GEOLOGY OF THE CENTRAL JURA AND THE MOLASSE BASIN: NEW INSIGHT INTO AN EVAPORITE-BASED FORELAND FOLD AND THRUST BELT ANNA SOMMARUGA Dr ès Sciences II ©1997 Anna Sommaruga, Université de Neuchâtel, Institut de Géologie, Rue Emile Argand 115 2007 Neuchâtel, Suisse. Tél. 032 718 26 00 Fax 032 718 26 01 Editeur: Société neuchâteloise des Sciences naturelles, p.a. Bibliothèque publique et universitaire de la Ville, 2000 Neuchâtel, Suisse. Rédacteur: Willy Matthey Rédacteur technique: Jacques Ayer ISBN 2-88347-001-4 Imprimé en Suisse Photo de couverture: Eric Leuba (Photo-Report, La Chaux-de-Fonds) Photo panoramique à 140 degrés, 2000 m au-dessus du sol. Vue du Jura neuchâtelois en direction du Nord-Est. A gauche, les villes du Locle et de la Chaux-de-Fonds, la Vallée de La Sagne et des Ponts; au centre l'anticlinal du Mont-Racine et le synclinal losangique du Val de Ruz; à droite les Rochers-des-Miroirs et la Montagne de Boudry, le lac de Neuchâtel; à l'horizon le lac de Morat et le Plateau suisse (Bassin molassique). GEOLOGY OF THE CENTRAL JURA AND THE MOLASSE BASIN: NEW INSIGHT INTO AN EVAPORITE-BASED FORELAND FOLD AND THRUST BELT IMPRIMATUR POUR LA THÈSE Géologie du Jura central et du bassin molasslque: nouveaux aspects sur une chaîne d'avant-pays plissée et décollée sur des couches d'évaporites de Mme Anna Sommaruga Mosar UNIVERSITÉ DE NEUCHÂTEL FACULTÉ DES SCIENCES La Faculté des sciences de l'Université de Neuchâtel sur le rapport des membres du jury, MM. M. Burkhard (directeur de thèse), J.-P. Schaer, G. Gorin (Genève), D. Roberts (Londres) et A.W. BaIIy (Houston, USA) autorise l'impression de la présente thèse. Neuchâtel, le 2 octobre 1997 Le doyen: R. Dändliker GEOLOGY OF THE CENTRAL JURA AND THE MOLASSE BASIN: NEW INSIGHT INTO AN EVAPORITE-BASED FORELAND FOLD AND THRUST BELT GÉOLOGIE DU JURA CENTRAL ET DU BASSIN MOLASSIQUE: NOUVEAUX ASPECTS D 'UNE CHAÎNE D 'AVANT-PAYS PLISSÉE ET DÉCOLLÉE SUR DES COUCHES D ÉVAPORJTES ANNA SOMMARUGA Dr es Sciences Lauréate 1996 du Prix de la Conférence AIH-AISH de Lausanne 1990 Schweizerische Akademie der Naturwissenschaften SANW Académie suisse des sciences naturelles ASSN Swiss Academy of Sciences SAS MÉMOIRE DE LA SOCIÉTÉ NEUCHÂTELOISE DES SCIENCES NATURELLES TOME XII REMERCIEMENTS: Le présent travail a été soutenu par le Fonds National Suisse de Ia Recherche Scientifique (requêtes N° 4020-031533; 21-37366.93) et par l'Institut de Géologie de l'Université de Neuchâtel. Je tiens à remercier les compagnies pétrolières et les institutions, propriétaires des profils sismiques et des logs de forages, d'avoir autorisé l'accès, l'utilisation, ainsi que la publication d'une partie de leurs données dans ce mémoire: - British Petroleum Exploration Operating Company (Angleterre), en la personne du Dr David G. Roberts - Forces Motrices Neuchâteloises S.A. (Canton de Neuchâtel), en la personne de J. Rossât - Musée géologique du Canton de Vaud à Lausanne, en la personne de son directeur Dr Aymon Baud - Office de l'économie hydraulique et énergétique du Canton de Berne - SEAG (A.G. für schweizerisches Erdöl) - Shell International Exploration and Production B.V. (Pays-Bas), en la personne du Dr Harry Doust. La publication de ce mémoire a pu être réalisée grâce au soutien financier de nombreuses institutions, fondations et sociétés, auxquelles je témoigne toute ma reconnaissance: - Académie Suisse des Sciences Naturelles (Berne) - British Petroleum Exploration Operating Company (Angleterre) - CEDRA, Société coopérative nationale pour l'entreposage de déchets radioactifs (Canton d'Argovie) - Conférence de !'Assoc, internat, des hydrogéol. et des sci. hydrolog, (AIH-AISH) de Lausanne 1990 (Prix 1996) - Département de l'Instruction publique de la République et du Canton de Neuchâtel - Fondation Dr Joachim de Giacomi (Canton de Bâle) - Forces Motrices Neuchâteloises S.A. (Canton de Neuchâtel) - Schweizer Rheinsalinen (Canton de Bâle) - Société Neuchâteloise des Sciences Naturelles. 4 AVANT-PROPOS "En traitant de la géologie du Jura neuchâtelois, Petroleum. Celles-ci ont d'ailleurs conduit à l'aban­ nous ne saurions avoir la prétention d'intéresser par don du projet d'une exploration pétrolière dans le la nouveauté du sujet. Tl est peu de chaînes de mon­ canton. A notre demande, les propriétaires de ces tagnes qui soient aujourd'hui aussi bien connues que données ont eu la générosité de donner accès à l'en­ le Jura ...". C'est en ces termes que Desor & Gressly, semble des profils sismiques à des fins non-com­ en 1859, introduisent leurs "Etudes géologiques sur merciales. C'est ainsi, que Anna Sommaruga alors le Jura Neuchâtelois", publiées dans le tome IV de doctorante en géologie, a pu disposer d'un matériel cette même série des Mémoires de la Société scientifique de grande valeur pour l'étude de la Neuchâteloise des Sciences Naturelles. Cent trente- structure profonde et de l'évolution tectoniqe du huit ans plus tard. Ie Jura n'a pas encore cessé d'inté­ Jura central. Pour se perfectionner dans l'interpréta­ resser les géologues du monde entier et fait toujours tion des profils sismiques, un domaine encore peu partie des chaînes de montagnes les plus étudiées. enseigné dans les universités suisses, A. En effet, il n'est guère d'ouvrages, traitant de la tec­ Sommaruga a effectué deux stages à l'Université de tonique ou de la géologie structurale, où ne figurent Rice à Houston chez le Prof. A.W. Bally. Excellent soit les plis du Jura, soit sa structure arquée. Durant connaisseur de Ia géologie de la Suisse et du toutes ces années, de nouveaux concepts et Monde, ce dernier fut aussitôt intéressé par ce projet méthodes géologiques ont été développés, appliqués et accepta de parrainer la thèse d'Anna Sommaruga. et testés dans cette petite chaîne modèle, localisée Vu depuis le Texas, où "everything is big", le canton au coeur de l'Europe. de Neuchâtel apparaissait cependant comme assez petit et des efforts supplémentaires furent entrepris Aujourd'hui, tout comme au temps de Desor et de pour étendre le réseau des profils sismiques au Gressly, de nouvelles données géologiques ont Bassin molassique suisse ainsi que du coté du Jura fourni une "occasion ... de vérifier la justesse de nos français, deux régions où la compagnie Shell, avec théories" (op. cit. p. V). A l'époque, il s'agissait du divers partenaires locaux, avait entrepris préalable­ creusement du tunnel ferroviaire sous la Vue des ment des campagnes de prospection pétrolière. Alpes, tandis qu'aujourd'hui, ce sont les résultats de Finalement, grâce à Shell et à Swisspetrol (SEAG), sondages par la méthode de "sismique réflexion", qui ont ouvert leurs archives jusqu'alors confiden­ qui permettent de compléter nos connaissances et tielles, un vaste réseau de plus de 1500 km de pro­ nos visions de la structure profonde du Jura. Depuis fils sismiques a été mis à disposition. Il a permis la Deuxième Guerre mondiale, le Bassin molassique d'analyser la géométrie des structures profondes et le Jura ont été examinés sous l'aspect de leur s'étendant du Jura externe, à travers la Haute Chaîne potentiel pétrolier, d'abord par des études classiques du Jura plissé, du Bassin molassique jusqu'à la bor­ de géologie de surface et ensuite à partir des années dure des Alpes. Anna Sommaruga ne s'est pas per­ 70, à l'aide d'une nouvelle technologie, telle que la due dans les montagnes de papiers que représentent "sismique réflexion". Cette méthode, comparable à les originaux de ces profils, elle a réussi à en une radiographie du sous-sol, permet d'identifier la condenser l'information et à en tirer les points nature des couches et leurs structures, notamment essentiels pour la tectonique de nos régions. celles qui pourraient piéger du pétrole. A présent, tous ces résultats accompagnés d'une quarantaine De nouveaux éléments de réponse ont pu être de forages n'ont pas fourni de succès tangibles du apportés aux questions classiques concernant la for­ point de vue pétrolier. mation de la chaîne jurassienne. Parmi les plus importantes, la théorie du "Fernschub", trouve une Une des dernières campagnes d'exploration pétro­ très belle confirmation dans le présent mémoire. lière en Suisse a été entreprise en 1988 par la com­ Proposée en 1907 par Buxtorf, elle explique le plis­ pagnie British Petroleum associée aux Forces sement du Jura par une poussée lointaine horizon­ Motrices Neuchâteloises. Elle a permis d'acquérir tale depuis les Alpes, avec un décollement de la environ 300 km de profils de "sismique réflexion", couverture sédimentaire au sein des roches évapori- dans le seul canton de Neuchâtel, sondé pour la pre­ tiques du Trias. Bien que cette théorie soit large­ mière fois par cette méthode. L'Institut de Géologie ment acceptée aujourd'hui, il restait bien des points de l'Université de Neuchâtel a eu la possibilité de détail à éclaircir quant aux relations géomé­ d'examiner les résultats de cette campagne et les triques entre le socle et Ia couverture. C'est pour la premières interprétations réalisées par British première fois que la profondeur du socle et sa 5 géométrie lisse sous le Jura et le Bassin molassiqué Enfin, la Société Neuchâteloise des Sciences ont pu être cartographiées. Ces données excluent Naturelles a accepté de publier ce travail dans la une implication considérable du socle dans la for­ série de ses Mémoires, par lesquels, traditionnelle­ mation des plis du Jura. Ces mêmes données sis- ment, les nouvelles données géologiques sur le Jura miques ont permis de mettre en évidence deux types ont été diffusées. La parution coïncide avec la de plis, interprétés comme des stades d'évolution réunion annuelle de l'Académie Suisse des Sciences successifs du plissement de la couverture. Les pro­ Naturelles à La Chaux-de-Fonds en automne 1997; fils sismiques de British Petroleum dans le canton son thème général "Paysage calcaires de l'Arc juras­ de Neuchâtel fournissent pour la première fois une sien: du minéral au vivant" s'accorde parfaitement image complète et très claire des structures pro­ avec celui de ce nouveau mémoire.