Corrélation avec d’autres marges péri-atlantiques

Au Permo-Carbonifère, on observe la formation d'un rift entre les Mauritanides à l'est et les Appalaches à l'ouest. Du côté africain, on a des failles nord-sud à rejet vers

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ouest (Atlantic Ressources LTD, BEICIP, Petroconsultants S.A., 1987) qui effondrent les formations du socle paléozoïque, et des failles transverses est-ouest. Ces dernières affectent le rift sénégalais en le découpant en blocs plus ou moins soulevés et basculés les uns par rapport aux autres. Ces étirements différentiels ont induit des variations d'épaisseur de la croûte continentale de 4000 à 6000 mètres dans le compartiment de Mauritanie-Caroline, de 11000 mètres dans le compartiment Blake-Plateau-Dakar (Figure 4.37), la subsidence étant directement liée à l'épaisseur du substratum. En effet, l'épaisseur des séries sédimentaires de remplissage est d'autant plus grande que la croûte continentale est mince. Les failles transverses paraissent correspondre aux failles décrochantes du domaine océanique, auxquelles on peut parfois les relier.

Figure 4.37. Position de l’Afrique de l’Ouest et de l’Amérique du Nord avant l’ouverture océanique (d’après Roussel & Liger, 1986, modifiée).

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Le bassin du Sénégal, sur la côte ouest-africaine et sa partie homologue sur la côte est-américaine constituent des marges divergentes typiques issues de l’ouverture de l’Atlantique central. La géométrie similaire de la chaîne des Appalaches (côte est d’Amérique du Nord) et de celle des Mauritanides (côte ouest du nord-ouest de l’Afrique) d’âge hercynien pousse les géologues à évoquer une histoire commune de ces deux chaînes avant l’ouverture de l’Atlantique (Figure 4.37). Cependant, bien que toutes les deux aient été formées durant l’orogénèse hercynienne, l’histoire de leur formation est tout à fait différente (Atlantic Ressources LTD, BEICIP, Petroconsultants S.A., 1987). En effet, une partie de la chaîne des Maurtanides a été reprise durant l’orogénèse hercynienne.

L'ouverture de l'Atlantique Central, avec la rupture de la Pangée, est située entre le Carbonifère et le Jurassique (Atlantic Ressources LTD, BEICIP, Petroconsultants S.A., 1987 ; Burke, 1976 ; Dillon et al., 1988 ; Ly, 1985). Elle a pour conséquence le développement de bassins côtiers sur les marges continentales opposées ouest-africaine et est-américaine. Tous ces bassins sont caractérisés par le dépôt d'une épaisse pile de sédiments mésozoïques et cénozoïques dont les nombreux caractères lithologiques et faunistiques communs viennent renforcer l'hypothèse d'une expansion océanique progressive.

Du côté américain, l’amincissement par rifting de la croûte et son refroidissement et extension ont entraîné la subsidence. Des variations dans la valeur de cette subsidence ont abouti à la formation de cinq bassins bordant la partie est de l’Amérique du nord (Dillon et al., 1988 ; Costain & Çoruh, 1989 ; Withjack et al., 1998) (Figure 4.37) : le bassin de Blake Plateau, la fosse de Caroline, la fosse du Baltimore Canyon, le bassin de Georges Bank et le bassin de Scotian.

La fosse de Caroline est étroite avec un socle relativement mince d’après les modèles gravimétriques. Elle montre également de nombreux diapirs de sel indiquant une accumulation considérable de sel pendant le début de son évolution. Dans la fosse de Caroline, la subsidence d’un vaste bloc de strates au-dessus du sel mobile a abouti à la formation d’une faille normale active majeure sur la bordure continentale du bassin (Withjack et al., 1998).

Un profil sismique de haute résolution a été obtenu à travers le bassin de rift de Jedburg au sud de la fosse de Caroline dans la zone du tremblement de terre de 1886 qui affecté la ville de Charleston (Figure 4.37 et 4.38). L’interprétation de ce profil montre que le remplissage syn-rift du bassin de Jedburg serait du Trias par

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corrélation (Costain & Çoruh, 1989), car le basalte qui surmonte ces dépôts est daté du Jurassique.

Figure 4.38. Profil sismique interprété du bassin de rift de Jedburg (modifié d’après Costain

& Çoruh, 1989) (voir localisation sur la figure 4.37).

Le bassin de Georges Bank, situé un peu plus au nord, présente une structure profonde complexe de sous-bassins remplis d’épais dépôts syn-rift. Ceci pourrait être le résultat d’un décrochement qui se serait produit à cet endroit où la marge continentale présente un décalage. Les sédiments post-rift y semblent minces en comparaison de ceux des autres bassins, environ 8000 m seulement (Withjack et al., 1998). Le bassin de Scotian, au large du Canada, contient des roches jurassiques, calcaires, grès, shales et charbon, recouvertes par des dépôts deltaïques et des sédiments du Crétacé supérieur d’eau plus profonde, craie et shales.

Une comparaison avec les marges péri-atlantiques du reste de l’Atlantique central, en particulier les marges conjuguées de la fosse de Caroline et du Blake Plateau, souligne le caractère ubiquiste de la structure et des relations observées dans le bassin du MSGBC. Seul varie l’âge auquel se produit le passage de la subsidence rapide à la subsidence lente. Cet âge est entre 140 et 115 Ma sur la marge continentale atlantique des Etats-Unis et entre 95 et 90 Ma sur la marge sénégalaise (Flicoteaux et al.,1988).

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L’un des facteurs envisagés pour expliquer les accélérations de la subsidence de l’Aptien et du Cénomanien, avant le ralentissement cénomano-turonien de la subsidence du bassin du MSGBC est l’ouverture de l’Atlantique équatorial. Cette ouverture aurait pu modifier l’étirement crustal et le retour à l’équilibre thermique de la région. Cette hypothèse est suggérée par des comparaisons avec la subsidence du plateau du Demerara et du bassin offshore de Côte d’Ivoire (Flicoteaux et al., 1988).

Concernant le volcanisme, les mêmes systèmes de sills et de dykes du Jurassique sont retrouvés aussi bien en Amérique du Nord qu’en Afrique de l’Ouest, mais le volcanisme alcalin ne s’est étendu qu’à travers le bassin sénégalais (Figure 4.39).

Figure 4.39. Évolution de la plume centrale atlantique depuis le Permien (d’après Oyarzun et al., 1997)

4.13. Conclusions

L’interprétation des profils sismiques mis à disposition dans la région de Diourbel et de Thiès a permis de mettre en évidence neufs unités sismostratigraphiques en se basant sur la structure, l’amplitude, la fréquence et la continuité des réflecteurs (Tableau 4.3):

- L’unité U1, avec un faciès sismique chaotique, est interprétée comme le socle pré-rift anté-cambrien ou paléozoïque inférieur à moyen du bassin. Aucun forage ne l’a atteint mais elle semble subir un fort amincissement crustal vers

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l’ouest à la faveur de failles nord-sud, mais aussi vers le sud et le nord sous l’action de décrochantes est-ouest.

- L’unité U2 avec des réflecteurs plus nets est composée de dépôts syn-rift qui remplissent les dépressions de l’unité U1. Elle semble d’abord subir une tectonique intense avec des failles synsédimentaires qui devient plus modérée par la suite. Elle pourrait être datée du Permo-Trias et du Jurassique inférieur à moyen. Mais, comme pour l’unité U1, il n’y a aucun forage qui l’a traversée et donc pas d’information lithologique et biostratigraphique. Mais une corrélation avec le bassin de Jedburg au sud de la fosse de Caroline en Amérique du Nord permet de proposer pour l’unité sismique U2 un âge triasique.

- L’unité U3, de forte amplitude et de basse fréquence, est constituée de sédiments détritiques et représente un bon repère stratigraphique surtout dans le secteur étudié. Sa base correspond à « l’horizon IV » qui est aussi nommé

« discordance du Mésozoïque » par Rochet et Villeneuve (1987). Cette unité pourrait correspondre au Jurassique supérieur,

- L’unité U4 caractérisée par un faciès sismique de haute amplitude et de fréquence moyenne vers l’ouest et qui devient transparent vers l’est. Elle représente le Néocomien (Berriasien, Valanginien, Hauterivien). La présence de micas, de plagioclases et d’autres minéraux de métamorphisme montre que la chaîne hercynienne devait être source de sédiments.

- L’unité U5 avec un faciès montrant des réflecteurs continus de basse fréquence et de forte amplitude. EIle représente l’Aptien. Dans cette unité la réactivation des failles décrochantes est-ouest crée un soulèvement vers l’ouest et un abaissement vers l’est. Ce qui se traduit par une importante érosion et donc des lacunes de dépôts.

- L’unité U6 est de faciès sismique plus ou moins transparent et remplit les dépressions dans l’unité U5. Elle correspond aux dépôts essentiellement détritiques de l’Albien.

- L’unité U7 de faciès sismique transparent à la base et de basse fréquence et amplitude au sommet. Elle est datée du Cénomano-Turonien avec des dépôts de shales riches en matière organique qui sont considérés comme d’excellentes roches-mères pétrolières de type III. L’activité des failles décrochantes se fait beaucoup moins sentir.

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- L’unité U8 de faciès sismique plus ou moins transparent, avec réflecteurs, discontinus et chaotiques par endroit. Elle correspond au Coniacien, Santonien et Campanien. La réactivation des failles décrochantes crée de fortes variations d’épaisseur dans cette unité.

- L’unité U9 de faciès sismique souvent de forte amplitude et basse fréquence, avec des réflecteurs plus ou moins continus et même chaotiques par endroit.

Elle correspond au Maastrichtien essentiellement sablo-argileux.

Tableau 4.3. Principales unités de faciès sismostratigraphique et interprétation de leur environnement de dépôt

Du point de vue structural, les cartes d’isopaques et d’isohypses nous ont donné des informations importantes sur le contexte de dépôt de ces unités. En effet l’activité tectonique semble influencer fortement la structure de ces unités (Daoudi, 2010), mais la faible densité de lignes sismiques ne nous permet pas de faire une interprétation définitive. Ainsi d’après la figure 4.40, on note une forte activité tectonique au Permo-Trias, qui est accompagnée par un magmatisme tholéiitique.

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Ensuite, on note une période de ralentissement durant le Jurassique. Puis l’activité des failles décrochantes reprend au Néocomien et à l’Aptien avec un volcanisme de type alcalin. L’Albien et le Cénomano-Turonien sont marqués par une nouvelle période de ralentissement dans l’activité tectonique. Au Sénonien on assiste à de nouvelles réactivations de failles décrochantes qui entraînerait de nouvelles remontées magmatiques alcalines.

Figure 4.40. Activité des failles décrochantes du Précambrien au Mésozoïque et type de magmatisme associé dans le secteur étudié

Donc le stade rift a très tôt influencé la distribution des sédiments. Généralement, l’activité des failles de rifting cessent dès le début de la sédimentation marine normale. Mais ici les grabens formés lors de l’ouverture océanique continuent d’influencer la distribution des sédiments pendant plus de 100 Ma (Burke, 1976). Ces mouvements tectoniques pourraient causer une fuite et une dissémination des hydrocarbures dans le bassin.

Les indices de pétrole notés en surface pourraient provenir du fond par libération d’hydrocarbure, dans les parties profondes, due à la réactivation des failles décrochantes.

La corrélation avec les données géophysiques et de forage a permis de mettre en évidence des structures déjà définies. Ainsi le volcanisme de Ndofane, déjà identifié par la gravimétrie, est interprété sur le plan sismique. Des analyses pétrographiques et géochimiques des roches volcaniques ont permis de décrire pour la première fois la phase tholéiitique dans le bassin sénégalais. Une datation précise de ces basaltes n’a pas été faite mais leurs homologues du bassin de Jedburg en Amérique du Nord sont datés du Jurassique.

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D’une manière générale, la sédimentation de notre domaine d’étude est essentiellement de type silicoclastique jusqu’à la fin du Crétacé.

Chapitre 5

Conclusions générales

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La découverte de traces de bitume dans le bassin de marge passive divergente du MSGBC a suscité des efforts soutenus d'exploration de son potentiel en hydrocarbures aussi bien en onshore qu’en offshore. Cela a permis de mettre en évidence des réserves d’hydrocarbures au Sénégal, mais qui sont soit des poches exploitées à court terme, soit des gisements non rentables.

Bien que de nombreuses investigations géophysiques et de forages aient permis d’améliorer la connaissance géologique du bassin du MSGBC, certaines informations ont manqué surtout dans la partie onshore de Diourbel et Thiès où notre étude a porté. Au Sénégal, l’absence de relief dans le bassin fait que les premiers affleurements sont datés du Campanien (Sarr, 1999 ; Sarr et al., 2000 ; Pasmi, 2009), mais les structures sont bien présentes. Ces dernières ont déjà été mises en évidence par aéromagnétisme et gravimétrie (Ponsard, 1985)

L’interprétation sismostratigraphique de 15 profils sismiques disponibles a permis de définir 9 unités sismostratigraphiques se basant sur l’analyse et la description des faciès sismiques.

Concernant les structures profondes du bassin, qui n’ont été atteintes par aucun forage, l’analyse des faciès sismostratigraphiques a permis de définir deux unités bien distinctes dans l’évolution géodynamique du bassin :

- 1) L’unité sismostratigraphique U1 de faciès sismique très chaotique. Elle pourrait constituer la phase anté-rift qui aurait subi les premières déformations tectoniques liées à l’ouverture de l’Atlantique Nord. L’analyse de l’horizon sismostratigraphique H1 qui constitue la limite supérieure de l’unité U1 montre un domaine oriental non subsident et un domaine occidental subsident. Ce dernier aurait été affecté par une tectonique intense dès le Permo-Trias qui a abouti à la formations de demi-horsts et demi-grabens (Burke, 1976). Ces deux domaines sont séparés par une zone de flexure (Latil-Brun, 1987). L’unité U1 pourrait représenter le socle et serait constitué de roches paléozoïques et/ou du Précambrien.

- 2) L’unité sismostratigraphique U2 de faciès sismique à réflecteurs plus ou moins continus et subparallèles. Elle constitue la phase syn-rift, datant du Permo-Trias au Jurassique inférieur à moyen, qui remplit les demi-grabens de l’unité U1. On peut noter des séquences différentes de dépôt dans l’unité U2. Du point de vue pétrolier, l’unité U2 pourrait représenter un important réservoir d’hydrocarbure généré dans le Paléozoïque. Cependant aucun forage ne l’a atteinte. À Ndofane (forage ND1) l’unité U2 est surmontée par des basaltes tholéiitiques. Ces derniers sont datés du

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Jurassique dans le bassin de Nework (Costain & Çoruh, 1989) où ils traversent toute une série syn-sédimentaire.

Le début de phase post-rift est marqué par le dépôt de l’unité sismostratigraphique U3, dont la base définit la discordance de base du Mésozoïque. Elle montre un faciès sismique de forte amplitude et de basse fréquence. Il s’agit de dépôts détritiques issus des érosions accompagnant l’activité tectonique intense précédant la phase drift dans le bassin de MSGBC. Le forage de Diourbel (DL1) qui l’a traversé montre qu’il s’agit d’un conglomérat. Elle pourrait dater du Jurassique moyen à supérieur.

Les études sédimentologiques, paléontologiques et palynologiques ont permis de mettre en évidence des traces de fossiles dans ces sédiments. Ces derniers étaient auparavant décrits comme azoïques. Dans l’unité sismostratigraphique U8 qui représente le Coniacien, Santonien et Campanien, l’étude paléontologique a permis de définir une association à rugoglobigérines typiques du Campanien.

L’analyse sismostratigraphique des cartes d’isopaques et d’isohypses successifs a permis de montrer que l’activité tectonique a été le principal facteur de contrôle des dépôts post-rift au moins jusqu’à la fin du Crétacé. Cette phase tectonique a connu des périodes d’activité plus ou moins intense. Les lacunes de dépôt observées dans certains forages du Cap-Vert sont dues aux effets combinés d’un soulèvement dans la partie ouest et d’un retrait du niveau marin durant l’Aptien.

Malgré l’amélioration de l’interprétation sismostratigraphique couplée à des données sédimentologiques, paléontologiques et palynologiques, certaines informations manquent dans le bassin du MSGBC. En effet les données publiées sont plus nombreuses du côté américain que du côté africain.

Ainsi dans le cadre d’études ultérieures, il serait intéressant :

- d’acquérir de nouvelles données sismiques 3D onshore avec une bonne résolution afin de mettre en évidence les séquences stratigraphiques ;

- de forer au moins un puits d’exploration ou stratigraphique qui puisse traverser l’unité sismostratigraphique U2 afin de la caractériser sur le plan lithostratigraphique et en termes de potentiel en hydrocarbure (gas shales).

Les dépôts post-rift du Néocomien, Aptien, Albien du bassin sénégalais pourraient être utilisés comme réservoirs de stockage de CO2. Ils sont essentiellement détritiques et des études antérieures ont montré qu’ils sont d’excellents réservoirs remplis d’eau salée.

L’épaisse couche d’argile plastique du Cénomano-Turonien, qui est un très bon repère

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stratigraphique dans tout le bassin, constitue une bonne couverture imperméable pour le CO2 stocké.

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