1 Introduction

The Kasserine archipelago corresponds to the central Tunisia areas (Kasserine, Gafsa, Sidi Bouzid), which are characterized by the absence of Senonian and Palaeogene deposits [5,9,15,18,24]. Despite of the numerous outcrop works performed in central Tunisia, the tectonic and sedimentary events of the Kasserine Archipelago remain poorly known. Different models of the Cretaceous palaeogeographic evolution have been proposed [5,9,18,20,24] because of poor outcrop arguments. In this work, we use two-dimensional seismic sections and petroleum well data (Fig. 1) in order to interpret and discuss the structural features based on sedimentary unconformity distribution. The subsurface mapping of the seismic horizons (Fig. 7A) permits to highlight the distribution and structuring of these series at depth and thus the Kasserine Islets.

2 Geologic characteristics

The Kasserine Archipelago area remained emerged from Senonian to the Middle Miocene times [9,24]. Geophysical analysis using seismic sections shows wrench faults and folds (Figs. 3–6). The present-day central Tunisian asymmetric anticlinal structures were formed at the time of the Miocene and post-Lower Pleistocene compressive stages [1,4,6,7,11,13,16,19,22,26]. The Albian–Maastrichtian deposits are characterized by important lateral and vertical variations [2,5,9,18,20]. The outcrop studies and the petroleum well data show the scarcity of Turonian deposits and the absence of the Senonian deposits along some anticlines in central Tunisia [9,15,18,20] (Fig. 2). Lithostratigraphic analysis shows the absence of Upper Abiod Formation (Middle Campanian–Maastrichtian) in the Mèjel Bel Abbès well (Fig. 2).

3 Subsurface sedimentary deposit distributions

4 Deformations and structural styles

5 Conclusions

L'île de Kasserine correspond à une zone caractérisée par l'absence des dépôts sénoniens et paléogènes en Tunisie centrale (régions de Kasserine, Gafsa et Sidi Bouzid) [5,9,15,18,24]. Malgré les nombreux travaux de surface menés en Tunisie centrale, l'histoire tectono-sédimentaire de cette région de l'île de Kasserine n'est pas encore bien connue. Différents modèles de l'évolution paléogéographique de la Tunisie centrale au cours du Crétacé ont été proposés [5,9,18,20,24], afin de compenser l'indétermination de l'argumentation de terrain.

Le présent travail montre la configuration et la répartition des dépôts sédimentaires non affleurants par l'utilisation des données de subsurface (Figs. 1 et 2) (logs lithologiques des puits pétroliers et sections de sismique réflexion). L'analyse des sections sismiques de différentes orientations montre une organisation des dépôts dans les zones enfouies et permet de déterminer les événements tectono-sédimentaires ainsi que de préciser l'évolution structurale de la Tunisie centro-méridionale au cours des périodes de l'Albien–Maastrichtien (Fig. 2). Le suivi des horizons sismiques permet de proposer une nouvelle limite de l'Archipel de Kasserine (Fig. 7A).

La région de l'île de Kasserine demeure émergée depuis le Sénonien jusqu'au Miocène moyen [9,24]. Les anticlinaux atlasiques, de direction NE–SW, ont été édifiés lors des phases compressives d'âges Miocène et post-Pléistocène inférieur [1,4,6,7,11,13,16,19,22,26]. L'étude de sections sismiques montre une structuration marquée par des plis et des failles de décrochement majeures [3,27,28], d'âge Mésozoïque pour l'essentiel (Figs. 3–6). D'après les données de surface et de forage, les dépôts de l'Albien–Maastrichtien présentent des variations latérales importantes (Fig. 2). Les faciès de la série de l'Albien–Maastrichtien sont représentés par des alternances de carbonates, d'argiles et d'évaporites, témoignant, en Tunisie centro-méridionale, d'un milieu de plate-forme interne à externe [2,5,9,18,20]. La série sénonienne est présente dans la quasi-totalité du territoire tunisien, à l'exception de la région de Kasserine–Sidi Aïch–Maknassy et du golfe de Gabès, où son absence est imputée à une lacune de sédimentation [5,9,18,20].

Dans la partie ouest du secteur étudié (région de Sidi Aïch (Fig. 1)), l'analyse des sections sismiques montre un amincissement progressif des dépôts de l'Albien–Maastrichtien en direction d'une faille majeure décrochante de direction NE–SW (Fig. 3). Les dépôts turoniens et sénoniens reposent en discordance angulaire sur ceux du Cénomanien. Cette discordance est détectée par la présence des terminaisons en onlap, traduisant une aggradation et une rétrogradation vers les hauts fonds des actuels anticlinaux de Souinia, de Majoura et de Sidi Aïch (Figs. 3 et 4). Ces observations traduisent l'individualisation de zones hautes de très faible sédimentation au Turonien. Les séries sénoniennes se terminent par des structures en toplap, indiquant un retrait du niveau de la mer, associé au jeu des failles. Vers l'extension ouest de l'anticlinal de Sidi Aïch, les séries enfouies d'âge Albien–Maastrichtien sont dépourvues de dépôts sénoniens, ce qui correspond à une aire émergée ou érodée, sur laquelle repose en discordance le complexe continental du Néogène–Quaternaire (Fig. 3).

Plus à l'est (secteur de Kébar–Meloussi), un réseau de failles orienté NW–SE correspond à d'anciennes failles à composante inverse affectant la couverture mésozoïque. Les dépôts de l'Albien–Maastrichtien sont réduits et ne sont représentés à l'affleurement que par les séries de l'Albien et du Cénomanien (Fig. 1). Les horizons sismiques se disposent en onlap d'aggradation et de rétrogradation sur l'Aptien et se réduisent vers l'ouest, en direction des anticlinaux de Souinia, Majoura et Meloussi (Figs. 1 et 4). La dépression de Hafey–Kébar a été comblée par les séries turoniennes et sénoniennes, qui se déposent en downlap de progradation sur l'Albien et le Cénomanien. L'extrémité péri-anticlinale nord-est du Jebel Meloussi est affectée par des failles profondes non rencontrées en affleurement et orientées NW–SE (Figs. 1 et 4). Ces failles sont associées à des réductions importantes et des biseautages des dépôts turoniens et sénoniens (Fig. 4).

Plus au sud (secteur de Maknassy (Fig. 1)), la section sismique reliant les deux structures plissées de Bouhedma et de Kharrouba (Figs. 1 et 5) recoupe la faille NE–SW de Maknassy et montre une gouttière synclinale délimitée par deux bords dissymétriques. Les dépôts de l'Albien et du Cénomanien sont épais au sud et s'amincissent latéralement vers le nord en direction de la faille de Maknassy. Les séries turoniennes et sénoniennes apparaissent relativement épaisses au centre de la gouttière et s'amincissent vers ses bordures faillées, montrant des structures en biseaux. Vers le sud, dans la partie ouest du Jebel Bouhedma, le long de la faille N120 de Majoura (Figs. 1 et 7), la barre calcaire campanienne passe latéralement à un conglomérat continental épais d'une quinzaine de mètres [3,7,28]. La mobilité du bassin est attestée par la présence de discordances en onlap dans les séries sédimentaires (Fig. 5). Ces discordances peuvent être liées à la montée de matériel triasique qui affleure dans ce secteur. Une telle activité halocinétique à l'Albien–Maastrichtien favoriserait, comme cela a déjà été évoqué par les travaux de terrain [7,17], la reprise de la subsidence tectonique déjà active au Jurassique et au Crétacé inférieur.

Une section sismique de direction NW–SE traversant la région de Ali Ben Khalifa (Sahel tunisien) montre une réduction des dépôts de l'Albien–Maastrichtien en direction de la structure haute faillée de Ben Khalifa (Fig. 6). La disposition et l'allure des réflecteurs sismiques montrent des réductions et des dispositions en onlap des dépôts albo-cénomaniens sur les séries sous-jacentes du Crétacé inférieur, fossilisant un événement tectono-sédimentaire majeur fini-Aptien. Cette géométrie de bassin et de plate-forme de Ben Khalifa pourrait être due aux jeux des failles bordières. Les variations du sens de progradation des sédiments évoquent une inversion de la subsidence depuis la fin du Crétacé inférieur (Fig. 6). Les biseautages des dépôts turoniens et sénoniens témoignent d'une réactivation des failles bordières. Les séries tertiaires reposent en discordance sur le Turonien inférieur, indiquant une lacune des séries turono-sénoniennes.

L'analyse des sections sismiques traversant le secteur d'étude met en évidence une relation entre l'emplacement des failles et la répartition des dépôts de l'Albien–Maastrichtien. En effet, les principales structures sédimentaires (biseautages, lacunes) et les géométries aux limites des séquences (onlap, downlap, toplap) sont localisées, en bordure des bassins, au voisinage de couloirs de failles ramifiées en structure de « fleur positive » [3,27,28] (Figs. 3, 4 et 6). Ces mouvements tectoniques latéraux en coulissement, rencontrés en affleurement le long des accidents majeurs [7,10,29], sont essentiellement sub-verticaux (Figs. 4 et 6). Les failles majeures de directions N120 et N180 (Fig. 4), associées à d'autres failles secondaires N90 et N60, ont contrôlé la formation et l'évolution des bassins crétacés en Tunisie centrale (Figs. 3 et 7A). La cartographie isochrone des horizons du Crétacé supérieur montre une structuration losangique des différents blocs de bassins (Fig. 7A). La comparaison des épaisseurs des différentes superséquences sismiques selon différentes transversales montre un remplissage sédimentaire dissymétrique des bassins de l'Albien–Maastrichtien et une inversion de la structuration, matérialisée par une migration des dépocentres (Figs. 3 et 6).

L'orientation des structures synchrones aux dépôts crétacés et la géométrie profonde des différents blocs amènent à considérer un jeu tectonique en coulissements conjugués (Figs. 4 et 7A). Les mouvements latéraux favorisent ainsi une remobilisation du Trias salifère et évaporitique, qui a accentué cette structuration en bassins et en plates-formes soulevées (Fig. 4). Le cœur de la plupart des anticlinaux est occupé par des masses évaporitiques triasiques dont certaines arrivent à percer la couverture sédimentaire (faille de Gafsa [2–4,7,26,28,29] ; Axe nord–sud [1,3,4,7,10,16,21,23,25,27,28]). Des pointements diapiriques sont localisés, soit le long des failles, soit à l'intersection de deux ou de plusieurs failles majeures (nœuds tectoniques) [7,8]. D'autres bombements triasiques sont plus discrets et occupent, en profondeur, l'axe de certains massifs, qui se présentent comme des plis modestes postérieurement scellés par les dépôts post-triasiques. Ces renflements triasiques sont responsables de la migration et de l'inversion de la subsidence selon une cinématique en décrochement albo-cénomanienne transtensive, marquée par le développement des séries sédimentaires associées à des failles normales synsédimentaires (Figs. 2–4), puis turono-sénonienne transtensive et/ou transpressive [3,28]. En Tunisie centrale, plusieurs travaux de surface et de subsurface ont montré la présence d'une tectonique distensive au Sahel tunisien et sur l'Axe nord–sud [1,3,12,13,16,21,25]. D'autres travaux ont signalé la présence d'une tectonique compressive aux différentes périodes du Turonien–Sénonien [4,7,11,15,23]. Cette cinématique en transpression, fossilisée par des réductions, des biseautages et des scellements (Figs. 2–6) est interprétée comme étant le résultat du blocage des bordures des bassins à la suite de mouvements en bordure des blocs. Les variations d'épaisseur des séquences de dépôt de l'Albien–Maastrichtien aux voûtes de ces rides halocinétiques et la présence des discordances progressives en onlap montrent que les évaporites triasiques ont continué leur ascension au Crétacé supérieur [3,8,12,17,19,27,28].

La genèse des structures plissées NE–SW de l'Atlas tunisien central (Figs. 3 et 5) pourrait être considérée comme résultant de l'interférence des jeux respectivement dextre et sénestre des failles N120 et N180 (Fig. 7B). Ces mouvements décrochants inverses conjugués, localement contrariés, génèrent des obstacles tectoniques qui correspondent à autant de zones de blocage se traduisant par le développement de contraintes locales en transpression, responsables de la formation de gouttières synclinales et de plis qui seront scellés par des discordances des séries sédimentaires (Figs. 3 et 7A). Ces niveaux de discordances constituent les limites paléogéographiques des dépôts turono-maastrichtiens préfigurant l'archipel de Kasserine.

Les dépôts de l'Albien–Maastrichtien, en Tunisie centrale, montrent en profondeur des variations latérales entre des zones de bassins et de plates-formes, qui sont orientées globalement NE–SW (Fig. 7A). Les dépôts turono-maastrichtiens sont relativement épais au centre des gouttières et se réduisent vers les extrémités des bordures plissées et soulevées, contre lesquelles ces dépôts sont caractérisés par des discordances et des lacunes (Figs. 3–5).

La dynamique des bassins sédimentaires de l'Atlas central est guidée par deux systèmes de failles N120–140 et N180, associées à des rameaux de direction N60 et N90. La genèse des différentes structures semble être contrôlée par une cinématique en décrochements conjugués dextre et sénestre. La réactivation en décrochement des accidents préexistants se manifeste par des structures transtensives et transpressives (Fig. 7B). À l'aplomb de ces failles se déposent des séries sédimentaires condensées et se développent des surfaces et des troncatures d'érosion marquant la discordance des dépôts fini-crétacés et tertiaires.

L'orientation des structures d'âge Albien–Maastrichtien et la géométrie profonde des différents blocs amènent à considérer que les structures réactivées ont favorisé une remobilisation du Trias évaporitique. Le mouvement ascensionnel du matériel triasique s'accroît au Crétacé supérieur en accentuant la structuration en gouttières et en zones hautes par effet de basculement des blocs (Figs. 3–6).

Le suivi des horizons sismiques en profondeur met en évidence l'existence des dépôts d'âge Turono-Maastrichtien, dans des régions qui étaient considérées comme en en étant dépourvues. Ces résultats permettent de proposer une nouvelle limite pour l'archipel de Kasserine aux alentours des anticlinaux de Sidi Aïch, de Majoura-Bouhedma, de Ben Khalifa et de certaines localités de l'Axe nord–sud (Fig. 7A).

La distribution des bassins et des plates-formes révèle un déplacement latéral de l'Atlas tunisien central vers le sud-est, guidé par des couloirs de coulissement (Fig. 7). Cette tectonique décrochante, d'âge Turonien–Sénonien peut être interprétée, à l'échelle régionale, comme un effet du rapprochement de la marge de l'Afrique du Nord de l'Eurasie et comme un marqueur de l'arrêt de l'accrétion mésogéenne au Crétacé terminal [14].