Géométrie et structuration du Nord de la Tunisie

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1 Géométrie et structuration du Nord de la Tunisie
par l'application des filtres gravimétriques. (Tunisie Septentrionale) Mohamed Atawa a,b, Taher Zouaghi a,c a Laboratoire de Géoressources, CERTE, Pôle Technologique de Borj Cédria, 8020 Soliman, Tunisia b Département des Sciences de la Terre, FSB, Université de Carthage, 7021 Jarzouna, Tunisia c Faculty of Earth Sciences, King Abdulaziz University, P.O. Box 80206, Jeddah, Saudi Arabia (Mohamed Atawa). (Taher Zouaghi). Résumé Le domaine de la Tunisie septentrionale est caractérisé par sa complexité structurale, qu’il a hérité de l’orogenèse Alpine. En dépit de plusieurs études géologiques, la structure profonde de cette zone demeure méconnue. Le but de ce travail est de déterminer la géométrie des grandes structures géologiques et les contacts essentiellement tectoniques, pour un objectif de mettre en évidence la structuration profonde au Nord de la Tunisie. Pour mieux apercevoir la géométrie profonde et les contacts géologiques à partir des anomalies gravimétriques, on a corrélé les données géologiques de terrain à celle des cartes gravimétriques obtenues par l'application des plusieurs filtres au champ gravimétrique. Le succès de ces méthodes résulte de la qualité de détection des limites géologiques et en outre de celle de la magnitude du gradient horizontal. On se basera sur cette dernière technique pour suivre la distribution des valeurs maximales d’amplitude des gradients contribuant à localiser les différentes discontinuités structurales plausibles. Plusieurs méthodes de filtrage (gradient horizontal, déconvolution d’Euler) ont été appliquées aux données gravimétriques dont le but d’apporter un maximum d’informations sur les structures en subsurface du Nord de la Tunisie. Les résultats obtenus montrent l'existence de plusieurs linéaments gravimétriques de directions variables proches de NE-SO, NW-SE, N-S et E-W, au bord des structures scellées en profondeur. La réalisation des profiles verticaux de direction NW-SE met en évidence la structuration et le cadre tectonique en subsurface des bassins sédimentaires à une échelle régionale. Cette structuration témoigne d’une cinématique différentielle fortement liée à un héritage tectonique du domaine de la Tunisie septentrionale. Mots clés: Gravimétrie, Nord de la Tunisie, Structuration, Linéament, profiles verticaux. Introduction Vu son emplacement sensible à la déformation tectonique ,la Tunisie a subit une évolution géodynamique et structural complexe au cours du cycle méso-cénozoïque. Cette évolution a facilité le développement des domaines paléogéographiques variés, dans le temps et dans l’espace depuis l’ouverture successive de la Téthys et de l’Atlantique (e.g., Castany, 1951b; Caire, 1971; Wildi 1983; Rouvier, 1985; Bobier et al., 1991; Ben Ayed, 1993; El Euchi et al., 1998; Bouaziz et al., 2002; Meulenkamp and Sissingh, 2003; Zouaghi et al., 2010, 2011, 2013; Billi et al., 2011; Melki et al., 2011, 2012; Jallouli et al., 2013). Le secteur d’étude constitue la partie septentrionale de cette orogénèse, elle est essentiellement formée à la suite de la collision des plaques africaine et européenne (e.g. Cohen, 1980; Dercourt et al., 1986, 2000; Martinez et al., 1990; Rekhiss, 2007; Frizon de Lamotte et al., 2009). Cadre géologique et structural Le Nord de la Tunisie(Fig. 1), est limité à l'Est et dans la partie Nord par la mer méditerranéenne, à l’Ouest par l’Algérie. Le secteur d’étude est connu par la présence des domaines structuraux(Fig.1): domaine Tellien et domaine Atlasique. Le domaine Tellien occupe la partie NW de la zone d’étude (Cap Serrat, Tabarka et Ain Drahem), marqué par l’existence des chevauchements de direction NE-SW, recoupés par des décrochements de direction NW-SE. Le domaine Atlasique est formé par des vastes structures plissées (orientées NE-SW), localement recoupées par des grabens subsidents orientés NW-SE. Il est marqué par une mosaïque complexe des bassins et des horsts, qui correspond à un bloc du socle délimité par des failles normales (Burollet, 1956 ; Kadri, 1988 ; Jallouli et Mickus, 2000 ; Zouaghi et al., 2005 ; Zouaghi, 2008). Il est coexistant avec des accidents multidirectionnels : N-S, NE-SW, E-W, NW-SE (ben Ayed, 1993 ; Caire, 1971; Melki et al 2012). Ces accidents correspondent à des discontinuités affectant la couverture post-triasique, qui sont liées à la réactivation des failles anciennes enracinées et reprises par la tectonique (Castany, 1951 ; ben Ayed, 1993; Melki et al 2011). Fig.1: Carte de localisation (Echelle 1/500000). Analyses et traitements des données gravimétriques La carte de l'anomalie de Bouguer a été tracée automatiquement, en utilisant la méthode d'interpolation 'minimum curvature’, avec un choix de densité moyenne égale à 2.67g/cm3( Gabtni et al., 2016). Cette carte est représentée avec une équidistance des courbes de niveau de 10 mGal. On remarque que les valeurs de l'anomalie de Bouguer sont comprises entre +39 et -38 mGal (Fig. 2). Les valeurs maximales de champs de pesanteur sont mesurées au niveau des structures localisées au Nord et à l’ Est de la région (Tabarka, Cap Serrat, Bizert, Kelibia et Tunis) . Les valeurs minimales sont représentées dans la partie Sud de la Tunisie septentrionale (Gaafour, kef, Sidi Bou Rouis). Fig.2: Carte d’anomalie de Bouguer. Fig.3: Modèle Numérique de terrain. Fig.4 : Carte d’anomalie Résiduelle. Fig.5: Carte d’anomalie Régionale. Fig.6: Carte de gradient Horizontal. Fig.7: Carte de Dérivé de Tilt. L’effet du moho (Fig. 5) et celui de la trame sédimentaire (Fig. 4) sont présentés au niveau de la carte de l’anomalie de Bouguer. Afin de caractériser les structures sédimentaires (carte d’anomalie résiduelle), leurs répartitions et leurs géométries, on a recours à éliminer l’effet des structures du Moho (carte d’anomalie régionale). Les caractéristiques géométriques et l’orientation des structures superficielles peuvent être mises en évidence par la carte d’anomalie résiduelle (Fig. 4). Au niveau de la région de la Tunisie septentrionale, La variation latérale de densité des sédiments permet l’identification des allongements des structures scellées. La carte caractérisant la trame sédimentaire présente des anomalies positives( Tabarka, Bou Salem, Kelibia) de directions variables et quelques anomalies négatives (Bizert, Gaafour, Grombalia). La carte de magnitude de gradient horizontal montre la localisation des linéaments gravimétriques induits par la variation brutale des valeurs de densité. La carte de linéaments de secteur d’étude montre l’abondance d’une direction majeure NE-SW au Nord, intercalée par des linéaments locaux de direction NW-SE (Fig. 6). Des rares directions N-S et E-W répartis à l’Est et au centre de la région étudiée. Aussi que l’existence des formes circulaires au niveau de domaine Atlasique prouve la remontée diapirique du faciès triasique. La technique du Tilt dérivative (Fig.7) met en relation le rapport entre la dérivée verticale première (Z) et le total des dérivées horizontales (X et Y). Cette technique est une méthode de transformation des données qui est fort utile pour mettre en évidence les structures du socle rocheux relativement peu profondes et aussi certaines cibles d’exploration. Fig.9: Carte de déconvolution d’Euler IS=0. Fig.10: Modèle d’inversion gravimétrique. La déconvolution d’Euler introduite par Thompson (1982) est utilisée pour estimer la profondeur des anomalies gravimétriques. Plusieurs directions des structures enfouies ont étés tracés par cette méthode (Fig.9). La majorité des structures sont de direction NE-SW avec intercalation des directions N-S à NW-SE. Plusieurs formes circulaires ont étés tracées au niveau du domaine Atlasique. Fig.11: Section AA’ Tabarka-Sidi Bou Rouis. Fig.12: Section BB’ Cap Serrat- El Fahs. Fig.13: Section CC’ Bizerte-Zaghouan. L'inversion est l’une des méthodes d'interprétation géophysique qui a pour but de quantifier les sources responsables des anomalies observées. Les modèles obtenus par inversion liés aux méthodes géophysiques peuvent présenter des résultats différents les uns des autres, car chacune de ces méthodes est sensible à un contraste de propriété physique, dans le cas de la gravimétrie, la méthode est sensible à la répartition de la masse volumique (ou densité). Une inversion des données gravimétriques est réalisée avec les données mesurées au niveau de la région de la Tunisie Septentrionale. Le modèle retrouvé par inversion reproduit les données avec une erreur quadratique moyenne entre les données et la réponse synthétique du modèle de 0,1 mGal (Fig. 10). Plusieurs unités de subsurface sont bien identifiées et semblent se prolonger loin en profondeur de façon subverticale. Les extensions latérales des unités ont tendance à devenir floues lorsque la profondeur augmente, ce qui est normal puisque la résolution et la précision diminuent avec la profondeur. Cette technique d'inversion est couplée par la méthode de Werner (1953). La méthode de calcul consiste à analyser le potentiel des données de champ de pesanteur. Afin de corréler les deux méthodes, dans le cas de la région de la Tunisie Septentrionale, cet Algorithme est appliqué sur les trois sections déjà choisies de direction NW-SE (Fig. 11, 12, 13). Fig.8: Courbe d’Analyse Spectrale. Pour l'étude des données gravimétriques de la région de Nord de la Tunisie on a identifié trois sources responsables des anomalies gravimétriques. Une première source profonde à environ mètres de profondeur (Deep Sources), elle correspond au basse fréquences (Fig.8). Une deuxième pente est identifiée au niveau des moyennes fréquences, elle présente la réponse des sources intermédiaires. leur profondeur est variable ente 6500 et 7000 mètres (Shallow Sources). La troisième pente correspond aux sources superficielles elle se présente avec les hautes fréquences (Noise). Interprétation des profiles gravimétriques Les résultats obtenues par les traitements gravimétriques expliquent la mise en place des structures cassantes en Tunisie septentrionale. Aussi que le modèle obtenu à partir de l'inversion gravimétrique offre une image de la structure de la croute et du manteau supérieur. Il apporte des nouvelles informations sur les structures de la région du Nord de la Tunisie, et sur les processus profonds qui ont contrôlé leur mise en place. L'interprétation de ces profiles est par conséquent présentée ici en deux parties: la partie la plus superficielle (0-7 Km) pour les structures des bassins sédimentaires (Fig. 11, 12, 13). La partie profonde (>7 Km) pour l'étude de processus géodynamique régional. Plusieurs mouvements locaux et une grande déformation de la partie supérieur de la lithosphère ont été causé par le substratum triasique mobilisé au niveau du domaine Atlasique. Conclusion L'analyse des données géophysiques et géologiques de la région de la Tunisie septentrionale nous permettent de mieux comprendre les structures enfouies. Les analyses qualitatives et quantitatives des données gravimétriques mettent en évidence des linéaments inconnus. Les anomalies et les linéaments de géométries variables sont directement liés aux structures géologiques plissées et affaissées. Plusieurs directions de linéaments gravimétriques donnent une idée sur l'hétérogénéité des déformations tectoniques. Cette diversité est induite par des contraintes tectoniques successives de directions variables. Ces différents linéaments gravimétriques sont encore identifiés au niveau des sections de densité. Une majorité qui borde les structures superficielles avec des rares linéaments qui touchent les structures profondes. Le jeu combiné entre ces failles profondes héritées ont induit la remontée de matériel triasique et sa migration vers la surface.