Caractérisation géophysique de la plateforme de Sahel, Tunisie nord-orientale et ses conséquences géodynamiques Imed Hezzi To cite this version: Imed Hezzi. Caractérisation géophysique de la plateforme de Sahel, Tunisie nord-orientale et ses conséquences géodynamiques. Géophysique [physics.geo-ph]. Université Rennes 1, 2014. Français. tel-00995595v1 HAL Id: tel-00995595 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00995595v1 Submitted on 23 May 2014 (v1), last revised 8 Oct 2014 (v2) HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. 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N° d’ordre: ANNÉE 2014 Université de Tunis THÈSE / UNIVERSITÉ DE RENNES 1 El Manar sous le sceau de l’Université Européenne de Bretagne pour le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE RENNES 1 Mention: Sciences de la Terre Ecole doctorale Sciences de la Matière présentée par Imed HEZZI Préparée à l’unité de recherche CNRS URM6118 Géosciences Rennes (OSUR) Thèse soutenue à Tunis Caractérisation le 20 Juin 2014 géophysique de la devant le jury composé de : Jean Van Den Driessche plateforme de Sahel, Université de Rennes1 / président Eric Mercier Tunisie nord- Université de Nantes / rapporteur Hakim Gabtni orientale et ses Centre d'Etude et de Recherche et des Techniques de l'Eau Bordj Cedria (CRTE) / rapporteur conséquences Fouad Zargouni Université de Tunis El Manar / examinateur géodynamiques Tahar AÏFA Université de Rennes1 / directeur de thèse Mohamed GHANMI Université de Tunis El Manar / co-directeur de thèse Avant-Propos Le sujet de thèse intitulé «Caractérisation géophysique de la plateforme de Sahel, Tunisie nord-orientale et ses conséquences géodynamiques» est entrepris en cotutelle entre Géosciences-Rennes (Université Rennes1) et le Laboratoire de Géologie structurale et appliquée (Université de Tunis El Manar). Cette thèse a été réalisée au laboratoire de Géosciences-Rennes (CNRS UMR6118) avec des séjours en Tunisie pour des missions d’étude de terrain. Mes sincères remerciements s’adressent à mon directeur de thèse Tahar Aïfa, Géosciences-Rennes. Il n’a pas cessé de me conseiller et de m’orienter. Il était là à chaque fois que j’avais des difficultés, malgré ses lourdes charges et ses engagements professionnels. Je lui dois une particulière reconnaissance pour l’intérêt bienveillant qu’il a accordé à mon travail, pour la rigueur du travail de réflexion qu’il m’a inculquée et pour la confiance qu’il m’a témoignée. Je lui suis très reconnaissant pour son aide inestimable et ça m’a fait l’honneur de profiter de son expérience. Au terme de ce travail, je tiens tout d’abord de remercier Mohamed Ghanmi, mon co- directeur, du Laboratoire de Géologie structurale et appliquée de Tunis. Qu’il reçoit ici l’expression des mes remerciements les plus chaleureux. Je remercie vivement les membres de jury MM Eric Mercier et Fouad Zargouni pour avoir accepté de juger ce travail et d’en être les rapporteurs, ainsi que MM Jean Van den Driessche et Hakim Gabtni, pour leurs lectures attentives, leurs remarques constructives et leurs participations au jury. Je remercie vivement MM Mohamed Dridi et Farès Khéméri, géologues à l’Entreprise Tunisienne d’Activités Pétrolières (ETAP), qui m’ont accompagné sur le terrain malgré leurs engagements. Ils n’ont cessé de m’apporter leurs conseils et leur aide durant les périodes les plus difficiles. C’est à cette occasion, que je tiens à leur adresser mes remerciements les plus respectueux. Un grand merci aussi à Farès Khéméri pour m’avoir accueilli en stage à ETAP. Qu’ils trouvent ici l’expression de ma profonde gratitude. Je remercie très sincèrement Mr Abdallah Mâazaoui, qui m’a toujours apporté ses conseils, son aide, son soutien moral et pour nos discussions constructives à ETAP. Mes remerciements les plus amicaux s’adressent à tous les personnels d’ETAP et du Centre de Recherches et Développement Pétrolières (CRDP, ETAP). Je tiens à remercier Laure, Mansour et Vitalii, mes collègues de bureau avec qui j’ai partagé des moments agréables et je leur souhaite une bonne chance pour leur soutenance de thèse. Je remercie encore mes amis qui ont été toujours à côté de moi pour leur aide moral et matériel : Habib, Kadhem, Khelil, Mylène, Farès, Merouan, Tarik, Virginie, Samira. Tous mes amis et collègues de l’Université de Tunis et de l’Université de Rennes1 dont je n’ai pas cité le nom, qu’ils trouvent ici mes sincères remerciements. Je remercie toute ma famille pour leur soutien moral et matériel qu’elle m’a fourni lors de mes études. Ce travail n’aurait pas vu le jour sans leurs sacrifices continus. C’est à ma mère, mes frères, mes sœurs, ma belle sœur et à mes poussins Ayoub, Meryouma, Dhiaa et Oussama que je dédie ce travail. Résumé Les mesures microtectoniques, les coupes et les logs lithostratigraphiques, les données de forages pétroliers et les profils sismiques, en Tunisie nord-orientale onshore et offshore, montrent: (i) une variation latérale et en profondeur des séries lithostratigraphiques, (ii) une série de structures faillées en subsurface, caractérisées par des plis de direction N45°, des failles inverses et des décrochements N90-110° dextres et N160-180° sénestres auxquels sont associés des bassins. Les déformations tectoniques reconnues par les données sismiques n’affectent que des zones étroites, allongées et orientées selon trois directions majeures: N45°, N100-120° et N160-180°. Les données microtectoniques ont dévoilé une dominance de fractures NW-SE, NNE-SSW et NE-SW à ENE-WSW respectivement sur les formations du Valenginien-Tortonien, Aptien et Yprésien, et Aptien, Yprésien et Langhien. L’association de toutes les données a permis de mettre en évidence: (a) une phase extensive au Crétacé de direction moyenne N110° matérialisée par des failles normales subméridiennes, NW-SE à WNW-ESE dextres, ENE-WSW à NE-SW senestres, (b) une compression de direction NW-SE pendant l’Eocène, (c) une extension de direction NE-SW à l’Oligocène, (d) une compression de direction NW-SE au Tortonien suivie par (e) une distension NE-SW au Messinien et enfin (f) une compression au Pliocène de direction NW-SE. Ces phases alpine et atlasique s’amortissent vers l’Est lors de la transition onshore-offshore et leur ampleur diminue d’Ouest et Nord-Ouest vers l’Est. On y observe des zones fortement faillées et plissées, alors que vers l’Est elles sont faillées et structurées en horsts et en grabens. Les réservoirs sont bien développés et sont de deux types : (i) carbonatés et fracturés (formations Abiod, Métlaoui, Souar et Chérahil, et Aïn Grab) et (ii) siliciclastiques (formations Birsa et Saouaf). Les roches mères qui constituent les formations Fahdène, Métlaoui, Bou Dabbous et El Gueria, ont alimenté ces réservoirs. Des pièges tantôt structuraux, associés à des structures plissées et fermées par failles, tantôt stratigraphiques, induits par changement de faciès, se sont développés suite à ces phases de compression. Les séries argileuses épaisses des formations El Haria, Souar et Chérahil, et Oum Dhouil constituent de bonnes couvertures continues qui scellent les structures des réservoirs. Les inversions structurales et la tectonique tangentielle en Tunisie orientale jouent un rôle important dans la structuration de la couverture et de l’évolution du système pétrolier. Mots clés: Tunisie nord-orientale, microtectonique, sismique, bassin, inversion. Abstract Microtectonic measurements, the lithostratigraphic cross-sections and logs, the data of oil drillings and the seismic profiles, in north-eastern Tunisia onshore and offshore, show: (i) a side and in-depth variation of the lithostratigraphic series, (ii) a series of faulted structures at subsurface, characterized by folds oriented N45°, reverse faults and N90-110° dextral and N160-180° sinistral strike-slips associated with basins. The tectonic deformations recognized by the seismic data affect only narrow zones, lengthened and oriented according to three major directions: N45°, N100-120° and N160-180°. The microtectonic data revealed a predominance of fractures NW-SE, NNE-SSW and NE-SW to ENE-WSW on the formations of Valenginian-Tortonian and Ypresian Aptian and Aptian, Ypresian and Langhian, respectively. The associations of all data helped to identify: (a) an extensive phase Cretaceous in age, ~N110° oriented and materialized by NS normal faults, NW-SE to WNW-ESE dextral and ENE-WSW to NE-SW sinistral faults, (b) a NW-SE compression during the Eocene, (c) a NE-SW Oligocene extension, (d) a NW-SE Tortonian compression followed by (e) a NE-SW Messinian distension and (f) a NW-SE Pliocene compression. These Alpine and Atlassic phases decrease eastwards at the onshore-offshore transition and their magnitude decreases from the West and Northwest to the East, where strongly folded and faulted zones can be observed, whereas Eastwards they are faulted and structured in folds and troughs. The reservoirs are well developed and are of two types: (i) carbonated and fractured (Abiod, Métlaoui, Souar and Chérahil, and Aïn Grab formations) and (ii) siliciclastic (Birsa and Saouaf formations). Sometimes structural traps, associated with structures folded and closed by faults, sometimes stratigraphic, induced by change of facies, developed following these compression stages. The bed rocks which constitute the Fahdène, Métlaoui, Bou Dabbous and El Gueria formations, supplied these reservoirs. The thick argillaceous series of the El Haria, Souar and Chérahil, and Oum Dhouil formations constitute good continuous covers which seal the structures of the reservoirs. The structural inversions and thrusting in Eastern Tunisia play a significant role in the structuring of the cover and the evolution of the oil system.