mais le résultat s’en apparente. Premièrement, il y a deux types de tectonosomes retrouvés sur le terrain: ceux très boudinées et ceux se retrouvant à l’intérieur d’une écaille de carbonate le tout dans la séquence de flysch. La déformation de la séquence d’avant-pays du domaine parautochtone a d’abord impliqué une imbrication de ces strates à l’intérieur des strates de flysch plus jeunes, suivie ensuite par un emplacement tardif des tectonosomes sous formes d’écailles à l’intérieur de la séquence flyschique, puis un chevauchement hors-séquence possible de la nappe de la Chaudière.