Etude des bassins

intramontagneux andins

Analyse sédimentologique des

Couches Rouges sud péruviennes

•

C.N

Christophe NOBLET

V.S.N.A O.R.S.T.O.M LIMA 1985

Etude des bassins

intramontagneux andins

Analyse sédimentologique des

Couches Rouges sud péruviennes

•

C.N

Christophe NOBLET

V.S.N.A O.R.S.T.O.M LIMA 1985

Ce travall correspond à une année de recherche réalisée au titre de la coopération mili­

taire, dom; Il' cnd!'l' d'Ill! prolJrnmme ()ll~;rOM-lJNI "li PI'I'Oll et sous la direction scientifique de René

Marocco (Maître de recherche à l'ORSrOM) et de Jean Delfaud (Professeur à l'Université de Pau).

A l'dte Oel'œilOn, j'ni flll rencontrer et trnvRlller avec de nombreuses personnes. Je pense

notamment à

- René Marocco, à qui je dois cette lrremplaçable expérlence. Il a toujours su diriger mes travaux avec

compétence et disponiblllté

- Jean Delfaud, qui m'a accueilli à plusleurs reprises dans son laboratoire à Pau. Ses conseils et sa

grande expérience de terraln m'ont été très utlles.

QU'lis sOlent iCl vlvement remerciés.

Je remerCle aussl tous les géologues péruviens qui ont participé aux mlssions avec motiva­

tion et efficacIté :

- Elmer Cordoba, avec qUl j'al eu de longues et fructueuses dlscussions

- Silvia Rosas et Andres QUlroz de 1'"Unlversidad nacional de Ingeneria" (UNI)

- Fernando CandIa, Jose Cardenas, Victor Carlotto et Ronald Lopez de l'Université de Cuzco.

Je pense également à Gabriel Carlier, chef de mission à Lima, chez qui j'ai apprécié l'es­

prit critique et une sympathique conception de la hIérarchie. Je le remercie pour son accueil chaleu­

reux à mon arrivée.

Lnrin, jc ne sauralS oublier les llel1s d'amitIé nés de ces relatlOns de travall. Je tiens à

y associer Etienne Jaillard, Gérard Laubacher, Nicolas Moulin et Thomas Maurier.

III

CAL [ N D RIE R DES ACT 1 VIT [ S

- Incorporation le 2 Février 1984

- 28 Février - 9 Mars 1984 : stage 11 l'Université de Pau et des Pays de l'Adour dans le Laboratoire de

Géologie dynamlque des bassins sédimentaires dirigé par Mr. Jean Delfaud.

cf. rapport de stage ci-joint.

- 20 Mars - Arrivée 11 Lima - Pérou.

Fin Mars - Avrll - début Mai : démarches administratives et prises de contact 11 Uma avec l'Uni­

versité Nationale des Ingénieurs: UNI.

Le retard de l'arrivée de mes malles et les problèmes de véhicules 11 la mission ORSTOM m'empêchent de

sortir sur le terraln.

- 23 Mai - 17 Juin: premlère sort le à Cuzcu et Sicuani.

Je suis accompagné de Silvia Rosas, étudiante en Géologie 11 l'UNI.

Prlses de contact avec les professeurs et étudlants de l'Université de Cuzco. Premlers préparatifs pour

l'école de terrain 1984.

- 18-19 JUln : visite de la délégation générale de l'ORSrOM 11 Llma.

- Fin Juin - début Juillet: exploitation des premiers résultats de terraln.

- 8 Juillet: sémJnaire Informel 11 la misslon ORSrOM de Lima pour des ingénieurs géologues de Petroperu.

rhème développé: Utliisation de l'analyse séquentielle en sédlmentologle.

- 12 - 20 JUlllct : sortie dans la région de CaJamarca.

Etude de la FormatIon Chota (couches rouges postérieures 11 la Formation de Celendin du Crétacé

terminal). En collaboration avec Thomas Maurier et Etlenne Jaillard de l'IFEA.

- Début Août : Lima. Arrivée de Gérard Laubacher pour une mlssion de 3 mois. Impossibilité de repartir

vers Cuzco pour cause du manque de véhicule (problèmes de douanes non résolus 11 l'époque pour la Toyota

neuve) .

- 14 - 21 Août : je décide de partir en mission au Nord du Pérou avec G. Laubacher et Th. Maurier plutôt

que de rester 11 Lima. Etude du 8assin de 8agua et plus particullèrement du passage F. Celendin (Créta-

cé supérieur) couches rouges continentales. (Maurier et al •• ~ous presse)

- 2 Septembre: Départ 11 Cuzco pour particlper 11 l'école de terrain 1984 en compagnie de Gabriel Carlier­

ORSTOM et César Munoz - UNI.

Retour sur Lima en avion le 5 Septembre, dû à une hépatite virale. Convalescence jusqu'en fin Septembre.

- 1 - 6 Octobre : PartlclpatIon au Congrès Internat JOnal sur la tectonique des Andes Centrales en

compagnie de René Marocco et Gabrlel Carlier.

- Retour le 7 Octobre: rechute de l'hépatite virale.

Convalescence jusqu'en fln Novembre et trois mois sans efforts physiques conseillés par le médecin.

- Décembre - Janvier - Févrler : Lima : 8ibliographie

Photos aériennes

Préparatlon de la seconde mission.

- 2 Mars - 3 avril : seconde mission de terrain dans la région de Cuzco et Sicuani en compagnie

d'Andres Quirol de la UNI et d'Elmer Cordoba, Victor Carlotto, Fernando Candia, Joae Cardenas, Ronald

Lapez, de temps en temps.

- 23 Avril - 30 Avril: troisième mission de terrain 11 Cuzco et Sicuani

- 6 Mai : départ de Lima pour la France

- 10 - 22 JUln : séjour 11 l'Universlté de Pau, pour discuter des résultats obtenus avec Jean Delfaud,

René Marocco et Elmer Cordoba.

- 21 JUln : présentation orale des principaux résultats devant les membres du laboratolre.

7

CADRE DU TRAVAIL

Coopération franco-péruvIenne

Convention DRSTDM - UNI

Etude des BaSSIns intramontagneux andins

Etude des Couches Rouges continentales du Sud Pérou

Jean Delfaud, professeur à l'Université de Pau

René Marocco, chercheur DRSTDM.

sous programme

Responsables scientIfiques

Programme scientifique :

- Participation française

missions: - Mr. Jean Delfaud, responsable scientifique du progrsmme, s réslisé une mission en

Novembre 1984 pour étudier les Couches Rouges de Cuzco, 51cusni et Jullaca

- Mr. René Marocco, responsable scientIfique du programme DRSTDM, est resté 3 mois (de la

f in Septembre à Décembre 1984) en mission au Pérou, égslement pour étudier les Couches

Rouges de Cuzco - Sicuani et Juliaca.

affectation : Mon affectation VSNA a débulé à lima le 2D Mars 1984.

La prise en charge du programme sur place m'a été attribuée pour la durée de mon service

(14 mOlS).

- Participation péruvienne

- partenaires scientifiques de l'UNI

Au cours des premiers mOlS de la convention (début 1984), aucun responsable scientifique de l'UNI n'a

été chargé du progrsmme "Couches Rouges". En Msi-Juin, une étudiante de l'UNI a cependant été détachée

à la première mission de terrain. Mis à part un rapport de stage réalIsé après la mission, il n'a été

donné par la UNI, aucune suite signIficative à l'étude des Couches Rouges, et ceci pendant toute la

durée de ma convalescence.

Toutefois, les choses se sont arrangées par la suite. Au départ de la seconde mission de terrain

(Mars 198~), Andres Quïroz (jeune professeur à la UNI) a été désigné responsable scientifique du

programme pour la UNI. Il a bIen entendu participé à la miSSIon dans sa totalité et y a montré un vif

intérêt. C'est actuellement le seul responsable au Pérou du programme sur les Couches Rouges et je

souhaite vivement que l'Intérêt qu'il porte à cette étude salt durable et donne lIeu à une aide

efficace.

- autres partenaIres péruviens

participation informelle

Au cours des deux miss JOns effectuées sur le terraIn, dans le département de Cuzco, j'ai eu de

nombreux contacts avec des professeurs et étudiants de l'Université de Cuzco. Je pense notamment à :

- Victor Carlat ta ingénIeur et professeur à l'Université de Cuzco

- Fernando Candia Ingénieur géologue

- Jose Cardenas : futur ingénieur géologue.

Ils ont toujours falt montre de beaucoup d'enthousiasme pour le programme et ont le plus souvent

participé aux travaux de terraIn.

participation officielle

Elmer Cordoba, professeur à l'Université de Cuzco, réalIse actuellement une thèse de 3ème cycle sur

les Couches Rouges de la réglOn de Cuzco, à l'UnIversité de Pau, dans le laboratoire de Géologie

dynamique des BaSSIns sédimentaIres dirIgé par Mr. Jean Delfaud.

8

Dans une certalne mesure, la responsabllité de SUIvre et orienter son travall sur le terra ln m'avait

été donnée par Jean Delfaud et René Marocco.

Elmer Cordoba a également pris la responsablllté de dIriger une thèse péruvienne pour l'obtentlon d'un

diplÔme d'ingénieur géologue. Le thème est également sur les Couches Rouges de Cuzco et est tralté par

Ronald Lapez, étudiant à l'Unlversité de Cuzco.

- Perspectives futures

Dans un avenir proche (début 86), la première conventIon slgnée avec la UNI prendra fIn et pourra être

renouvelée pour deux nouvelles années.

Dans la mesure où d'une part, les participants de la UNI n'ont pas été les plus efflcaces lors de la

première année de convention et d'autre part, les géologues de Cuzco sont Intéressés par le programme,

il me paraltrait souhaitable d'élargir off ic ie llement les posslbil i tés de coopération. Une nouvelle

structure de recherche péruvienne (CONCIIEC) offre cette possibllit6. Il serait alors permis de

coopérer à la fois avec la UNI et d'autres universités du Pérou. Ce type de coopération me parait être

plus sécurisant pour la réussite d'un programme.

9

LES CONDITIONS DE TRAVAIL

Les services administratifs

La lenteur des services administratifs péruviens, et dans une certaine mesure française, retarde de

façon significative l'accomplissement des programmes mis en oeuvre. L'exemple le plus lourd de

conséquences a été celui de la mise en circulation du véhl cule neuf acheté par l' DRSTDM (Toyota Land

Cruizer). Celui-ci est arrivé en Avril à Lima et n'étaIt toujours pas immatriculé à mon départ en Mai

1985. Cependant, nous avons pu bénéficier de deux mises en circulation temporaire.

Aucun problème n'est à signaler en ce qui concerne les moyens offerts par l'DRSTDM pour les missions

sur le terrain.

Le climat politigue et ses retombées

L'existence du mouvement insurrectionnel "Sentier Lumineux" et la vague de répression militaire

engagée sont à l'origine d'un climat de terreur dans certaines régions du Centre du Pérou

(essentiellement autour d'Ayacucho, foyer des sentieristes), et d'un climat de crainte pour les zones

avoisinantes (Lima, Cuzco, Abancay ... ).

Afin de prendre le moins de risque possible, il est devenu nécessaire, sur la presque totalité du

territoire péruvien, de prendre contact avec les autorités (Préfet, Police d'investigation (PIP),

Guardia Civil) avant de commencer tout travail sur le terrain.

Dans la mesure où la population civile paysanne est devenue de plus en plus méfiante (recrudescence

des vols de toutes sortes - activités subversives ... ), il est également préférable de discuter avec

elle, à sa demande, en justifiant notre présence par les papIers offIciels obtenus préalablement.

Le camping sauvage est à év lter, et il est souhaltable d'être toujours accompagné d'un géologue

péruvien parlant le quechua, dans le meilleur des cas •

Toutefois, pendant toute la durée des missions réalisées sur le terrain, aussi bien au Nord qu'au Sud

du Pérou, nous n'avons été victimes d'aucune sorte d'agression. Le plus souvent, la population est très

accueillante.

Les conditions d'hygiène

Elles sont le plus souvent déplorables et obligent à prendre beaucoup de précautions (traitement de

l'eau etc ••. ). L'hépatlte virale contractée sur le terrain a malheureusement été à l'ongine d'un

important retard (3 mois de maladie et 3 mois de convalescence) dans le travail qu'il m'était demandé de

réaliser. C'est sinsi qu'il m'a été impossible, entre autres choses, d'accompagner Jean Delfsud et René

Marocco, venus spécialement en mission sur les Couches Rouges.

LE PROGRAMME SCIENTIFIQUE

REMERCIEMENTS

INTRODUCTION

L'une des caractéristiques de la Cord111ère des Andes est l'existence d'une lInportante

sédimentation continentale subsidente débutant après les premiers mouvements tectoniques andins, au

sénomen.

Jusqu'à présent, aucune étude sédimentologique n'a été entreprise sur les bassins andins

cénozoïques, mis à part les récents travaux de Lavenu et Marocco (1984) , Marocco et al. (1984) et Ma­

rocco (1984) sur le bassin oligo-miocène de Moquegua (Cordillère occidentale).

Dans le cadre du récent programme de l 'ORsTOM sur l'étude des bassins intramontagneux

andins, l'intérêt a été principalement porté sur la Formation des "Couches Rouges" (Crétacé terminal ­

Eocène) de l'Altiplano péruvien. Ce choix a été guidé par les nombreux avantages qu'offre cet ensemble

sédimentaire :

avantages scientifiques

- Il n'a fait l'objet d'aucune étude sédimentologique préclse

- Son importante puissance apparente et son caractère contlnental lui confèrent une certaine originalité

- A défaut de datations précises, il semble représenter un énorme espace stratigraphique depuis le

Crétacé terminal jusqu'à l'Eocène supérieur et doit donc avou enregistré les événements tectoniques

correspondant à Is montée des Andes.Ces couches rouges sont eneffet au passage entre une paléogéographie

à dominance marine, d'âge mésozoïque et une paléogéographie définitivement continentale tertiaire et

quaternaire

- Par ailleurs, l'sspect très rythmique des alternances grésopélitiques et grésoconglomératiques doit

permettre de préciser la dynamique du bassin, et donc les effets de la tectonlque andine, par

l'application de l'analyse séquentielle

- Cet ensemble sédimentaire présente de bons affleurements, relativement blen accessibles en quatre

principales zones de l'Altiplano péruvien. S'agit-lI de quatre bassins différents, trois, deux ou bien

un seul dont la majeure partie des affleurements aurait été ultérieurement érodée ,comme l'ont plutôt

admis les auteurs jusqu'à présent (cf. Dalmayrac et al., 1980, p. 339) ?

-L'étude de la dynamique des bassins, la détermlnatlon des zones d'apport, etc .. devralent permettre de

préciser cette question qui est fondamentale pour la compréhenslon de l'histoire géologlque de l'Al­

tiplano à cette époque. Il est déjà intéressant de remarquer, comme nous le verrons plus loin, que lea

affleurements se localisent principalement le long d'accidents tectoniques majeurs dont il conviendra

de préciser leurs éventuelles relations avec la sédimentatlon.

autres avantages

- la plupart des zones concernées font partie des recouvrements en photographies aériennes au 1/20.000

et 1/60.000.

_ Certaines parties sont également cartographiées au 1/100.000 notamment les feuilles de

- slcuani (Audebaud et Pecha, 1970)

- Andahuaylas (Marocco et al., 1976)

- Cotabambas et Abancay (Marocco et al., 1977).

12

SITUATION GEOGRAPHIQUE DES AFFLEUREP'EN1S DE "COUCHES ROUGES" DANS LE SUD DU PEROU

Les affleurements de la Formation des Couches Rouges (ou Formations Cotacucho, Vilquechico

et Munani de Newel (1949)) sont situés sur l'Altlplano entre les CordIllères occidentale et orientale.

11[1 [1'plal('nl ?l d('[1 nIt ituc1l'f1 romrr'f1r[1 ('ni rr 2000 m (c1nns 1en qrandes vn11ées interandines)

cl presque JOOO m sur Ir,; hAuts plaleaux. l('ur ,,!l,Lude moyenne est aux enVirons de 3500 - 4000 m

au-dessus du niveau de la mer.

Les principaux affleurements se regroupent globalement en quatre zones, qui sont, du

Nord-Ouest au Sud-Ouest, les régions d'Abancay, Cuzco, Sicuani et celle du Lac liticaca (cf. fig. l ).

TroIs de ces zones (Cuzco - Sicuanl - Lac Titicaca) s'alIgnent selon une direction andine

(NW-SE) également soulignée par la présence de nombreux accidents tectoniques majeurs (réseau de failles

qui limitent l'Ait iplano de la Cordi 11ère or lentale). Les a ffleurements de Couches Rouges au Sud

d'Abancay ne semblent pas aussi clairement limités par de tels accidents.

Dans un premIer temps, seules les zones de Cuzco et Sicuani ont été retenues pour cette

étude.

D····:'.::: :.....

Fig. 1 Situation géographique des affleurements de "Couches Rouges" dans le Sud du Pérou.

PUNO~ 40 MA phase incaïque

13

STRATIGRAPHIE DES "COUCHES ROUGES" SUO-PERUVIENNES

A) A partir des travaux antérieurs

Jusqu'en 1965, la stratIgraphie des ensembles mésozoïques et cénozoïques, au Sud du Pérou,

est établie essentiellement sur la base des travaux de Newell (1949). Pour cet auteur, les "Couches

Rouges" (Formations Cotacucho, VIlquechlco et Munani) sont concordantes sur le Crétacé moyen

(albo-cénomanien) et s'étendent ensuIte jusqu'au Crétacé terminal. Elles sont recouvertes en discordance

(phase péruvienne de Steinmann, 1929) par le Croupe Puna de la base du TertIaIre, lUI-même recouvert cn

discordance par la Formation Tacaza (phase Incaïque de SteInmann).

Cette stratigraphie va être sensiblement modifiée par la d~couverte d'oogones de

charophytes, notamment par Mattauer en 1965, dans la Formation VIlquechico (à Laguna Umayo) et dans le

Groupe Puno.L'âge Crétacé terminal pour la Formation Vilquechico est alors confirmé par Crambast et al.

(1967) puis Kerourio et Sigé(19B4). Par contre, l'âge du Groupe Puna, antérieurement considéré comme

Eocène, devient Oligocène (Chanove et al., 1969, note infrapagInale).

Plus tard, Audebaud et al. (1976) at tr ibuent à la Formation Munani (concordante sur la

Formation Vilquechico) un âge éocène à partir de corrélations stratigraphiques avec le centre du Pérou

et sur la présence de charophytes à la partie inférieure de la formation.

La phase péruvienne, datée du Santonlen (_ BO MA) par Mégard (1973) dans le centre du Pérou,

est donc antérieure au dépôt des "Couchps Rouges", et ne semble se mani fester, dans les régions

considérées ici, que par un changement paléogéographique (passage d'une sédimentation marine à

continentale) •

La phase incaïque (environ 40 MA) est maintenant mise en évidence par la discordance du

Groupe Puno sur les "Couches Rouges", dont l'âge est alors compris entre le Crétacé terminal et l'Eocène

supérieur.

C.R. (contInental)

~ BO MA phase péruvienne

albo-cénom. (dominance marine)

B) Nouvelles données fournies par nos derniers travaux

La découverte de plusieurs niveaux à empreintes de dinosaures au sommet des "Couches

Rouges", aussi bien à Cuzco qu'à Sicuani (3 niveaux différents jusqu'à présent), nous oblige à réviser

une nouvelle fois l'âge de cet ensemble sédimentaire.

Ces empreintes sont tridactyles et possèdent des tailles variables allant d'environ 5 cm à

plus de 20 cm de longueur. Pour Taquet*, "les plus grandes de celles-ci sont sans aucun doute des

empreintes de Dinosaures. La ta111e et la largeur des empreIntes des dOJgts ne correspondent pas à

celles d'un oiseau. Parmi les Dinosaures un Théropode (dInosaure carnIvore) ou un OrnIthopode

(herbivore bipède) peuvent avoir laissé de telles empreintes .. ".

L'âge des sédiments contenant ces empreintes ne peut donc être Tertiaire. Or, ces traces ont

été découvertes quasiment au sommet des "Couches Rouges" aussi bJen à Cuzco (fIg. 2 ) qu'à Slcuani (fig.

3) (entre 3500 m et 4500 m de pUJssance au-dessus de la base).

Dans la mesure où ces niveaux à empreintes ne correspondent certaJnement pas aux derniers

pas des Dinosaures avant leur extinction, la totalité des "Couches Rouges" possède donc un âge mésozoïque.

En concordance sur le Groupe Moha, caractérisé par une sédimentation à dominance marine, la

sédimentation continentale des "Couches Rouges" débute dès le Santonien sil' on .admet que la phase

péruvienne de cet âge, bien mise en évidence au centre du Pérou (Mégard, 1973), est responsable de ce

changement paléogéographique. La Formation des Couches Rouges se prolonge jusqu'au Maestrichtien

supérieur, VOIre le Paléocène.

Dans de telles conditions, 11 devient urgent de reconsJdérer l'âge du Groupe Puno, établi

jusqu'à présent sur la découverte d'un niveau de charophytes présentant des affinités avec des espèces

de l'Oligocène (Chanove et al., 1969). Si cet âge est confirmé, que se passe-t-il à l'Eocène ? Dans le

cas contraire, faut-il envisager une phase incaïque bien antérieure à l'âge admis pour celle-ci jusqu'à

présent ?

1~

Fig. 2 : Empreinte laissée par un Dinosaure dans la Formation des Couches Rouges (région de

Cuzco).

Fig. 3 Empreinte laissée par un Dinosaure dans la Formation des Couches Rouges (région de 5i­

cuani).

15

LES "COUCHES ROUGES" DE LA REGION DE SICUANI ET DE CUZCO

1 - Introduction

Mes recherches ont essentiellement porté sur l'étude des "Couches Rouges" de la région de

Sicuani. A Cuzco, elles n'ont été analysées qu'à titre comparatif dans la mesure où elles représentent

le domalne d'étude d'Elmer Cordoba.

A Slcuani, le plus bel affleurement se localise à l'Ouest de la route Cuzco-Juliaca passant

par la ville même de Sicuani. Il s'agit là d'une structure synclinale d'échelle pluri-kilométrique,

fa illée en son coeur, et dont l'axe possède une direction andine sens Iblement NNW-SSE (c f. carte

géologique au 1/100.000 d'Audebaud, 1970). Les bordures du Synclinal sont le plus souvent faillées.

Audebaud (1973) y a dé finit une Formation Cotacucho-Munani (d'âge Crétacé supérieur),

concordante sur le Groupe Moho du Crétacé moyen, et composée d'alternances grèso-péli tiques rouges à

nette dominance pélitique vers la base.

Comme pour Newell (1949), l'auteur place la phase péruvienne à la 11mite Crétacé - Tertlaire bien que le

passage entre la Formation Cotacucho-Munanl et le membre Inférieur du Puno (alternances grèsocongloméra­

tIques de la base du Tertiaire) soit iCI progresslf. Le bassln de Sicuani est alors considéré comme une

aire plus tranquille tectoniquement (Audebaud, 1973).

Une telle séparatIon en deux formatIons, comme le suggère Audebaud, n'est pas nécessaire à

mon sens. En effet, il apparaît très clairement qu'elle correspond sur le terrain à une coupure litholo­

gique. L'analyse séquentielle, comme nous le verrons plus en détail, met en évidence un continuum

sédimentaire grano et stratocroissant depuis la base jusque presque au sommet des "Couches Rouges".

Il convient donc d'appeler "Formation des Couches Rouges" l'ensemble représenté par la

Formation Cotacucho-Munanl et le membre inférIeur du Groupe Puno de la carte d'Audebaud. Cet ensemble

est postérieur à l'événement pérurien à 80 MA, ce qui dlffère également de l'lnterprétation d'Audebaud,

1967 et 1973. Il 'possède un âge Crétacé supérleur puisque les empreintes de dlnosaures ont été

découvertes quasiment au sommet de la formatl0n (au seln du membre lnférieur du Puno d'Audebaud). La

partie sommitale des "Couches Rouges" n'est malheureusement pas visible dans la région de Sicuani.

II - Analyse séquentielle de la Formation des Couches Rouges

L'analyse séquentielle est une méthode d'étude de là rythmicité d'un dépôt sédimentaire. En

fonction des ordres séquentiels utilisés, cette rythmicité peut être liée à l'action simultanée de

plusieurs agents dont les principaux sont les mécanIsmes du dépôt (hydrodynamisme, mécanique des parti­

cules, type d'envlronnement ... ), les conditions cllmatiques, la nature et l'importance des apports, la

gravité, la subsidence, l'eustatisme, la tectonlque et la géodynamique. La dominance de certains de ces

agents par rapport aux autres est déterminable en fonctl0n de l'évolutlon verticale des séquences. Les

premiers ordres (1er, 2ème, 3ème et 4ème) sont plus instructifs sur les aspects sédimentologiques, les

ordres supérleurs, sur la dynamlque du bassln, le contexte tectonique et géodynamique.

A - A SICUANI

Un levé banc par banc de la quasi-totalité de la Formation des Couches Rouges a été

entrepris à l'échelle du 1/200e. La puissance totale mesurée dépasse les 5 000 màtres, ce qui implique

une forte réduction de l'échelle au 1/1 DODe (cf. annexes) PU1S au 1/25 OOOe (fig. 6 ) pour une

meilleure représentation.

Cet ensemble sédimentaire très rythmique, offre une, organisation séquentielle jusqu'au 5ème

ordre lnclu . Les ordres séquentiels utll1sés sont ceux proposés par Delfaud (1984) et Kazi-Tani

(travaux en cours).*

Au premier et deuxième ordre, l' observatlon des figures sédimentaires est nécessairement liée à

l'analyse des séquences.

* Je tiens à remercier tout partlculièrement Monsieur Ph. Taquet, Directeur du Muséum d'Histoire

Naturelle à PariS (Institut de Paléontologie), pour la détermlnatl0n de ces empreintes faite à partir

d'un échantillon et de plUSIeurs photographies. Une publication est actuellement en cours de rédaction.

16

a - le premier ordre (échelle décimétrigue)

Au premier ordre, la séquence est représentée par une certaIne épaisseur de sédiments

déposée sans rupture hydrodynam ique importante. 1l peut donc s'agi r ~s.imp le fa j seea.... d'un banc

entier ou de plusieurs bancs consécutifs suivant les cas.

Les séquences élémentaires observées dans les Couches Rouges sont assez variées. 11 peut

s'agir par exemple

- d'un d'un banc à dominan~ong10mérat~gue ____

• discontinuité de base le plus souvent marqué~ par une

surface d'érosion

grano-classement vertical généralement positif

granulométrie plurimodale

grano-classement horizontal des particules lié aux va­

riations hydrodynamiques de mise en place des corps

sédimentaires

structure interne soulignée par du litage plan, du

litage oblique ou des imbrications de galets

· matrice grèseuse

c- d'un faisceau ou d'un banc essentiellement grèseux présentant des caractéristiques proches de la sé­

quence précédente

.... : : .. ; .. ' '.'

. ~'''...' .. :.:~'~::;':':::'.:...~~'''.':'.~':'." .. .'~; :::.',"base érosive ou plane

~rano-classement vertical ou latéral

présence de litage plan, oblique plan ou arqué, litage

oblique de ride, litages défor~és (cas des convolutes)

· présence de bioturbation.~.' ....... ', .. . -.. ',,',',

:~~t::·~:.\.:f.;<.::::>:;p:t::::::::::t:~.·_:.:...:->:';' :.:: ::.' ......

- enfin de séquences plus fines encore à ~~se grèseuse et grano-classement positif allant jusqu'aux

argiles vers le sommet. On y observe du litage plan, des rid~s ... etc. La partie sommitale peut être

soulignée par une surface durcie, des fentes de dessication, des marmorisations .

..~'.' : .'. " : : : : :' ..... " .: '.' : : : '.: ." .: ',', " .

L'association de ces trois séquences en une seule séquence élementaire allant depuis des

conglomérats aux argiles sans ruptures hydrodynamiques évidentes est théoriquement possible mais très

rarement observable sur le terrain.

* Je tiens à remercier Monsieur Kazi-Tani de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour, d'avoir bienvoulu me fournir une photocopie d'un chapitre de sa thèse, actuellement en cours de rédaction, concer­nant l'analyse séquentielle.

J7

~b - le deuxième ordre ou le rythme (échelle plurimétrigue)

L'al ternance ordonnée de ces di fférentes séquences élémentai res consti tue la séquence de

deuxième ordre. Cette aéquence eat une superposition de plusieurs milieux de dépOt contigue letérslement

et qui caractérisent un environnement sédimentaire. L'analyae de la eéquence et d~ principaux faciès- --------qu'elle contient permet de préciser cet environnement.

Sur une telle puissance de sédiments, les séquences d'ordre 2 ne sont bien sOr pas tout­

tes identiques. Il est cependant possible de les regrouper dans une gamme de séquences grano et stra­

to-décroissantes dont les extrémités sont représentées sur la fig. 4 par les séquences A et B. Dans

certains cas seulement, la polarité des séquences (stratimétrie et granulométrie) n'a pu être détermi­

née.

Ces deux séquences sont modélisées et peuvent présenter sur le terrain de plus nombreuses

récurr~nces d'ordre 1. Généralement, l~ puissance de ces séquences varie entre ~ et 10 à l~ mètres.

A

3 à 5m

o

B

. :. ~'. : ~ ......:.~.~ ...~.

""-$

-,

Fig. 4 Séquences de 2ème ordre grano et stratodécroissantes

A : la plus distale B : la plus proximale

Elle présente à la base une discontinuité erosive avec la séquence précédente. Cette surface

est généralement plane et continue latéralement. Dans certains cas, on peut y observer des f igurea

d'érosion telles que des "flute cast", des "grooves" ... etc ...

Le grano-classement général est positif depuis des grès parfois grossiers à l'extrême base,

aux pélitea et argiles vers le sommet.

Les principales figures sédimentaires mettent en évidence le caractère dégressif de

l'hydrodynamisme du milieu. De la base au sommet, on peut observer

- des figures d'érosion et de courant à haute énergie: "scour marks", "tool marks", des intraclastes,

de rares surfaces chenalisantes

- des litages plans à haute énergie avec intraclastes

- rarement, des litages obliques arqués ou plans

- des litages de ride

- des litages plans à faible énergie (décantation).

lB

D'autres figures méritent d'être soulignées pour une meilleure interprétation de l'environ­

nement sédimentaire considéré. Il s'agit:

- des flgures de déformatlon du Iltage (convolutes) slgniflcatives d'une sédlmentation très rapide Elles

sont généralement localisées dans les grès de base

- de la bioturbation, parfois abondante dans les faciès fins

- des petites accumulations de plantes (tiges essentiellement)

- et parfois des fentes de dessicatlon et des marmorisations caractéristiques dea milieux aériens, 10-

cal1sées au sommet de la séquence (dlscontlnulté supérieure).

La séquence B présente globalement les mêmes caractéristiques que la séquence A avec

cependant les dlfférences suivantes :

- la discontinulté de base est lci plus marquée de part la différence importante de la granulométrie

entre les "mudstones" de la séquence précédente et les conglomérats et grès grossiers 11 galets de

celle-ci

- la surface de base érosive est souvent chenalisée (chenaux peu profonds différents des chenaux de

méandres fluvlatiles)

- au sommet, les paléosols sont _.éQ.?lement soullgnés par des fentes de dessication, des marmorlsations,

des surfaces indurées( ("hard ground"l:)..

- c'est également dan;;---te- -eype '--de -séquence qu'ont été relevées jusqu' 11 présent les traces de dinosaures

et d'oiseaux.

rL

----~ le caractère dégressif de l'hydrodynamisme est également plus évident, grâce notamment 11 la présence

vers la base des chenaux et des fréquents litages obliques plans ou arqués à galets

- ies grès et-conglomérats sont beaucoup plus importants que les nlveaux fins,- les niveaux 11 plantes sont nombreux et cont1ennent souvent des troncs d'arbres entiers

- la bioturbation est moins abondante que dans les séquences de type A

!~!~EeE~!~!!~~_~~~!~~~!~!~S!9~~__~~~_~~9~~~S~~_~:~E~E~_~La gamme des séquences définie ci-dessus (séquences A et B et tous leurs intermédiaires) évoquent

d'emblée un certain nombre d'environnements séd1mentaires allant depuis des zones proximales (séquence

B) 11 des zones plus distales (séquence A).

En ce qui concerne les environnements proximaux, l'ensemble des observations indique très

clairement une sédimentation en domaine fluv1at1le. La séquence B est en effet très proche des séquences

fluv 1atlles classlquement proposées par les auteurs, notamment Collinson in Read1ng (197B), Del faud

(19B4) .

L'inex1stence de profonds chenaux d1ssymétr1ques, de barres de méandres ("point bar") observées

seulement à 2 reprlses dans la coupe et de petite taille), exclue un système fluviatile de type méan­

dr1forme.

Par contre, l'observation de nombreux chenaux de taille modérée et 11 tendance symétrique,

la bonne cont1nuité latérale des séquences et la présence de corps sédimentaires tels que des

barres diagonales, transversales ou longltudlnales, dont les structures internes sont essentiellement

composées de litage plan et de litage oblique plan en aval (fig. 5) (Coll1nson et Thompson, 19B2, p.

Ill) sont autant d'arguments en faveur d'un système fluvlatlle en tresse (rivières à galets) : "Pebbly

bra1ded rivers".

19

a

bFig. 5 a et b : Corps sédimentaires à litage oblique de grande taille assimilables à des barrea

de rivières.

\ )­~

20

La séquence A détermIne un environnement beaucoup plus dIstal caractérisé essentiellement par des

apports détrItIques fins (rapport fraction fine sur fractIon grossière beaucoup plus élevé que dans la

séquence précédente). Cependant, le passage logique d'amont en aval d'un système fluviatile en tresse à

un système anastomosé pUIS méandriforme ne dOIt pas être Invoqué Ici.

En effet, ni la séquence A, ni les séquences IntermédiaIres A-B ne présentent les caractéristiques des

deux derniers envIronnements sus-cItés. Il s'agit ICI de séquences définies par

- la quasI Inexlstencc de chenaux vers la base ; malS au contraIre de la présence de surfaces érosives

planes à très bonne continUIté latérale

- l'Importance relative de la bloturbal ion

- l'existence de nombreuses séquences à caractère turbldltique (dépôts sur pente ou dépôts de crues)

- la faible importance des corps sédimentaires à lItage oblIque (plan ou arqué) maia plutôt de l'abon-

dance des litages plans (à haute et basse énergie)

- des niveaux à petItes plantes (tiges essentiellement).

L'analyse des paléocourants devrait nous permettre de ml~ux caractérIser cet environnement qui est

de toute façon plus dIstal que le précédent (séquence de type B).

,.../~ C - le trois.lème ordre : le membre plur idécamétr Igue (f19. 6

11 est constitué par la superposition de plusieurs rythmes. Sa stratimétr ie permet de mesurer

l'antagonisme des agents géodynamiques (gravité, eustatIsme, apports) (Kazi-Tani, travaux en cours).

Cependant, la subsidence est déjà un agent non néglIgeable.

Dans le cas des "Couches Rouges", les séquence de troisIème ordre sont toutes stratocroissantes, à

l'exception de certaInes qui sont alors toujours SItuées au sommet des séquences d'ordre supérieur (4ème

ordre). Ce déséquIlibre stratlmétrIque indique la dominance d'au moins un des agents principaux.

Lorsqu'li Y a stratocroissance 1 c'est l'apport sédimentaIre qui est sans aucun doute dominant. IL

détermIne alors la progradation des milIeux proximaux sur les plus dIstaux. Dans le cas contraire (stra­

todécroissance), l'actIon conjuguée de la gravité et de la subsidence détermine une période de comble­

ment.

d - Le quatrième ordre: les formations hectométriques (fIg. 6 )

Les séquences de quatrIème ordre sont toutes grar~ et stratocrolssantes à l'exception de la

sIxième (séquence F). Les apports sont plus Importants que la subsidence, ce qui explique cette pro­

gradation des milIeux prOXImaux sur les plus dIstaux. Cependant, les variations relatIvement brutales de

la subsidence sont responsables des prIncipales discontinUItés.

Le tableau suivant résume les pr Inc Ipales caractéristIques de chacune de ces séquences

d'ordre 4, afIn de mIeux amorcer l'analyse de l'ensemble au cInquième ordre.

e - séquence cinquIème ordre: les sérIes (fig. 6)

La séquence d'ordre 5 peut être interprétée comme une réponse sédimentaire à un contexte

tectonique. C'est donc à cette échelle qu'il eat posaible d'analyser la dynamique du basain en fonction

de l'agencement des corps sédimentaIres.

Dans le cas des Couches Rouges, on observe un cycle sédimentaire avec une série grano et

stratocroissante SUIvie d'une série grano et stratodécroissante vers le sommet.

La progradation des dépôts de la première partie du cycle correspond vraisemblablement à

une phase de formatIon de relIef, avec des apports sédimentaIres de plus en plus abondants et de plus en

plus grossIers vers le haut. L'activité tectonIque est donc Importante avec un maximum aux environs de

la séquence F justement là où l'actIvIté volcanIque est mIse en éVIdence au travers de la sédimentation.

La seconde série strato et granodécrolssantc doit être la réponse à une diminutIon de l'activité

tectonique et volcanique (7). C'est une pérIode d'érosIon du relIef préalablement formé (phase de

comblement).

Il5 ~

, ~ m

Ilc ~ ~

~-,

~~~ l.::lFla nc Est du .;:: c: ~...(b "lb E"0 ~"O "0 ~ m ° c00 .~ 0 ' ~ c u

~~ ~,<Yo i..~ '" i? "O~

:i~c ~ ~

CT 0 m ° csynclinal "0 .., ~ ~ 0 ocde ? C} ",° 0 ORDRES SEQUENTIELS ~ u ~ m ~ u }j ~ t::- AUTRES CARACTERISTIQUESo ~

:~c"o o.~ , 0 0

~ 0 ~ ~ ~e c ~

]~ "' il :,i' ~0.....(f)&J ~tȤ ~"" Al ... ...Sicuani c 0

u , 0 '01""'1::1"0 , ~

m~'Oo E ~O' i.g~ ~ ~.g ~ x .3 .~ ...., ...

-.., 0 mm E~"O 0 i ~ ~ ~

~ :;: 5' ~-:-4 E ~ .~ f1l~ "' ~.., ,

3e -4e 5e 0"0 , ~ 8 en ... e .~:3' ~~ &" ? j"- + :;; uo.., E C0."0 C (J 0.4 c- oQ <:'

~ /' JQ

~ - - -~

1

~~ /' l 7 •5000 4 300 -4 1~~ 5

? /7-8

Ir présence prépondérante du litage oblique par~~ H 400 6 • rapport aux rides~ 4 .-1

." .. y·v· "-

)8 1 1,

~ni veau congloméra tique repère ( 2 à 4 mètres.................... 10 1 de pu! ssance )

~

G 5-6 725 61~ abondance du li tege oblique et des figures de.... 1

• 4000 tY ,5 ~

courant........ .. 1 niveau à eJ1preintes laisées par des Dinosaures.. ~ 6-7 1 =:-a , 5 1

" -- v-v ....~

t1

0 .".'1.V. ~6 1 ..... niveaux volcanosédimentaires importants

li:: .1/ ....~ \ F 6 550

1

..... filons synsédimenlaires

.... :.:... =:r:::; ~ 6 6 ..... augnentation du nombre de niveaux à plantes,vers l'Ouest du sync! ina1• "- 10-15

~., ~-0i§

(15-20.r:

3000,

10u ..."

, 8 1 . absence de cette séquence sur le flanc Ouest0

....E 5 750 6 1

U, 1 1~

1-2 • •· # ..... 1 ," ~

1

"Cl ~5-6 ;~ 1c 2000 "5<' Cu , 1

niveau de cuivre synsédimenlaire associé à0

0des plantes dans de petites séquences tur-- 1200 7 1 1

1bidi tiques. Sa bonne continuïté latérale- ,

Il 1

1lui confère une valeur chronostratigraphique

E! - au moins à l'échelle du bassin~ ~

0 -u.. - ,1

.....

)1000 ~

1

,6 abondance des rides, du litage plan et des, ( 650 figures de courant,,

" / Blitage oblique tabulaire dans les dernières,

330 -4 1 barres grèseuses de la séquence,,' abondance des rides et du litace olan

" / A1 l petIt niveau à graviers isolés au sommet

" 300 3a "

sable éolien ~ la base (Quartz rond et mat)

IGr. Moha cor.cordance sur le Groupe Hoho

Fig. 6 Coupe des "Couches Rouges" sur le flanc Est du Synclinal de Sicuani.

22

B - A CUZCO (d'après Elmer Cordoba)

L'analyse séquentIelle des "Couches Rouges" dans la région de Cuzco est sensiblement

Identique à celle réalIsée à Slcuani. Il semble toutefoIs que les conglomérats apparaIssent plus rapi­

dement dans 1" séc1tmentatlOn et présentent vers le sommet des diamètres maxImums plus élevés qu'à Sicuani

(40-~0 cm dans la séquence F). Les "Couches Rouges" de Cuzco sont au mOIns partiellement en position

plus proximale que celles de 51cuml1s01t DU sein d'un m6me baSSIn BOIt dans un baSSIn différent.

Par aIlleurs, Il eXIste un bon nombre de ressemblances entre les deux régions:

- même évolution séquentielle au 2e, 3e, 4e et ~e ordre

- présence vers la molllé de la coupe d'un niveau de CUIvre syn sédImentaire SImilaire à

celui de Slcuani

apparItion du volcanIsme surtout après le niveau de cuivre (séquences E et F)

- présence de nIveaux à plantes (troncs d'arbres, tIges .•. )

- présence de traces laissées par des dinosaures (et des oiseaux) également vers le sommet

de la coupe (séquence F).

III - Puissance et taux de sédimentation

a) critIqUe de la mesure

La pUissance totale mesurée à Sicuani dépasse les ~ 000 mètres et doit atteindre largement

les 6 000 mètres SI l'on considère la fin de la séquence J de quatrième ordre non mesurée. Grâce à un

pendage constamment élevé, l'observation de l'ensemble peut se faire sur une coupe ne dépassant pas les

B à 10 km à vol d'oiseau. En raison de cette courte distance, il est très peu vraisemblable que l'épais­

seur mesurée ICI soit surestImée comme celà peut être le cas lorsque l'on mesure de grands corps

sédimentaires progradants non superposés vertIcalement pendant la sédimentatIon (prIsmes sédimentaires

de progradallon) (fIg. 7).

B

~-'>--~~---..,.---;---

~-------~-

Afig. 7 : Mesures de la puissance d'un système sédimentaire progradant.

AU : pUIssance réelle du dépôt (suIvant la vertlc,,]e originelle). Oans le cas d'un pendage subvertical

distance sur le terraIn ~ puissance mesurée

AB': puissance surestImée par la mesure du prIsme de progradation. Oans le cas d'un pendage subverti-

cal :

dIstance sur le terraIn> puissance mesurée.

Par ailleurs, le long de la coupe AB', l'évolution séquentielle doit théoriquement être

nulle puisque le milIeu de dépôt est quasiment identIque d'une séquence à l'autre. Or, il en est tout à

fait dIfférent pour les "Couches Rouges" (fig. 6 5e ordre). Seule une coupe proche de celle représentée

Ici par AB peut être retenue, ce qui suggère donc une pUIssance réelle des dépôts dans le bassin de

sédlmentatlOn.

23

b) décompaction des sédiments

Le Laux de décornp<J(~t ion (jélléra \erncllL uL IllSé pour les alternances grésopélitiques est de

l'ordre de 1,5 et VOISIn de 1 pour les grès et conglomérats.

Très approximativement, les 2/3 des ·Couches Rouges· sont des alternances grésopélitiques,

le dernier tIers étant prIncIpalement composé de bancs grésoconglomératiques.

La décompactlon nous donne alors la pUIssance suivante :

2/3

1/3

4000 x 1,5

+ 2 000

soit

6 000

2 000

8 000 10 de dépôt

l') taux de sédimentation

La durée de sédimentation des ·Couches Rouges" est environ comprise entre le Santonien et

le Maestrichtien supérIeur, soit 15 MA enVIron.

Le taux de sédImentation varIe donc entre 400 m/MA et 550 m/MA suivant que l'on tient compte ou pas de

la décompaction.

Les résultats obtenus à Cuzco sont simIlaIres.

Ce taux de sédimentation correspond quasIment aux vItesses les plus élevées connues

actuellement (d'après MaGse, ln Perrodon, A., 1983). Il s'agit donc d'une sédimentation ultra-rapide

facilitée par une subsidence tectoniquement très active (cas des rifts ou des bassins sur décroche­

ment) .

IV - Cartographie des séquences de 4e ordre (fig. 8)

La cartographie des séquences d'ordre 4 a été réalisée essentiellement à partir des obser­

vations de terraIn (secteur des coupes) et des photographies aériennes au 1/20 OOOe et 1/60 OOOe.

A Sicuani,certains niveaux repères ont été utilisés. Il s'agit principalement:

- du niveau du cuivre* de la séquence D dont l'orIgine synsédlmentaire est indubitable. Son carac­

tère unique dans la coupe et sa très bonne continuité latérale, toujours au même niveau dans la

séquence D, en font un repère chronostratigraphique

- des niveaux volcanosédimentaires de la séquence F, très probablement isochrones

du puissant conglomérat termInal de la séquence G (2 à 4 10 d'épaisseur).

Sur chacun des flancs du Synclinal de Slcuani, Il n'a pas été mIS en évidence de biseautage

sédImentaire des séquences d'ordre 4 (FIg. 8). Cependant, la comparaIson des deux coupes réalIsées,

l'une sur le flanc est ~t l'autre sur le flanc ouest (fig. 9), permet de constater une différence im­

portnnte dans la SUlTI'BSlOn des Sé'lul'nCes ciL' parL eL d' alltre du Synclinal. La séquence E est en effet

apparemment absente sur le flanc OCCidental (fig. 9). L'explicatIon de cette disparitIon sera discutée

dans le paragraphe suivant.

A Cuzco (en collaboration avec E. Cordoba), Il a pu être mis en évidence une zone probléma­

tique sur le plan cartographique. Il pourrait s'agir d'une importante fai lle synsédimentaire maia de

nombreux points sont encore trop incertains pour qu'il soit possible de confirmer cette hypothèse.

D'une façon générale, la cartographIe dans la région de Cuzco est beaucoup plus difficile à

réalIser qu'à Sicuani en raison de la complexité de la déformat~on.

i------------------------------------------------------------------------------------------------le pIégeage du CUIvre, dont la concentratIon doit être sensIblement constante dans les eaux de

ruissellement (remobIlIsation à partir de l'érosIon de roches volcaniques ou sédimentsires enrichiesen cuivre par des circulations hydrothermsles) est clairement épisodique dans la sédimentation. Cepiégeage est lIé à des périodes de décantation faisant sUIte à ces crues importantes sur des plainesherbues inondables comme le mettent en évidence l'assocIation du CUIvre avec des accumulations deplantes et le caractère turbldltique du dépôt. Si les plantes peuvent avoir joué le rôle de filtre enfixant le cuivre, ce sont certaInement les conditions chimiques du mIlieu (Eh, Ph, t" •.. ) qui détermi­nent en priorité la précipitatIon. Ces conditions chImIques sont elles-mêmes en liaison directe avecle climat.

24

de SicuanI.le SynclInaldre dansde 4e oréquenceshIe des sB • Cartograpr ig. .

25

Est Ouest

m 5 101520 cm

f2$maximum-- des galets ---.... 2015 10 5

Cu

1 1 1 1

.................. . . . . . . . . . . . . . . . .

environ 10 km

· .· .

..............................· .

· .· .· .· .

--- -~~~,~~:,~::,:::?~'~:' ~. :~:;.: '---" .

*",:" , ..

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en 4000.,Cl

"00::

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3000u

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" 20000

.....E0"-

\000

Gr. Moho

Fig. 9 Comparaison des coupes réalisées sur les deux flancs du, synclinal.

v - Activité tectonique contemporaine de la sédimentation

Si le rôle de la tectonique sur la sédimentation a précédemment été établi par l'analyse

séquentielle (formation d'un relief en amont, abondance des apports détritiques, fort taux de sédimenta­

tion impliquant une subsidence tectonique active ... ) son activité semble avoir encore été plus directe

sur le remplissage du bassin.

En ce qui concerne la disparition de la séquence E sur le flanc occidental du Synclinal de

Sicuani, une origine tectonique parait peu probable dans la mesure où elle nécessiterait l'existence

d'un chevauchement important avec une flèche d'échelle quasi-kilométrique. Une telle structure

tectonique ne peut passer inaperçue dans le paysage. La faille au coeur du Synclinal dont le rejet est

quasiment nul, possède en effet une signature évidente dans le paysage. Or, aucune faille importante n'a

pu être mise en évidence dans le secteur ouest, ni sur le terrain, ni même en photographies aériennes.

Il a seulement été noté une légère dispersion des surfaces structurales (surtout des pendages) entre le

niveau de cuivre et le début de la séquence F (à l'Est de l'hacienda CUTI), en relation probable avec de

petites fractures.

Une origine sédimentaire de ce biseautage sera donc retenue.

26

SI l'on admet qu'entre les deux coupes retenues, le niveau de cUivre, pUIS les apports

détritiques grossiers (milieu fluviatile progradant de la base de la séquence F juste antérieur aux

",vc<Jux VD]C;1l11ls6dlmcnlnlrcs), 'JOIlt clwcun des niveHUX 1,;ocl1ron8s, 11 apparaît alors clall'ement que la

disparition de la séquence E dOit être liée à l'existence d'une discordance progressive (flg.10).

Postér leurement au dépôt du cUivre, le bassin devient beaucoup plus subsident sur son

flanc oriental où la sédimentation reste continue et relativement peu grossière. A cette sédimentation

lui correspond sur le flanc opposé une période sans dépôt voire même d'érosion. L'ensemble est ensuite

recouvert pRr des sédiments d'origine fluviatile (rivières à gRlets), contenRnt de plus nombreux niveRux

1J ; " " • 1 i ~

le biseautage des séquences étant quasiment perpendiculaire à l'axe du synclinal, s'agit-il

d'un plissement synsédimentaire d'orientation Bub-andlne (contraintes compressives E-W) où d'un

basculement du baSSin sur une faille également de direction sub-andine (contraIntes distensives E-W)?

Le rôle de la tectonique sur la sédimentatIon est de toute façon éVIdent et bien antérieur à la fin du

Crétacé puisque les traces de dinosaures ont été découvertes dans la séquence G.

Il faut noter par ailleurs la présence sur le flanc oriental du SynclInal de Sicuani de

filons syn-sédlmentalres (nIveau terminal de la séquence F). Les mesures effectuées déterminent les con­

traintes Initiales suivantes:

direction de raccourcissement

direction d'extension

WNW- ESE

NNW-SSE au N[-SW avec un maximum au NNE-SSW.

A Cuzco, d'autres filons associés à de petites failles syn sédimentaires plurldécimétriques

(fig. Il) donnent des contraintes opposées à celles enregIstrées à Sicuani.

dIrection de raccourcissement NNE-SSW

direction d'extension WNW-ESE.

Dans les deux cas, ces résultats ne sont certainement pas représentatifs des contraintes

tectoniques intervenues pendant la sédimentatlon. Ils confirment leur existence maia il conviendra

d'obtenir d'autres données pour déterminer leurs directions principales à l'époque •

.. ..

: .

',' : .. : ,'.

o1

lm1

r ig. 11 Filons synsédimentaires associés à des failles à rejet décimétrique, région de Cuzco.

Fig. 10 Bloc diagramme illustrant les phénomènes tecton~ques actifs pendant la sédimentation

d'une partie des couches rouges,dans le bassin de Sicuani.

28

VI - Activité volcanique contemporaine de la sédimentation

L'abondance des feldspaths et des clastes volcaniques dans le sédiment suggère l'érosion de

roches volcaniques (entre autres) antérieures à la sédimentatIon. Certaines observations prouvent cepen­

dant l'existence d'un volcanisme contemporain au dépôt des "Couches Rouges". 11 devIent alors dIfficile

dans la majorité des cas de faire la part des apports en provenance des roches anciennes et des apports

dus à ce volcanisme actif.

- arguments en faveur d'une llctivité volcanique contemporaine de la sédimentation des "Couches Rouges"

(psIlPntiell!'ment Il partir ri .... la B~c]'IPn('f' Fil SiclInni rl r Il ["lnn1

nIveaux, écllanllLJonné ~ Cl1LCO, d l'Lv E'dfrlU1C en idmt~ flllllLL'

magmatiques, à composItion possiblement dlorltlque comme le montre la composItIon mInéralogique

(plagioclases, (olIvine ?), pyroxène, hornblende verte ou brune, (>phènD, orfvedsonite (?)), et la

texture grenue. La matrIce grèseuse de ce sédIment est très appauvrIe en éléments de quartz et par

contre enrichie en cristaux de feldspaths, pyroxènes, amphiboles ...

Ces éléments (clastes et cristaux Isolés) ont possIblement été arrachés, lors d'une éruption, sur les

parOIS d'une cheminée volcanique ouverte dans un massif magmatIque cristallisé. Les prOjections pyro­

clastiques auraIent alors atteInt le baSSIn de sédImentation (vraisemblablement assez proche), ce qui

explique le caractère monogénlque de ces éléments (B. Auvray, Rennes, communication personnelle) .

* présence de nombreux niveaux volcanosédimentaires parfoIs très puissants (séquences F et G). 11

s'agit de matériel volcanique remanIé dans lesquels on trouve des nIveaux de jaspe vert interstra­

tiflés. Selon B. Auvray, il s'agit de précipitations de silice d'origine profonde (magmatique) asso­

ciée b un épanchement volcanique probablement en fin d'émiSSion.

* certains de ces niveaux volcanosédimentaires ont parfois une allure de coulée volcanique. En vue

d'wHllY!il'" p,"1 rOlJr~II'Illqll"" l'l d,' d"I"IIOIl'; ('1), d,'" ('('Il,,"I,lllll" ollL M6 pl'61ev6u danu cea niveaux

aussi bien à Sicllani qu'à Cuzco. Ils ne sont malheureusement pas encore acheminés sur la France.

VII - Analyse des paléocourants

L'analyse des paléocourants a pour but de détermIner les principaux sens de transport du

sédIment et donc de localIser la ou les zones d'alImentation par rapport au bassin.

la répartition des sens de transport dOIt aussi permettre de mIeux Identifier les environ­

nements sédimentaires déjà reconnus par l'analyse des séquences, des figures et des corps sédimentaires.

Cette analyse, essentielle pour les reconstitutions paléogéographiques, s'établit en plu­

sieurs étapes :

A - la mesure systématIque des structures et fIgures sédImentaires

B la restauratIon des orientations sédImentaires originelles par suppression des

composantes tectonIques

C - l'analyse des tendances

D - l'IntégratIOn des données au schéma paléogéographique, éventuellement géodynamique

(comparaIson des orIentations obtenues avec les paléostructures ... etc •.. ).

A - mesure systématIqUe des structures et fIgures sédimentaIres

Les structures sédimentaires mesurées sont les rides, les litages obliques de moyenne et grande taille

(arqués et tabulaires). CertaInes figures rectilignes de courant et d'éroslOn ont été retenues. Les

"grooves", "prad marks", "bounce marks", les "f1utes", "obstacle scours", les gouttières d'érosion

(gutter cast ... ), les rides et Sillons longitudinaux, les chenaux.

29

Les rides: il s'agit le plus souvent de rides de courant asymétriques à crêtes rectilignes

ou sinueuses à linguoides et plus rarement de rides de courant chevauchantes (séquences de

base A-O-C). Ces dernières résultent du déplacement latéro-vertical de rides superposées.

Elles sont ici subcritiques (versants amont érodés) (fig. 12) ou supercritiques (versants

amonts conservés : taux de sédimentation plus important) (cf. Jopling et Walker, 1968).

Dans tous les cas, le sens du courant est déterminé par le sens de migration de la ride

(sens d'inclinaison du litage).

r ig. 12 Rides chevauchant es au point critique entre subcritique et supercritique.

• les litages obliques de grande et moyenne dimension

a) les litages obliques tabulaires: les plans· obI iques d' accréti on sont reetil ignes, et la

base des litages le plus souvent tangentielle. L'angle du litage avec l 'horizontale est

généralement compris entre 15 et 30°. Certains litages moins inclinés ont cependant été

mesurés. Les litages obliques tabulaires résultent de la migration de corps sédimentaires

de moyenne et grande taille dont la caractér is~.ique principale est une crête droite à

légèrement courbe, continue latéralement. Il s'agit ici de dunes hydrauliques rectilignes

dans les grès mais aussi de barres de chenaux (barres diagonales - transversales et longi­

tudinales) dans les faciès plus grossiers. Ces barres sont caractérisées en section par du

l it<Jge plan passant en aval à du litage oblique tabulaire à forte ou faible inclinaison

suivant le type de barre (Collinson et Thompson, 1982, p. Ill). La direction de transport

général est perpendiculaire à la crête (ou oblique dans le cas de certaines barres

notamment les diagonales). Le sens est déterminé par la migration des corps (inclinaison du

litage) .

b) les litages obliques arqués (auges ou "t rough cross bedding")

Les plans internes sont courbes, concaves vers le haut et const i tuent un ensemble de

gouttières ou auges emboîtées et allongées (fig. 17 ). Les li tages obliques arqués sont

formés par la migration de dunes hydrauliques à crêtes courbes et discontinues (linguoïdes

ou en croissant). Leur formation nécessite une vitesse d'écoulement plus forte que celle

qui donne naissance aux dunes rectilignes. Le sens de déplacement de la structure est

indiqué par l'ouverture des plans et par le sens du léger déversement de l'axe central.

13U

Les litages obliques tabulaires è contact basal tangentiel peuvent être facilement

confondus, en section, avec des litages obliques arqués. Plusieurs critères permettent de

les distinguer :

- la continuité latérale du faisceau è l'intérieur de la strate,

- la trace du litage en section parallèle à la stratificaton principale

- la disposition des faisceaux en section verticale transverse

- les mesures de plusieurs plans d'une même structure et leur projection sur stéréogramme

(cl. f;IJ.I3)

• les figures rectilignes de courant et d'érosion, en base de banc

a) les figures de courant

- "grooves" (fig.l3) les grooves sont des petites rides allongées visibles à la base des

bancs de grès. Elles sont' soit isolées soit en nombre et alors

parallèles. Dans certains cas, il peut exister plusieurs familles sur

un même banc.

Les grooves résultent du creusement de petits sillons par des objets

trainés sur le fond sous l'action du courant et ne déterminent qu'une

direction de courant.

Fig. 13 Grooves, prod marks, bounce marks et flute cast, région de Sicuani.

- "prod marks" et" bounce marks" (fig. 13). Il s'agit également de traces laissées sur le

fond par des objets mais cette fois transportés par saltation. Les

deux figures donnent une direction du courant, seuls les "prod marks"

peuvent indiquer le sens.

b) les figures d'érosion

- les "flutes" (fig. 13 ) sont généralement caractérisées par une forme en V, (è ouverture

variable) dont la pointe est en relief è la base des bancs. Les "flutes" peuvent être

isolés ou en groupe et le recouvrement de plusieurs d'entre eux forme dans certains cas un

autre V de taille supérieure.

Ces figures sont formées sous l'action de tourbillons d'eau causés par les légères irrégu­

larités du fond. Elles déterminent un sens de courant donné par l'ouverture du V.

31

- "obstacle scours" : de forme très caractéristique (fig.14), ces figures sont formées par

la déviation du courant autour d'un obstacle, (galets, graviers, fossiles .. ) créant ainsi

deux légères dépressions de chaque côté de l'objet en forme de V. Ici aussi, le sens du

courant est donné par l'ouverture du V.

les gouttières (ou gutter cast), rides et sillons longitudinaux (fig. 15 photo) ces

figures sont généralement rectilignes ou sinueuses. L'érosion du fond est provoquée par la

rotation en spirale du courant au sein de cellules de convexion parallèles au courant. Ces

figures ne déterminent qu'une direction de courant.

- les axes de chenaux ont également été mesurés. Ils ne possèdent bien sOr qu'une valeur

direct ionnelle.

1Fig. 14 Flute cast et obstacle scour.

Fig. 15 : GouttiÈ:res d'érosion à la base d'une séquence de deuxième ordre. Remarquer les

fentes de dessication moulées sur le sommet de la séquence précédente.

32

Les axes de référence employés sont ceux déflnls par Pot ter et PettiJohn (1977, p. 31, 91

et 92) (fig.16)

b dlrection sédlmentaire

a dlrectlon ou sens du transport (perpendiculalre à b)

Sp: plan prlnclpal de dépôt (surface de stratiflcatiOn pflnClpale) correspond à 50 dans un état

déformé

Sf: front d'accrétion (lltage oblique) correspond à 50' dans un état déformé.

r ig. 16 Axes de référence d'après Potter et Pettijohn (1977).

Sp et Sf correspondent à des plans sédimentaires de référence. Dans le cas de roches tectonisées, les

paramètres 50 et 50', utilisés pour les mesures, représentent chacun un plan déflni par sa direction et

son pendage. Ces plans sont dans l'état déformé les positions géométriques des structures sédimentaires

or iglne Iles.

B - Méthode de restauration tectonigue : orientation originelle des structures sédimentaires

La restitution de l'orlentation origlnelle n'est possible que dans le cas d'un plissement

cy lindr ique concentrique n'affectant pas la structure interne des strates. C'est le cas des "Couches

Rouges" du Syncllnal de Slcuanl. Ce plissement est en effet cyllndrlque à longueur d'onde kilométrique

et d'amplitude modérée (Audebaud, 1967 et 1973). L'axe de cette structure est subhorizontal.

Dans le cas d'un pll à axe hOrlzontal ou subhorizontal (cas des Couches Rouges), la

posltlon spatiale orlglnelle des Iltages obliques peut être retrouvée par une simple remise à

l'horizontale de la surface basale du dépôt (50), (flg 17)

La restauratlon se réal!se pa r contre en deux temps dans le cas d'un pl! à axe inc li né

(rétablissement à l'horlzontal de l'axe PU1S même démarche que précédemment)

.~. -: ~~s~~:!':~~.~~_~:~~~~~9~: __q~~_DSEr_e_s__ ~~9~!!.1l'!)~ê~!l'~ __l-L'2~üt!~.!LJ rides à crêtes rectllignes,"grooves", axes de chenaux, etc .. )

Pour un axe de pli non lncliné (flg.ll, 1), la directlOn sédlmentaire (b) (cas des rides)

et la directlon ou le sens de transport (a) sont dlrectement mesurables sur le terrain. Le paramètre x

représente l'angle entre 13 duection de l'objet mesuré et la direction de l' hor izontale du plan 50

(dlrection structurale mesurée à la boussole).

Cette mesure duecte sur le terraln est possible parce que la valeur de l'angle x est

constante quelle que sOlt la positlon spatiale du plan obtenue par rotation autour de l'horizontale. La

valeur en degrés de la dlrection structurale du plan 50 servant de référence, il suffit de lui ajouter

ou de lui retrancher, suivant le cas, la valeur en degrés de l'angle x pour obtenlr b (cas des rides) ou

a.

Mesures

Lit{Jges obliques tabulaires

Litages obliques arqués (auges)

1 _ Cos

w

d'unou

N

pli à axe horizontalsubhorizontal

N

t

w

2 _Cos d'un pli à axe incliné

exemple d' Herquemoulin (Cotentin)N

w

A: axe du pli

La remise à (horizontale de ,'axe du pli estvalable pour tous les types de mesures

B

b= Dh + 0<

b directIon sédImentaIre

sens de transport

yI angle entre la trace du litage oblIque VIsIble surun plan Pl subvertIeal et l 1 horIzontale de ce plan.

y2 angle entre la trace du htage oblIque et l'horl­zontale du plan P2. Ce plan étant subvertlcal etperpendIculaIre à PL

50 surface de stratlflcatlon prIncIpale mesurée, repré-, sentée par sa trace cyclographlque et/ou par son pOle.

SA plan du htage obhque mesuré, représenté par sa trace, cyclographlque et/ou par son pOle.

SOI plan du lItage oblIque Initiei (corngé), représentépar sa trace cyclographlque et/ou par son pOle.

0. angle entre la dIrectIon d'une crête (b) et la direc­tlon de l' hOrizontale du plan So : Oh.

Canevas de SchmIdt : hémIsphère Inférieure

Fig.il: Méthodes de restitution tectonique pour les différentes structures sédimentairesmesurées.

34

C - L'analyse des tendances

Les mesures, au nombre de 37B, sont regroupées sue les figuee:; s.ulvan.t... en fonction de la

localisation géographlque (flanc Ouest - flanc Est), des différentes séquences de 4e ordre sur chacun de

ces flancs PUIS des figures et structures sédlmentaires.

En dehors de l'intérêt que présentent les sens de transport obtenus, l'analyse de la répar­

tition des dlfférentes figures ou structures mesurées sur l'ensemble de la coupe est nécessaire. On

constate ainsl :

• l'abondance des rides dans la moitlé Inférieure de la série aUSSl bien à l'Ouest qu'à l'Est du Syn­

cllnal. Il s'aglt là essentiellement de dépôts fins (alternances grésopélitlques)

. la répartition des litages obliques essentiellement dans les faciès plus grossiers (au sommet des

séquences 4e ordre de base (séquence B) ou sur l'ensemble des séquences sommitales F et G) .•

l'nppnrpnlp hom0'lr'nr'llé du nombre <if' flqurf's de cournnt mesurées par séquence sur l'ensemble de la

coupe à l'exceptl0n de la séquence C sur le flanc Est où elles semblent bien plus abondantes.

Même s'il ne faut pas minimiser l' Importance des condl tions d'affleurement sur la répartition des

figures et structures mesurées (11 en est pour exemple, l'absence de mesure dans la séquence E (flanc

Est) en raison du manque d'observatlon des bancs en trols dlmensions), cette répartition souligne tout

de même les var lat ions hydrodynamiques du ml1leu.

En effet, le passage graduel, depuls la base vers le sommet d'une séquence, de niveaux à

rides à des ensembles caractérlsés par du litage oblique (arqué ou plan) de moyenne à grande taille,

est un indlcateur évident d'une augmentation crolssante des condltions hydrodynamiques.

lIen est aInSI quaslment pour chaque séquence grano et stratocroissante de 4e ordre

(notamment B, 0, E) et de 5e ordre justement caractérlséespar la progradatl0n des milleux proximaux sur

les plus distaux. Les nlveaux à basse énergle chronique caractérisent des environnements dlstaux où la

sédlmentatlon prime sur le transport. Toutefois, des apports plus brutaux sont fréquents et mis en évi­

dence par les figures de courant (flute, groove ... ) souvent associées à de petites séquences turbidi­

tiques. Dans les milieux plus prOXimaux (rivières à galets), le transport est dominant (nombreux lita­

ges obllques). Ici aussl, des apports épisodiquement plus abondants sont soullgnés par certaines obser­

vations (convolutes, flgures de courant fort, séquences turbir.,tlques ... ) et correspondent vraisembla­

blement à des crues salsonnlères.

Les sens et directlOns étant quasiment Identlques d'un flanc 11 l'autre du synclinal pour chaque

séquence, la flgure 20(mesures regroupées) est donc la plus représentatlve.

Pour les rldes (flg. 18,19 et 20 ) les sens de transport obtenus détermlnent une tendance

prinCipalement Nord-Sud fortement asymétrlque vers le Nord à l'exception des mesures dans la séquence B.

D'une façon générale, la disperSion des mesures est iCl assez large avec un maXlmum au Nord.

Pour les Iltages oblIques , la dlspersion est aUSSI assez grande mais elle perd cette fois

son caractère symétrique. En effet, la quasi-totallté des mesures est dans chaque cas regroupée sur une

demi-rose, laquelle est axée sur le Nord.

Les sens obtenus par les fIgures de courant déterm Inent dans chacune des séquences une ou deux

tendances voisines sans aucune symétrie. Les sens prédomlnants sont le Nord - Nord-Est et le Nord-Duest.

Dans le cas des axes de chenaux et autres flguresdlrectionnelles, les tendances obtenues sont tou­

jours unimodales à l'exception de la séquence C où l'on observe une très légère blmodalité. Les

dlrectlons dominantes sont les SUivantes : Nord-Sud, Nord-Est - Sud-Ouest et Nord-Ouest - Sud-Est.

35

RIDES DE COU'tANT l1TA(fE'; OOLIQUES FIGORES DE COURANT AXr$ DE CHENAUX

$(!t$. 'f1~"0A''i(1fS g( lRA'f'""pQfl1 SC:1fSCC:,"""'~U OIlUCTIOOI IX Tll"""SPOIH

1

1 g 1 1

F è5 ~ ~2 101 7 3

I~1 1

1 ~ '8~ i -~--- ~

10 4

c. ------- -------------- ____________ Cl&

1 J

D~ ~13 hl

12 3

1 1 1 1

C ~ 6' d ~8 2 1 6

Fig. 18 Sens de transport obtenus dans quelques séquences de 4e ordre sur le flanc ouest du

synclinal.

RIOU Dt COUIUNT lITAGES aOllQUES r ICoUItES DE. COUIlANT AXES DE CHENAUX

SC1CS oc IJl:AN:SPOItJ SOG oc IHM:>l't.1I st:~ oc IKNfSPDIlI DlnUllON oc TRAtGI'OAI

1 1

G -cf 'Cf2 2

1 1 1

F ~ ~ ~9 9 3

1 1 1 1

E 6- '& -b ~2 4 3 5

11 1 1

~D Ç5- '(3 P21 4 5 2

1 1 1 1

C If & ~ 1(SI 4 17 IS

1

1

Jk1

B ~23 +{ 0-4 20 2

Fig. 19 Sens de transport obtenus dans quelques séquences de 4e ordre sur le flanc est du

synclinal.

G

RIDES DE COURANT

SENS DE TRANSPORI

36

LITAGES OBLIOUES

SENS DE TRANSPORT

1

-cf2

FIGURES DE COURANT

SENS DE TRANSPORT

1

'Cf2

AXES DE CHENAUX,.,

DIRECT ION DE TRANSPORT

F è5 ~ ~2 110 16 6

1 1 1 1

E c).. '& ~ ~2 4 3 5

11 1 1

!D ç ~ tf38 27 9 5

il1

c 6- W t59 6 18 21

1 !B ~ 0-23 24 2

Fig.ZO Sens de transport obtenus sur l'ensemble du synclinal de Sicuani en fonction des

différentes séquences et des différentes figures sédimentaires mesurées.

37

séquence B. La dispersion des sens obtenus sur l'ensemble des structures et figures mesurées est assez

large (Sud - Eet - Oueet - Nord-Ouest et Nord) avec toutefois un eene nettement dominent vere le Nord

unIquement exprimé dans les dernières barres grèseuses de la séquence, ce qUI conflrmerait l'lnfluence

d'un envIronnement fluviatJle au sommet. La forte dIspersIon des sens de transport qui caractérise le

reste de la séquence pourraIt éventuellement correspondre à un envlronnement deltaique probablement sous

lacustre (dans la mesure où aucune Influence t Idale n'a été reconnue), en accord avec un ensemble

d'observatlons qUl suggéraIt déjà un envlronnement dIstal autre que fluvlatlle (anastomosé ou méandrifor­

me).

séquence C. A l'Est du SynclInal, les sens obtenus déterminent une dlrection globalement Nord-Sud (du

Nord-Ouest - Sud-Est au Nord-Est - Sud-Ouest) à tendance clairement asymétrique vers le domeine sep­

tentrional.

A l'Ouest, la dispersion esl senslblcmcnl Idcnt l'lue mais dIfféremment orientée. Les sens dominants sont

orientés vers le Nord-Est.

séquence D. Sur le flanc orlental, la dlspersion des mesures est encore lmportante avec une pointe au

Nord et une seconde, mineure, au Sud-Est. Sur le flanc opposé, le sens dominant est nettement orienté

plein Nord alors qu' il pxiste une tendance secondaIre vers l'Ouest - Nord-Ouest. Sur l'ensemble du

synclln<Jl, celle s('qut'Ilce al riche encort' une l'l'l'laine symélrle des mesures comme pour les séquences

précédentes, en relation avec l'environnement sédimentalre possiblement deltaIque de la partie infé­

rleure de celles-ci.

séquence E (uniquement sur le flanc orIental). Le nombre nettement Insufflsant de mesures ne permet pas

la détermlnatJon d'une tendance principale. ToutefOIS, les mesures sont toutes dispersées sur la

demi-rose septentrionale et confirment aInsi le sens général des apports.

séquence F. Cette fOlS, la dispersion des mesures est totalement asymétrlque avec deux tendan­

ces principales aussi bien à l'Ouest qu'à l'Est du synclinal. Il s'agit des sens Nord à Nord-Est et

Nord-Dues t.

séquence G. Les quatre mesures obtenues sur cette séquence appartiennent aux tendances générales

obtenues précédemment.

Il n'y a pas de mesures pour les séquences de 4e ordre sUlvantPJ (H, l, J).

Les tendances observables avant le dépôl du CUIvre, aUSSI bien sur le flanc oriental qu'occldental,

déterminent une seule dl rection principale Nord-Sud clairement asymétrlque vers le Nord. Toutefois, le

caractère symétrique est plus marqué à l'Est qu'à l'Ouest où les mesures ne concernent seulement qu'une

parlie des séqupnces C ct D.

Après le dépôt du CUivre l'environnement deVIent essentIellement flUVIatile. Les mesures mettent

en évidence cette fOlS deux sens principaux non opposés, le caractère symétrique étant ici quasiment

nul.

Il s'agit - d'un sens Nord à Nord-Est, relatlvement proche de la tendance principale

avant le niveau de CUIvre

d'un sens Nord-Ouest, inexistant antérieurement, et que l'on peut

rapprocher d'une directlOn structurale hercynlenne ou subandine (dans le

sens "proche d'une dIrectIon andine").

Jll

, ," J 1

• 1, .

l'en­de 4e ordre suréquencer chaque st obtenus poude transpor. . n des sens. RépartltloFig. 21 . du synclinal.

semble

39

l'ensemble dure surè le CU1Vant et apI' sobtenus avde transportdes sens• RépartItIOnFig. 22 .

synclinal.

40

D - Les mesures à Cuzco et dans l'île de Taguile (Lac TIticaca)

A Cuzco, 26 mesures prélevées lC 1

princlpale au Nord légèrement symétrique, et

dlrection Ouest - Nord-Ouest à Est - Sud-Est.

où là de façon systématique, déterminent une tendance

une seconde égslement symétrique, moins marquée de

Sur le lac Titicaca, à l'île de Taqulle, lB mesures donnent également un sens Nord bien marqué et une

seconde tendance globalement Nord-Est à Est - Sud-Est.

Quolque peu représentat Ives, ces mesures supplémentalres SOllt globalement en accord avec les tendances

obte~ues à Sicuani dans la mesure où elles soullgnent aUSSl bIen à Cuzco qu'au lac Titicaca, un sens de

transport princIpalement orIenté vers le Nord.

E - Concluslon de l'analyse des paléocourants

A Sicunnl, la tendance générale est LIn écoulement monodIrectionnel largement ouvert en

raison de la dlvagation des corps sédlmentaires aussi blen dans l'envlronnement fluviatile en tresse que

dans l'environnement deltalque sous lacustre (dont l'existence n'est pas clairement définie) et dans

lequel 11 faut également noter l'existence d'un écoulement à tendance oscillatoire.

Les sens prlncipaux de transport suggèrent de façon évidente l'exlstence d'une zone

d'alimentatlon sltuée au Sud de la régIon concernée, sans toutefois pouvoir déterminer plus précisément

sa locallsation (vers le Sud, le Sud-Ouest, le Sud-Est ?).

La paléopente régionale est donc de toute façon Inclinée vers le Nord à cette époque.

Par allleurs, il faut encore souligner l'apparltlon d'un sens de transport Nord-Ouest bien exprimé vers

le sommet de la coupe (env Ironnement fluv iatl1e). Dans la mesure où la tectonique semble clairement

associée à la sédime~tation, la mise en place de structures morphologlques (rejets de fsille ... ) dans le

paysage pourralt être à l'orlgine d'une déviation des principaux sens de transport, d'autant plus que

cette directio~ se parallélise aux structures hercynlennes vOlsines, vraisemblablement remobilisées en

cette pérlode précoce de la structuration andine.

Enfln, l'ensemble des mesures de Slcuani (37B), Cuzco (26) et de l'île de Taquilé (lB)

confirme l'existence d'une zone nourricière située au Sud des affleurements. La Cordillère orientale ne

peut donc en aucun cas aVOLr été la source d'allmentatLon des sédiments des "Couches Rouges" comme celà

avait été préalablement suggéré par dlfférents auteurs.

VIII- Les conditions climatiques

L'exlstence de crues, la présence de nombreux nlveaux à plantes (tiges, troncs d'arbres),

l'absence de nlveaux évaporltlques malS la présence de nombreuses fentes de desslcation sont les

prlnclpaux arguments suggérant un cllmat à au mOlns deux saisons, l'une sèche et l'autre humide, comme

il existe encore dans ces réglons, à la différence près que l'altitude de l'époque, probablement proche

du niveau de la mer, ne devalt pas être à l'orlglne des amplItudes de température actuellement observa­

bles.

Par allleurs, la posltLOn en latitude de l'Amérique du Sud proposée par Scotese (l979)

pour la fin du Crétacé, paraît très proche de l'actuelle, ce qUI est un argument supplémentaire en

faveur d'un cllmat bisaisonnier.

IX - Proposition de schémas paléoqéographigues pour les "Couches Rouges" de Sicuani

Quatre prlnclpales pérlodes ont été retenues pour Lllustrer l'évolutlon paléogéographique

pendant le dépôt des "Couches Rouges".

41

La première période

Elle concerne les séquences A, B, C et D de 4ème ordre (fig. 23) et correspond à une

arrivée dans le bassin de sédiments détritiques fins suggérant un éloignement relativement important

des zones nourricières. Celles-ci devaient probablement être situées vers le Sud comme le montrent les

principales tendances obtenues par les paléocourants.

La maturité du matériel sédimentaire et le fait qu'il n'existe pas de clastes volcaniques

frais dans ces niveaux supposent l'absence d'une activité volcanique dans cette région.

Au niveau de la zone étudiée (pointillé sur la figure), l'environnement sédimentaire

pourrait correspondre à un delta sous lacustre passant plus en amont (à l'extérieur du domaine étudié)

à un environnement fluviatile probablement en tresse, d'après l'observation des faciès les plus

proximaux des sommets de séquence.

La coupe Nord-Sud sur un côté du bloc diagramme met en évidence la progradation des faciès

proximaux sur les plus distaux au cours de cette période ainsi que la forte épaisseur de sédiment

favorisée par une subsidence jmportante.

Bien que le niveau de cuivre de la séquence D soit un événement dans la sédimentation, il

n'a pas été représenté ici dans la mesure où il ne correspond qu'à un intp.rvalle de temps assez réduit.

La seconde période (fig. 24 )

La seconde période correspond à la séquence [ dont le biseautage au travers du Synclinal

de Sicuani doit être une réponse aux contraintes tectoniques pendant la sédimentation. Ce biseautage

pourrait correspondre à un basculement du bassin le long d'une faille comme celà est représenté sur la

figure

L'apparition progressive vers le sommet de la séquence [ (flanc [st) de niveaux conglo­

mératiques suggère .la formation de relief en amont.

A-B-(-D

Fig. 23 Schéma pal~ngéogrnphiqlle établi 8 partir de l'analyse des séquences A - B - C et D.

42

~....... .. ':

Alj\\

F-G

é uences r et G.. d l'analyse des s q. établi à partIr e25 : Schéma paléogéographlquer ig.

43

La troisième période (fig. 25)

Elle p.~t ici représentée par les séquences F et G qui sont essentiellement caractérisées

1'''1' dll 1II"''''ri,,1 IJrll":;;,,r vI. dL'" Iliv",n,x Vlll'·"lll,,,',,lilll,,"L,,ir,,:;. Lü l'ul'If"Jl.ioll L1'ull relief en amont, déjà

amorcée précédemment, semble arriver à son terme avec le développement d'une activité volcanique

relati vement proche du bass in. Le ca,ractère explos i f des émiss ions volcaniques pourrai t expliquer

l'existence de nombreuses accumulations de plantes (troncs entiers, tiges ... ) associées è du matériel

détritique parfois grossier et très immature. L'activité tectonique se manifeste encore par la mise en

place de filons synsédimentaires (niveau terminal de la séquence F).

La guatrième période (fig. 26 )

Elle correspond aux séquences H, l, J.

L'évolution séquentielle grano et stratodécroissante au 5e ordre (depuis la séquence F)

doit être liée à la destruction du relief préalablement formé. L'érosion progressive des zones nourri­

cières provoque le recul de celles-ci et l'arrivœ de matériel de plus en plus fin dans le bassin qui

se comble progressivement.

Il est probable que les activités tectonique et volcanique soient maintenant plus réduites

voire inexistantes.

H-1 - J

Fig. 26 Schéma paléogéographique établi à partir de l'analyse des séquences H - 1 et J.

44

x - Conclusions générales

Les résultats obtenus au cours de ces derniers travaux de terrain réalisés sur la

Formatlon des Couches Rouges (essentlellement dans la réglon de Sicuanl au Sud du Pérou) permettent de

préclser un certaIn nombre de pOints:

- la découverte d'empreintes lalssées par des Dlnosaures au sein des "Couches Rouges" implique un âge

m<'n070i'luP pour ('ptll' formol iOI1 d non ('(\n070i'luP commp il était jusqu'li préaent admis (Audebeud lit

al, 1976)

les zones d'apport sont essentlellement locnllsées vers le Sud (Sud-Ouest 11 Sud-Est) des zones

étudi"I'f1. l" [ordilll'rp oripntl11e (chalnp hprcvnipnne) n'Il dont pl1f1 été l '"np dpf1 sourpes du matériE'1

uelrlll4ue eLlIulc, l,lnl,~q II d\dt: ,Il 1'(Jt!I'11Il'!.: ,lll,I\I~\ PtlL \\II.)III,! •.HllelJl~ \!lJl:l,tJd.i, l)/-,.; r\UL;l'-

baud et al., 1976 ; Dalmayrac et al., 1980)

- il existe une actlvité volcanique b caractère exploslf contemporaIne du dépôt des "Couches Rouges" et

généralement associée à des apports détritiques grossIers. C'est la première fois qu'un épisode

volcanique de ce type est slgnalé à cette époque aUSSl 101~ de la zone côtière où l'on connait un

é'lulva]pnt un peu pluf1 tFtrdlfO (Croup" ToC]uepala, Audebaud et al., 1976)

- une actlvJLé LecLol11C]ue sYllsédlmellLLlIre esl é'l<.llcmC'nt mise en éVidence et se manlfeste par le biseau­

tage de plusleurs centalnes de mètres de sédlments sur quelques kllomètres de dl stance 11

l'horizontale (8 l'époC]ue de la sédimentation). Des filons synsédlmentalres ont également été recon­

nus. L '<.lllalyse ues paléucour~JrlLs LI par ,Hlleu1's permIS u'lnulvluuaiiser une orientatlon prlvdégiée

des sens de transport au sommet de la séne (séquences F et C), laquelle semble assez proche de

l'orlentatlon des structures hercyniennes possiblement réactivées ~ cette époque

- l'évolutlon séquentlelle montre un système généralement progradant au 3ème et 4ème ordre. Au 5ème

ordre, elle détermine dans un premler temps la formation d'un relief en amont du bassin, puis dans un

deuxième temps, sa destruction par érosion progresslve avec comblement des zones de sédlmentation.

C'est Justement au passage de la prem 1ère 11 la seconde période que se mani festent les plus forts

effets de la tectonique et du volcanisme

- la puissance totale de sédlment déposée en 15 MA aVOlSlne les 6000 m ou 8000 m en tenant compte de la

décompactlon. Le taux de sédlmentation obtenu est comprls entre 400 et 550 m par million d'années et

correspond b celui généralement observable dans les rifts ou les bassins sur décrochement (Masse,

1981).

type de bassin sédimentaire

Le taux de sédlmentatlon correspondant 11 une subsldence ultrarapide et tectoniquement très

active, la mise en éVldence d'une activité tectonlque synsédimentaire Importante, la forme actuelle des

bOf1sins (ou:;:. 1 bll'n de CU7eo, (jp SIPunni et du loc Tltlcnpo) bordés pHr des failles majeures, sont

autant d'éléments suggéraot l'exlstence de bassins sur décrochement pendant la période de sédimentation

des "Couches Rouges", même Si le remplissage est toutefOIS relatlvement fin et ne comporte pas de cÔnes

alluvlaux visibles .

• Je nombre de bassins

Sl comme 11 est précédemment suggéré, le bassln de Sicuani est un bassin sur décrochement,

il apparait alors dlfflclle de déterminer son extension dans la mesure où les bordures de celui-ci ne

sont plus Visibles. Les dépôts de la région de Cuzco ressemblent en plus leurs points 11 ceux de Sicuani

mais peuvent s'être déposés tout aUSSl blen dans le même bassln que dans un autre bassin sur

décrochement dont l'évolution dans le temps aura l t été proche de celui de Sicuani (pr iorHé des

conditlons cllmatlques, tectoniques ... etc .. ). Cette seconde hypothèse semble plus probable. Le

mécanisme d'ouverture s'effectue généralement en échelon et donne nalssance b de multiples bassins le

long d'un même accldent majeur (Rodgers, D,A, 1980 ; Aydin, A, et Nul', A, 1982)

(1980) évoquent une probable absorption des

long d'accidents majeurs plus anciens sur

45

• Place des "Couches Rouges" dans le contexte géodynamique de ('époque

Le contexte géodynamique andin est essentiellement caractérisé par un processus de

subduction d'une plaque océan ique paci f ique sous le continent sud-américain, fonct ionnant au moins

depuis le Jurassique (Audebaud et al., 1973 ; Audebaud et al., 1976 ; Marocco, 1979 ; Dalmayrac et al.,

1980), bien que les principales phases de déformation andines débutent seulement vers la fin du mésozolque.

Alors que la phase péruvienne de Steinmann (1929) datée du Santonien par Mégard (1973) est

bien individualisée sur la côte sud-péruvienne (Vicente et al., 1979) et dans les Andes centrales

(Mégard, 1973), elle ne semble correspondre qu'au passage d'une paléogéographie à dominance marine à

une paléogéographie exclusivement continentale dans le reste du Pérou méridional (Audebaud et al., 1976;

Dalmayrac et al., 1980).

Cependant il n'est pas impossible que la sédimentation des "Couches Rouges" puisse corres­

pondre à cette phase tectonique de la fin du Mésozoique (phase péruvienne) par l'intermédiaire d'une

ouverture de bassins sur décrochement, laquelle aurai tété principalement guidée par des structures

majeures hercyniennes (fig.Z7).

Ceci est d'autant plus probable que Dalmayrac et al.

contraintes tectoniques de la phase péruvienne, le

l'Altiplano péruvien.

Une migration transversale et progressive des effets de la phase péruvienne pourrait

expliquer l'apparition relativement tardive du maximum de déformation en arrière de la zone côtière

(Altiplano actuel).

La phase péruvienne ne serait donc plus un événement tectonique ponctuel mais un événement

s'étendant sur une période de 10 à 15 MA environ.

o! - 100 km

1

r ig. 27 Contexte géodynamique possible pour la mise en place des couches rouges.

47

XI - Pro jets

L'étude présentée Ici ne représente que les prémices du programme sur les "Bassins intra­

montagneux andins" dans la mesure où elle soulève plus de problèmes qu'elle n'en résoud. Les hypothèses

précédemment proposées demandent à être confirmées ou infirmées dans lea travaux futurs où il s'agira

essentIellement :

- de préciser les environnements sédimentaires et les âges des dépôts sous-jacents et sus-jacents aux

"Couches Rouges"

- de dater et étudier plus préclsémlOent les événements tectonIques, et volcanIques contemporains des

dépôts contInentaux que sont les "Couches Rouges" afin de mieux les corréler au contexte géodynamique

- d'étudier plus en détail en multipliant les méthodes, les baSSins de Cuzco (actuellement en cours par

Elmer Cordoba) de Slcuanl, du lac Titicaca et de la région d'Abancay

- d'étendre ces études d'une part flUX baSSins bolivIens de la même époque et dont il semble y avoir

quelques points de ressemblance avec ceux du Sud du Pérou, et d'autre part aux réglons centrales du

Pérou où les "Couches Rouges" semblent bien dLfférentes autant sur le plan sédimentologique que stra­

li graph 1 que.

Enfin, la nouvelle datat Ion des Couches Rouges ouvre la porte à de nouvelles recherches

notamment en paléontologie. les travaux déjà menés par des équipes françaises dana la région du lac

Titicaca sur la limite Crétacé - Tertiaire, par exemple Slgé (1972), Marshall et al. (19B3), peuvent en

effet maintenant s'élargir aux réglons de Cuzco et de Sicuani.

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imbrications de galets

qouttières d'érosion

chenaux

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plantes

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