Relationships between karst and tectonics: case-study of the cave system north of Lake Thun (Bern, Switzerland)

• Published in: Geodinamica acta Vol. 12; no. 6; pp. 377 - 388
• Main Authors: Häuselmann, Philipp, Jeannin, Pierre-Yves, Bitterli †, Thomas
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier SAS 1999
• Subjects: Alpes; Alps; facteurs de karstification; karst; karstification factors; speleogenesis; spéléogenese; tectonics; tectonique; spéléogenese; Alps; karstification factors; Alpes; facteurs de karstification; tectonics; karst; tectonique; speleogenesis
• ISSN: 0985-3111; 1778-3593
• DOI: 10.1016/S0985-3111(99)00104-7

The cave system is situated north of Lake Thun, in the Helvetic border chain. The overall geology is simple: the slightly dipping (15–25° towards the southeast) strata are interrupted by a NE–SW trending normal fault with a throw of 150 m in the NE and about 500 m in the SW. Since a part of the region is covered by flysch, the caves are the only way to observe the geological setting of the underlying Cretaceous and Eocene series. We show that observations in caves may yield valuable information about the onset of the tectonic movements: in particular, observations in the Bärenkluft region clearly demonstrate that the beginning of prealpine extension had already begun in the Upper Cretaceous, and that this normal fault has been inverted later during Alpine compression. We also illustrate the influence of tectonic stress and strain upon karstification. The Alpine tectonic phases, with alternating compression and extension, contributed to the development of different karstogenetic levels. Tectonic strains opened and possibly closed some fractures, allowing (or preventing) water to flow through parts of the karst massive. The structural setting, defining the overall geometry of the limestone bed, played an important role in the development of the various phases of the system. Most of the conduits appear to belong to old, deep phreatic systems. Tectonics is only one of a number of factors controlling karstification. Together with lithology, it represents the geological control. Geomorphological factors (mainly spring and catchment positions, but also erosion of the flysch cover), as well as bioclimatical factors (quantity and physico-chemical characteristics of water), and hydrodynamics and transport processes can play a significant role on the genesis of karst systems. Le réseau des Sieben Hengste-Hohgant et les cavités adjacentes se situent au nord du lac de Thoune (Oberland bernois, Suisse), dans la chaîne bordière helvétique. Les différentes cavités renferment actuellement plus de 260 km de galeries sur plus de 1 600 m de dénivellation. La structure géologique générale est simple : une dalle monoclinale plonge faiblement (15–25°) vers le sud-est. Elle est interrompue par une faille normale N–S dont le rejet passe de 150 m au nord à environ 500 m au sud. L'utilité des observations lithostratigraphiques et tectoniques dans les grottes est démontrée : une partie de la nappe helvétique est couverte de flyschs et les grottes représentent le seul moyen pour aborder la situation géologique des couches du Crétacé et de l'Eocène. De plus, les observations dans les grottes peuvent révéler des informations géologiques utiles, parfois inédites, concernant l'histoire géologique régionale. L'exemple de la Bärenkluft montre clairement que les premières phases de fracturation, liées à l'extension du bassin helvétique, remontent au Crétacé supérieur. La faille a ensuite rejoué (comme faille inverse) pendant la période de compression alpine. L'influence des contraintes et mouvements néotectoniques sur la karstification est discutée ensuite. Les phases néotectoniques alpines, alternant compression et extension, ont eu des effets sur l'évolution des niveaux karstogénétiques. Les mouvements tectoniques ont ouvert (éventuellement fermé) les fractures, facilitant, ou au contraire empêchant, l'écoulement des eaux dans certaines parties du massif. La géométrie de la couche calcaire, définie par le contexte géologique, a joué un rôle primordial sur le développement des diverses phases du système. Les conduits semblent avoir appartenu à des systèmes karstiques profonds. Les observations présentées montrent cependant que la tectonique n'est qu'un seul des facteurs contrôlant la karstification. Il faut garder à l'esprit que la tectonique, associée à la lithostratigraphie, ne représente que le contrôle géologique de la karstification. Les facteurs géomorphologiques (principalement la position des exutoires potentiels et des zones de recharge, mais aussi le rôle du décapage de la couverture) et bioclimatiques (quantité et caractéristiques physico-chimiques des eaux d'infiltration) jouent un rôle tout aussi important sur le développement des systèmes karstiques.