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Technischer Bericht NTB 90-04
Zur Tektonik der zentralen NordschweizInterpretation aufgrund regionaler Seismik, Oberflächengeologie und Tiefbohrungen
Le présent rapport expose les méthodes d'interprétation et les résultats des campagnes de sismique réflection de la Cédra effectuées entre 1982 et 1984 dans la partie centrale du nord de la Suisse. L'aire d'étude couverte par le réseau des lignes sismiques est délimitée à l'ouest par Säckingen et Olten, à l'est par Schaffhouse et Zurich.
Socle
La structure et l'évolution du socle cristallin du nord de la Suisse ont été considérées dans le cadre de l'orogenèse varisque de l'Europe centrale, à l'aide des modèles de la tectonique des plaques, qui font intervenir une collision des continents au Dévonien supérieur - Carbonifère. Dans ce cadre élargi, on admet qu'en principe l'architecture et la composition du socle dans le nord de la Suisse sont similaires à celles observées en Forêt-Noire méridionale.
En ce qui concerne le socle cristallin du nord de la Suisse, les différentes phases de l'orogenèse varisque sont les suivantes:
- Vieux socle de gneiss prévarisque (Précambrien - Paléozoïque ancien);
- Compression varisque, plutonites syncinématiques (Dévonien - Carbonifère);
- Elévation et extension du massif montagneux, plutonisme postcinématique (Carbonifère), formation de dépressions au Carbonifère supérieur;
- Cisaillement tardiorogénique, volcanisme acide (Permien, tectonique saalienne);
- Subsidence postorogénique et pénéplanation du massif (Permien).
Jusqu'ici, la sismique réflection n'a pas été en mesure de fournir des informations suffisamment sûres sur la tectonique et la lithologie du cristallin. Par contre, les remplissages sédimentaires tardivarisques des dépressions et fossés peuvent être cartographiés par la sismique, en particulier leur structure tectonique. Les données disponibles, y compris celles des forages profonds de la Cédra, mettent en lumière une déformation cassante ancienne qui se développe profondément dans le socle cristallin, et qui a été réactivée au Tertiaire, influençant ainsi l'architecture actuelle du nord de la Suisse.
Fossés du Paléozoïque tardif
Dans la région étudiée, on peut identifier au moins deux fossés sédimentaires tardipaléozoïques orientés WSW-ENE: un fossé nord sous le Jura tabulaire (Fossé permocarbonifère du nord de la Suisse, FPN), et un fossé sud (le fossé d'Olten-Lenzburg) qui, en raison du manque de données, n'a pas été étudié de plus près.
En coupe, le FPN a la forme asymétrique d'un demi graben traversé dans sa partie centrale par plusieurs cisaillements dextres orientés WNW-ESE (par exemple les failles transversales de l'Eggberg et du Vorwald). Ces failles subdivisent le fossé en un compartiment ouest et un compartiment est, qui se distinguent par leur profondeur et par le regard de leur asymétrie. La sismique réflection révèle, principalement dans la région des failles transversales dextres, des plissements et des chevauchements dans le remplissage du fossé, qui sont interprétés comme le résultat d'une transpression saalienne au tournant du Permien inférieur vers le Permien supérieur. Au Permien tardif, les derniers signes de l'orogenèse varisque se reconnaissent dans tout le fossé par une subsidence différentielle en partie étendue, reconnaissable notamment par des failles normales peu inclinées.
La succession des événements tectoniques se reconnaît avant tout dans le remplissage sédimentaire du fossé, atteignant par endroits une puissance de 5 km:
- Le remplissage inférieur comprend des charbons et des dépôts lacustres d'une ancienne dépression étendue. Ces dépôts sont recouverts, en discordance, par des séries syntectoniques (cônes de déjection, modification latérale rapide des faciès, tectonique synsédimentaire).
- Le remplissage supérieur du fossé, plus récent (séries rouges permiennes), repose en discordance sur le remplissage inférieur, et s'étend latéralement par endroits loin au-delà de l'épaulement du fossé profond. La pénéplanation complète des massifs, atteinte au début du Trias, est marquée par la fin de la sédimentation continentale (Buntsandstein). Elle signifie aussi la fin de l'orogenèse varisque.
La couverture mésozoïque et tertiaire
Les sédiments lagunaires et néritiques du Mésozoïque sont finement stratifiés. Ils ont été déposés dans une période de calme tectonique presque complet. Grâce à leur homogénéité latérale et leur différenciation verticale prononcée, ils peuvent être cartographiés en détail par la sismique réflection.
Au Muschelkalk inférieur, la transgression marine a eu lieu sur une pénéplaine presque parfaite (subhorizontale). La structure actuelle de cette pénéplaine (marqueur de la base du Mésozoïque) permet ainsi un examen détaillé de la déformation verticale totale du socle depuis le Trias. Cette déformation est surtout tertiaire. Un caractère marquant est le basculement régional du socle vers le SSE, dû aussi bien à la subsidence des dépressions sur le front alpin qu'au soulèvement de la partie méridionale de la Forêt-Noire. Ce socle basculé est affecté par un réseau de failles normales, lié à l'ouest à la tectonique paléogène du fossé rhénan supérieur, à l'est à un soulèvement et un basculement renouvelé. Le réseau de failles tertiaire s'est probablement développé en grande partie par réactivation d'un réseau de failles ancien, essentiellement paléozoïque.
Dans les parties centrale et occidentale de la région étudiée, les structures du socle sont oblitérées par celles du Jura plissé. Lors du plissement du Jura au Miocène tardif, la couverture sédimentaire, poussée par la pression du front alpin, s'est décollée du socle au niveau des évaporites du Muschelkalk moyen. Elle a été transportée plus ou moins vers le NW et plissée de manière disharmonique.
Jura tabulaire
Le Jura tabulaire reflète la tectonique du socle (situation au Paléogène -Miocène). Sur sa bordure méridionale, dans la région de transition au Jura plissé, la couverture sédimentaire a été affectée par une tectonique de décollement lors du plissement du Jura.
Les failles NNE-SSW du système rhénan dominent à l'ouest de Frick, alors qu'à l'est on trouve surtout des failles normales et des flexures orientées WSW-ENE et NW-SE, qui sont liées au soulèvement de la Forêt-Noire méridionale et à la subsidence du bassin molassique. Les déformations ont eu lieu de manière préférentielle par réactivation des systèmes de failles paléozoïques.
Lors de la poussée alpine, la couverture sédimentaire décollée a réagi de manière différenciée au système de failles préexistantes dans le socle:
- A l'ouest de l'Aare, la couverture a été transportée d'environ 500 m vers le nord et disloquée. L'influence de la poussée horizontale prend fin, au nord, avec le chevauchement de Mandach.
- A l'est de l'Aare, la poussée a été absorbée par une zone d'écaillement située au droit de flexures du socle. Cette zone perd de l'ampleur vers l'est, et se termine probablement à l'est de l'anticlinal de l'irchel (extrémité orientale de l'influence de la poussée alpine).
- Le Jura tabulaire schaffhousois se trouve en dehors de l'influence alpine. Le réseau de failles visible dans la partie supérieure de la couverture correspond pour l'essen tiel à celui du socle.
Le Jura plissé
Le Jura plissé ne fait pas partie de la région étudiée en détail. La sismique réflexion effectuée par la Cédra a néanmoins permis une compréhension tectonique nouvelle de la partie orientale du Jura plissé:
- Il est maintenant possible de lever la position et la forme de l'horizon de décollement sous le Jura plissé, et de définir la relation génétique entre les plis/écailles et les structures du socle. Il est aussi possible de définir avec plus de précision le raccourcissement qu'a subi la couverture sédimentaire décollée.
- La sismique réflection révèle sous le Jura plissé un réseau structural du socle comparable à celui du Jura tabulaire, et conditionné comme lui par la réactivation du réseau des failles paléozoïques. Ce dernier a donc également influencé la géométrie des plis du Jura.
Bordure nord du bassin molassique
Du fait du basculement régional du socle, l'épaisseur de la molasse augmente vers le sud. Dans la région étudiée, le style et l'intensité de la déformation tectonique du socle sous la partie septentrionale du bassin molassique sont comparables à ceux des Juras tabulaire et plissé voisins.
Dans la partie sud-ouest de la région étudiée, l'actuelle bordure nord du bassin molassique suit le pied du Jura plissé. La sismique réflection montre que l'on peut prolonger sous la bordure nord du bassin molassique certaines structures observées dans le Jura plissé. Des structures en écailles ont été observées principalement dans le Trias, tandis que dans les étages supérieurs (Jurassique et Tertiaire) on a identifié principalement de larges plis. Ainsi, on peut considérer la bordure nord du bassin molassique comme appartenant encore au Jura plissé (zone dite subjurasienne).
Dans les autres parties de la région étudiée, la bordure nord du bassin molassique jouxte le Jura tabulaire, dont le style de déformation et le réseau de failles se prolonge en général vers le SE sous la molasse. Il est intéressant de relever que la bordure nord du bassin molassique coïncide approximativement, à l'est de l'Aare, avec celle du Fossé permo-carbonifère du nord de la Suisse. Une relation génétique entre les deux bordures n'est ainsi pas à exclure.