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Technical Report NTB 87-02

Facies and origin of Triassic evaporites from the Nagra boreholes, Northern Switerland

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Bien que très largement réparties dans le Jura suisse, les deux séries évaporitiques du Trias, le Gipskeuper et l'Anhydritgruppe du Muschelkalk moyen affleurent relativement mal. Cependant, ces deux séries évaporitiques ont été carottées lors de la réalisation des forages de Böttstein, Leuggern, Riniken, Schafisheim, Weiach (Nagra-programme de forages profonds) et du forage de Beznau (NOK). Des analyses détaillées de la minéralogie, de la texture et de la sédimentologie de ces carottes ont permis de reconstruire l'histoire diagénétique et sédimentaire des évaporites du Trias ainsi que leur paléogéographie.

La composition minéralogique primaire du Gispkeuper et de l'Anhydritgruppe a été modifiée lors de processus diagénétiques propres aux séries évaporitiques. La suite complexe de minéraux évaporitiques: calcite, dolomite, gypse, anhydrite et halite, associée avec le chert et le talc est interprétée comme représentant un assemblage de diagenèse précoce.

C'est surtout sous l'influence du milieu de dépôts que des processus tels que précipitation de gypse et de nodule d'anhydrite, dolomitisation et silificication des carbonates ainsi que dissolution de halite et de sulfates ont largement modifié la composition minéralogique originelle de la roche.

Pendant la diagenèse d'enfouissement (burial) qui a suivi, le gypse s'est déshydraté en anhydrite lorsque la température a dépassé 50°C. Ensuite, le remplacement de l'anhydrite par le méga-quartz et par la dolomite a libéré des ions traces qui ont permis la formation de phases minérales peu solubles telles que: fluorite, blende, pyrite, célestine.

Après le soulèvement post-Tertiaire, les eaux météoriques pénètrent dans la partie supérieure des sédiments triasiques qui sont à l'état de diagenèse mésogénétique (burial). L'hydratation de l'anhydrite qui en résulte (par exemple le Gipskeuper à Böttstein), entraîne une fracturation de la roche et une importante dissolution des sulfates. De plus, la partie des séries évaporitiques au contact des aquifères sont elles-mêmes hydratées (forages de Beznau, Böttstein, Leuggern). Ceci n'est pas observé dans les forages dans lesquels le Gipskeuper est surmonté d'une série de 500 m d'épaisseur.

Malgré une importante modification diagénétique qui a presque transformé tous les minéraux primaires, les textures sédimentaires originelles sont bien conservées.

Dans le Gipskeuper et l'Anhydritgruppe, on distinque quatre lithofaciès subdivisés en plusieurs sous-faciès:

A.Lithofaciès sulfaté:
 

(1) 

sulfate sélénitique témoignant de l'origine subaquatique du gypse

2)sulfarénites litées avec rides et autres structures sédimentaires indicatrices de remaniement et de redéposition subaquatique, probablement lors de tempêtes.
 

(3) 

sulfates noduleux composés soit d'anhydrite ou de gypse de couleur blanche ou rouge présentant une structure «en cage à poule», soit d'anhydrite impure de couleur brun-gris en mosaïque de petits nodules. Ceci correspond respectivement à de l'anhydrite en structure «en cage à poule» de sabkha récente et à des sols évaporitiques (gypcrete).

B.
 

Lithofaciès carbonaté, composé de faciès saumâtre à hypersalin comprenant des micrites homogènes, des dolomicrites et laminites stromatolithiques intertidales ainsi que des calcarénites et -rudites.

C.
 

Lithofaciès à chlorures avec de l'halite massive ou laminée et de l'halite en brèches à structure d'effondrement.

D. 

Lithofaciès argileux:
 

(1) 

argile sapropélique noire avec des sulfarénites et de la sélénite qui indique une origine subaquatique.
 

(2)

 

argile calcaire de couleur verte et brun-rouge avec sulfcrete et fentes de dessiccation, représentant une importante formation de sols dans des playas subaériennes et des zones intertidales sujettes à des inondations intermittentes d'eau saline.

 

Le Gipskeuper (73 – 87 m) est subdivisé en 8 unités lithologiques dont l'épaisseur varie de 2 à 30 mètres. Grâce à l'analyse de la lithologie et des logs géophysiques, ces 8 unités sont corrélées de forage en forage.

Le Gipskeuper correspond à un cycle régressif à grande échelle sur lequel se superimposent jusqu'à 27 cycles régressifs à petite échelle. Ces derniers sont situés dans les 33 – 43 m supérieurs du Gipskeuper et sont corrélables de forage en forage. Dans la partie inférieure du Gipskeuper, la cyclicité est difficile à discerner et les cycles sont souvent incomplets. Au milieu de la séquence du Gipskeuper, un horizon-repère dont la partie supérieure est une sulfarénite et la partie inférieure est une dolomie à coquilles, peut être aisément suivi.

La partie basale du Gipskeuper représente une sédimentation dans de grands lagons salins. Le développement des playas continentales qui a suivi est marqué par la présence d'horizons à nodules sulfatés. Le dépôt de sélénite et de sulfarénites, marque l'inondation des playas durant la fin du Gipskeuper moyen. Une longue phase subaérienne avec une sédimentation plus lente et une importante formation de cycles de sols sulfatés a suivi. A la fin du Gipskeuper, playas continentales et dépôts salins de plaine d'inondation, laissent place aux sédiments fluviatiles rouges du Schilfsandstein.

L'Anhydritgruppe se compose d'une zone sulfatée surmontée d'une zone dolomitique. La zone sulfatée est divisée en deux par des couches salifères. La forte variation d'épaisseur de l'Anhydritgruppe (57 – 102 m) se marque surtout dans ces couches. Comme dans le cas du Gipskeuper, l'Anhydritgruppe est divisé en 8 unités lithologiques, corrélables de forage en forage. Il existe également une nette cyclicité dont chaque cycle est corrélable. Pour chaque cycle la salinité augmente vers le haut.

Dans la partie médiane de l'Anhydritgruppe les cycles sont généralement terminés par une bréchification ainsi que par une dissolution des surfaces de couches salifères et sulfatées. Dans la partie supérieure de l'Anhydritgruppe la bréchification diminue et les cycles sont coiffés par des conglomérats intraformationnels et des bancs de nodules d'anhydrite marquant des environnements plus stables et moins salins. Dans chaque forage un horizon-repère de couleur blanche d'1 mètre d'épaisseur et de texture sélénitique est observé.

La dolomie de la partie sommitale de l'Anhydritgruppe possède plusieurs similitudes avec les sédiments récents d'une sabkha côtière et fait transition vers les environnements de plate-forme carbonatée marine à faible énergie du Hauptmuschelkalk.

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