Mode de mise en place des corps salifères dans l'Atlas septentrional de Tunisie. Exemple de l'appareil de Bir Afou

Mohamed Ben Chelbi; Fetheddine Melki; Fouad Zargouni

doi:10.1016/j.crte.2006.02.009

Géodynamique

Mode de mise en place des corps salifères dans l'Atlas septentrional de Tunisie. Exemple de l'appareil de Bir Afou
[Mode of salt bodies emplacement in Septentrional Atlas of Tunisia. Example of a Bir Afou salt body]

Presented by: Michel Durand-Delga

Mohamed Ben Chelbi ¹; Fetheddine Melki ¹; Fouad Zargouni ¹

¹ Laboratoire de géologie structurale, faculté des sciences de Tunis, université Tunis El Manar, 1060 Tunis, Tunisie

Comptes Rendus. Géoscience, Volume 338 (2006) no. 5, pp. 349-358.

Abstracts

French
English

Trente kilomètres au sud-ouest de Tunis, les deux lames de « Trias », noyées dans les argiles clansayésiennes qui longent les deux flancs de l'anticlinal atlasique de Bir Afou, sont encadrées par des contacts sédimentaires, matérialisés par des conglomérats glauconieux à insolubles triasiques. Ces deux lames résultent, pour nous, d'un épanchement rapide en contexte distensif, pendant l'Aptien supérieur, à partir d'une source nourricière qui serait l'actuelle masse « triasique » de Bir Afou. Ce dispositif correspond à un « glacier de sel » de type Ben Gasseur décrit par Vila et al. [J.M. Vila, M. Ben Youssef, M. Chikhaoui, M. Ghanmi, Bull. Soc. géol. France 167 (1996) 235–246], mis en place en extension et plissé au cours de l'Éocène inférieur. Les dépôts de l'Éocène moyen et supérieur, à caractère transgressif, reposent en discordance sur les argiles aptiennes de la voûte de l'anticlinal. La compression au Miocène supérieur, importante phase tectonique régionale, aboutit à l'installation des structures actuelles qui témoignent de tectoniques superposées bien prononcées, depuis l'installation du « glacier de sel » jusqu'à son évolution dans les structures atlasiques. Cet appareil salifère permet d'étendre, loin vers l'est, la notion de domaine des « glaciers de sel » en Tunisie septentrionale.

30 km southwest of Tunis, two thin flaky ‘Triassic’ intrusions underline the two flanks of the Atlasic anticline of Bir Afou. These evaporites are interbedded within the Clansayesian shales, and are under and overlain by glauconitic conglomeratic contacts. The ‘Triassic’ flakes, topic of our study, are sourced from the Bir Afou Triassic mass after a rapid pouring out during Late Aptian extensional tectonics. This structure corresponds, for us, to a ‘salt glacier’, similar to that one described at Ben Gasseur by Vila and al. [J.M. Vila, M. Ben Youssef, M. Chikhaoui, M. Ghanmi, Bull. Soc. géol. France 167 (1996) 235–246], which was subsequently folded during Lower Eocene times. Middle and Upper Eocene transgressive formations unconformably deposited on top of the Aptian anticlinal hinge. The major Late Miocene compressive phase is responsible for the present structures and that are superimposed onto the pre-existing ‘salt glacier’. This salifereous system extends the ‘salt glacier’ domain towards the eastern part of the Tunisian Atlas.

Metadata

Received: 2005-04-12
Accepted: 2006-02-07
Published online: 2006-05-01

DOI: 10.1016/j.crte.2006.02.009

Mot clés : « Glacier de sel », Bir Afou, Source nourricière, Épanchement, Aptien supérieur, Tectoniques superposées, Atlas tunisien
Keywords: Bir Afou, ‘Salt glacier’, Source pouring out, Upper Aptian, Superimposed tectonics, Tunisian Atlas

Author's affiliations:

Mohamed Ben Chelbi ¹; Fetheddine Melki ¹; Fouad Zargouni ¹

¹ Laboratoire de géologie structurale, faculté des sciences de Tunis, université Tunis El Manar, 1060 Tunis, Tunisie

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Mohamed Ben Chelbi; Fetheddine Melki; Fouad Zargouni. Mode de mise en place des corps salifères dans l'Atlas septentrional de Tunisie. Exemple de l'appareil de Bir Afou. Comptes Rendus. Géoscience, Volume 338 (2006) no. 5, pp. 349-358. doi : 10.1016/j.crte.2006.02.009. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/geoscience/articles/10.1016/j.crte.2006.02.009/

Version originale du texte intégral

Abridged English version

Introduction

The ‘Triassic’ outcrops of Tunisian northern Atlas (Fig. 1) have been the subject of several studies; however their formation and evolution models are still very controversial [2,3,19]. Some of them are always considered as ‘diapirs’ [2,6–8,12,13,15,21,22], others as ‘salt glaciers’ [18–20].

Fig. 1
Carte de répartition des pointements « triasiques » affleurant en Tunisie septentrionale et localisation du secteur d'étude.
Map of salt extrusions in northern Tunisia and location of the studied area.

The extreme southeastern part of the northern Atlas is characterized by small but rare salifereous intrusions. Our research focuses on the Atlasic sigmoidal fold of J. Ez Zebbas–J. Aouinet, which shows along its two flanks two thin salifereous intrusions cartographically connected with the ‘Triassic’ mass of Bir Afou. This area was previously studied by Jauzein [11]. The aim of our work is to precise the relationships between the ‘Triassic’, Cretaceous and Tertiary sediments, as well as to establish and correlate these deposits with northeastern Tunisia formations.

Structural and stratigraphic analysis

Our studied zone is subdivided into two anticlines separated by the large salifereous mass of Bir Afou (Fig. 2):

Fig. 2
Carte géologique détaillée du secteur d'étude (la même légende sera utilisée dans toutes les figures). 1 – Quaternaire ; 2 – Oligocène (Olig.) ; 3 – Éocène supérieur (Eoc. sup.) ; 4 – Éocène inférieur (Eoc. inf.) ; 5 – Paléocène (Paléo.) ; 6 – Campanien supérieur-Maastrichtien (Camp. Sup-Maast.) ; 7 – Santonien-Campanien inférieur (Camp.inf.-Sant.) ; 8 – Turonien-Coniacien (Tur.-Con.) ; 9 – Albien-Cénomanien (Alb-Cén.) ; 10 – Aptien supérieur (Apt. sup.) ; 11 – Barrémien-Aptien inférieur ; 12 – « Trias »; 13 – Tracé de coupes ; 14 – Failles.
Detailed geological map of the studied area (the same legend will be adopted for all the figures). 1 – Quaternary; 2 – Oligocene (Olig.); 3 – Upper Eocene (Eoc. sup.); 4 – Lower Eocene (Eoc. inf.); 5 – Paleocene (Paléo.); 6 – Upper Campanian-Maastrichtian (Camp. sup.-Maast.); 7 – Santonian-Lower Campanian (Camp. inf.-Sant.); 8 – Turonian-Coniacian (Tur.-Con.); 9 – Albian-Cenomanian (Alb.-Cén.); 10 – Upper Aptian (Apt. sup.); 11 – Barremian-Lower Aptian; 12 – ‘Triassic’; 13 – Trace of cross-sections; 14 – Faults.

– the southern anticline, is a simple one, although that its western limb is thrusted. The core of the structure is occupied by Albian sequences (Fig. 3A). Jauzein [11] has advanced that the Tunis-Ellès fault had some implications on the core of this anticline;
– the northern sigmoidal anticline limited on its both sides by two N120 dextral strike-slip faults (Fig. 2). The almost vertical southeastern flank, represented by J. Ez Zebbas (Fig. 3C), is parallel to a thin ‘Triassic’ level, which marks out the Clansayesian shales. The core of the structure is formed by Upper Aptian green shales.

Fig. 3
Coupes sériées de l'anticlinal de Bir Afou (localisation et légende sur la Fig. 2).
Cross-sections in the Bir Afou anticline (localization and legend, see Fig. 2).

The highly flaked northwestern flank (J. Aouinet) is also parallel to a second ‘Triassic’ flake, and interbedded with the Clansayesian series.

Eocene and Lower Oligocene brown shales, rich in oysters, unconformably overlain the top of the Aptian core and consequently form a perched-up syncline.

‘Triassic’ stratigraphic position

The ‘Triassic’ mass separating the two anticlines is situated on a tectonic crossing formed by two major faults N40 and N120 (Fig. 2). Two thin and long flaky intrusions of salifereous material are attached to this mass and are parallel to the Upper Aptian core. They show a dip similar to that of their limiting layers. The upper and lower ‘Triassic’ contacts are always marked by a thin (1 m) conglomeratic and glauconitic shale (Fig. 4).

Fig. 4
Colonne lithostratigraphique des séries affleurantes dans le Jebel Ez Zebbas et détails du contact du matériel salifère avec les argiles aptiennes.
Lithostratigraphic column of the outcropping series from Jebel Ez Zebbas and detailed contacts between the Aptian shales and the ‘Triassic’ evaporites.

Interpretation

The sedimentologic, stratigraphic and structural analysis of the northern anticline demonstrates the interstratification of the Triassic evaporites within the Clansayesian shales.

These facts are in accord with characteristics of the Ben Gasseur Albian diapir and the Kef anticline, which have led to propose the well-known ‘salt glacier’ scheme [20].

The interstratification resulted from a rapid pouring out of the ‘Triassic’ during the Upper Aptian through normal faults (extensive movement) (Fig. 5). Then later, the overlying Upper Cretaceous and Paleocene sediments were first folded during the Lower Eocene compression and folded again during the Upper Miocene.

Fig. 5
Scénario possible de mise en place du « glacier de sel » de l'anticlinal de Bir Afou et son évolution lors des phases de serrage atlasiques.
The ‘salt glacier’ setting-up possible scenario of Bir Afou anticline and Atlasic tectonic phase evolution.

Conclusion

Our sedimentologic, stratigraphic and structural study yields us to conclude that the northern anticline shows a unique salifereous and flat body, interstratified during the Aptian and folded during the Tertiary. In addition, if we exclude the thin interbedded ‘Triassic’ bodies and the Bir Afou ‘Triassic’ mass as well as the last strike-slip faulting, an ordinary and unique anticlinal structure subsides which was partly telescoped by the transgressive Priabonian shales. Consequently, the Triassic of northern anticline should be regarded as a prototype of a submarine ‘salt glacier’ similar to that ones that took place during the Upper Aptian in eastern Algeria or in northwestern Tunisia [18,20]. The Bir Afou mass may correspond to its supplying zone of evaporites. The unconformable Priabonian shales evidence their transgression on the top of an anticline previously formed during the Lower Eocene. To conclude, this structure, of Bir Afou, corresponds to the farthest eastern ‘salt glacier’ of the northern Atlas of Tunisia.

1 Introduction

L'Atlas tunisien septentrional est caractérisé par l'affleurement de plusieurs corps de matériel salifère supposé triasique, alignés en bandes de direction NE–SW (Fig. 1). Ces derniers se répartissent inégalement et, d'un point de vue structural, peuvent être interprétés différemment [2,3,13,19]. En effet, les pointements « triasiques » du côté nord-ouest d'une ligne Kalaat Senan–Tunis sont nombreux et volumineux et ils ont été interprétés initialement comme de simples « dômes/diapirs » [2,6–8,12,13,15,16,21,22], puis réétudiés en détail et qualifiés alors de « glaciers de sel » [18–20]. Ces affleurements salifères se raréfient au sud de la ligne précitée et sont a contrario tenus pour de vrais diapirs [4,11,13].

Trente kilomètres au sud-ouest de Tunis, les Jebels Ez Zebbas et Aouinet, initialement étudiés par Jauzein [10,11], correspondent à une structure anticlinale complexe dont les deux flancs sont jalonnés par deux bandes de matériel salifère, connectées au sud-ouest avec le vaste affleurement « triasique » de Bir Afou. Le présent travail tente de décrypter les relations de ce matériel « triasique » avec les séries encaissantes, pour en déduire les processus de sa mise en place au cours de la structuration de la région, puis proposer des comparaisons de ce dispositif avec d'autres appareils salifères de Tunisie septentrionale.

2 Présentation de la série stratigraphique et analyse structurale

Sur le plan structural, le domaine d'étude est divisé en deux secteurs anticlinaux différents, le segment sud et le segment nord, séparés par la masse salifère de Bir Afou (Fig. 2).

• Le segment sud est le plus simple, bien que son flanc ouest soit écaillé (Fig. 2). Les calcaires de l'Éocène inférieur sont discordants sur les alternances marno-calcaires attribuées au Santonien-Campanien inférieur (Fig. 3A). Une faille de direction N45, branche nord-orientale de la faille Tunis–Ellès [11], fait chevaucher les alternances marno-calcaires précitées sur les argiles albiennes. Ces dernières, renfermant Favusella washitensis, forment le cœur de cette structure. Les couches compétentes d'âge Coniacien–Santonien dessinent une fermeture périclinale du côté sud-ouest et elles se redressent, jusqu'à se renverser au contact avec la masse salifère de Bir Afou (Fig. 2).
• Le segment nord est limité, au nord comme au sud, par deux failles majeures décrochantes dextres de direction N120, qui favorisent l'entraînement en « S » de cette structure anticlinale (Fig. 2). Au cœur de cet anticlinal affleure la série aptienne (Fig. 3B). Le Jebel Ez Zebbas constitue le flanc sud-est de la structure anticlinale. Les couches compétentes, formant l'ossature de ce relief, présentent des pendages très forts et tendent parfois à se renverser. Une lame L₁ d'épaisseur métrique de gypse « triasique », se détachant de la grande masse de Bir Afou, jalonne la structure et est plissée comme ses épontes, c'est-à-dire au sein de la partie supérieure des argiles très fossilifères de l'Aptien (Fig. 2). Le flanc nord-ouest, constitué par le Jebel Aouinet, est plus complexe. L'Éocène inférieur calcaire est fortement discordant sur les argiles beiges du Turonien-Coniacien [11] (Fig. 3C). Deux accidents parallèles de direction N30, plongeant vers le nord-ouest, affectent les séries maastrichtiennes et éocènes qui s'organisent en écailles imbriquées (Fig. 3C).

Une autre lame de matériel « triasique » L₂, également connectée à la grande masse de Bir Afou, mais masquée par endroits par les dépôts quaternaires, jalonne le flanc occidental de l'anticlinal et se situe au sein d'argiles très fossilifères de l'Aptien supérieur (Fig. 2).

Entre les deux lames salifères, d'une part, et la grande masse « triasique » de Bir Afou, d'autre part, affleurent des argiles jaunes à beiges de l'Éocène moyen à supérieur (Fig. 2). Ces argiles renferment plusieurs couches de gypse, ainsi que quelques intercalations de sables riches en huîtres. Cet ensemble est surmonté par de gros bancs de grès qui alternent avec des argiles jaunâtres, dessinant un synclinal (Fig. 3C) fermé du côté sud-ouest. Les niveaux argileux de base ( $X = 500, 4$ ; $Y = 367, 3$ ) ont livré : Hantkenina dumblei, Turborotalia cerroazulensis pomeroli, Acarinina spinuloinflata, Acarinina broedermanni, Globigerinoides higginsi et Morozovella lehneri ; cette association signe l'Éocène moyen à supérieur. Le long d'un ravin entaillé dans les argiles, on note que ces dernières recouvrent des marnes et des marno-calcaires verdâtres, à bélemnites et à microfaune planctonique de l'Aptien supérieur dont Globigerinoides algeriensis, Gl. ferreolensis et Gl. Barri, puis de l'Aptien terminal dont Planomalina cheniourensis. La limite entre ces deux formations argileuses, aptienne et éocène, est marquée par 1 m de conglomérat à matrice argileuse, riche en glauconie et en cristaux de quartz bipyramidés issus de Keuper (Fig. 3C). Un système de failles de direction N120 dextres affecte et décale la lame L₁ de « Trias » du flanc sud-est.

Ces observations montrent que :

– les argiles éocènes à foraminifères planctoniques sont discordantes sur les différents termes des formations argileuses aptiennes occupant le cœur de la structure anticlinale des Jebels Ez Zebbas et Aouinet, antérieurement plissée au cours de la compression éocène ;
– les deux lames de matériel « triasique » affectées par le plissement éocène se sont mises en place au sein du Crétacé inférieur au cours des phases extensives antérieures, probablement à l'Aptien.

3 Position structurale et stratigraphique du matériel salifère

La grande masse évaporitique « triasique » de Bir Afou, qui sépare les deux segments nord et sud, précédemment décrits, se situe au nœud tectonique formé par la faille de direction N120 dextre, qui affecte la terminaison méridionale du segment nord, et la faille chevauchante de direction N40, qui écaille le Jebel Aouinet (Fig. 2). Au nord de cette masse salifère se détachent deux fines lames argilo-gypseuses L₁ et L₂, qui jalonnent les deux flancs du segment nord de la structure anticlinale de Bir Afou.

Pour étudier la relation de ces lames avec les séries voisines, le Jebel Ez Zebbas offre la coupe la plus complète du secteur (Fig. 4). De bas en haut, s'observe la succession suivante :

La présence d'argiles glauconieuses et conglomératiques en dessous et en dessus du matériel salifère et l'intercalation de ce dernier dans les couches encaissantes démontrent le caractère sédimentaire des contacts inférieur et supérieur du matériel « triasique » avec les séries précitées. Ce dispositif est vérifié tout le long des deux flancs de la structure anticlinale au nord de Bir Afou.

4 Événements tectoniques au cours de l'Aptien et de l'Éocène

À l'Aptien, les bancs décimétriques de calcaire beige verdâtre de la formation argileuse clansayésienne sont recoupés par plusieurs microfailles scellées par les argiles albiennes sus-jacentes. Ces failles, de directions moyennes N30–40 et N120–140, sont normales. Elles témoignent du régime tectonique extensif qui a régné au cours de cette période et qui est responsable du basculement du plancher sédimentaire. D'ailleurs, de nombreux auteurs [1–4,8,11,17,19,21] s'accordent pour situer, à cette époque, le premier épisode de l'halocinèse en Tunisie.

D'autre part, l'Éocène inférieur est constitué par une série homogène de calcaires gris et durs qui surmontent 4 m de calcaires bioclastiques glauconieux et phosphatés. Tous ces calcaires présentent des structures compressives, comme des failles inverses de direction N30–40 et quelques plis métriques. Ces structures sont scellées par les argiles de l'Éocène supérieur, attribuées à la formation Souar ; elles témoignent donc d'une tectonique compressive anté-Éocène supérieur. Cette phase de raccourcissement a généré certaines structures atlasiques, dont l'anticlinal de Bir Afou. Ces résultats confirment ceux qu'ont signalés plusieurs auteurs à l'échelle de la Tunisie, à partir des données de surface et de subsurface dans d'autres régions [3,9,14,15,17]. Cette période a été considérée comme la phase majeure de l'installation des structures halocinétiques.

5 Discussion et interprétation des résultats

L'analyse structurale des segments de la structure anticlinale de Bir Afou et la nature des contacts du « Trias » avec les séries sous et sus-jacentes plaident en faveur d'une interstratification de ce matériel salifère dans la série argileuse clansayésienne, avant le dépôt de la série argilo-carbonatée albienne. De ce fait, l'hypothèse d'une mise en place en force du matériel salifère proposée par Jauzein [11] est à rejeter, pour deux raisons :

– les deux lames de « Trias » sont toujours parallèles aux couches encaissantes, de l'Aptien sous-jacent et de l'Albien sus-jacent ; de plus, le contact entre « Trias » et argiles aptiennes est régulièrement souligné par des conglomérats glauconieux : il ne peut pas être tectonique ;
– les séries crétacées surmontant ces deux lames ne renferment aucune trace de remaniement de matériel salifère ; donc l'anticlinal nord de Bir Afou n'a pas subi l'évolution saccadée d'un pli diapir proposée par Jauzein [11].

Ces observations et constatations fournissent un argumentaire comparable à celui qui a permis de proposer le scénario de mise en place de « glaciers de sel » sous-marins albiens autour du diapir de Ben Gasseur et dans l'anticlinal du Kef [19], de même qu'à l'Ouenza en Algérie proche [18].

Dans le cas de Bir Afou, la succession des événements induisant la genèse d'une telle structure est la suivante (Fig. 5) :

6 Conclusion

Les observations de terrain, la datation des séries sédimentaires et l'analyse des structures s'accordent pour faire des lames de matériel « triasique » des deux flancs de la structure anticlinale de Bir Afou, un corps salifère unique, primitivement plat et interstratifié dans les argiles de l'Aptien supérieur.

Au cours de la distension aptienne, les failles majeures de direction moyenne N120 ont permis la remontée du matériel salifère et son épanchement latéral, vers le nord-est, sur près de 5 km. Puis, à l'Éocène inférieur, lors de la première phase compressive, la langue de matériel salifère interstratifiée se plisse. Après érosion, elle se présente sous forme de deux lames « triasiques », qui montrent un pendage identique à celui des couches dans lesquelles elles sont intercalées, sur les deux flancs de l'anticlinal de Bir Afou.

Ce mode de mise en place de matériel triasique rappelle celui qui a été déjà décrit par Vila et al. [18,20] et proposé pour certains appareils salifères de la Tunisie nord-occidentale et de l'Algérie nord-orientale. Toutefois, dans notre cas, la masse « triasique » de Bir Afou atteint le cœur du diapir qui a alimenté le « glacier de sel », ce qui complète et argumente le scénario précité.

La structure anticlinale de Bir Afou, montrant un « glacier de sel » de matériel « triasique », repris en compression lors des phases atlasiques, pourrait correspondre à l'appareil, de ce type, le plus oriental de l'Atlas tunisien.

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