Plan général - pellenard.files.wordpress.com · Halimeda. Répartition des assemblages "foramol"...
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Introduction : sédiments, roches sédimentaires et bassins sédimentaires A - Les sédiments et roches détritiques
B - Les sédiments et roches carbonatées C - Les évaporites D - Les sédiments et roches siliceuses E - Les phosphorites F - Les roches ferrifères G - Les sédiments et roches organiques (pétrole, charbon...)
Plan général
Les sédiments détritiques
(silicoclastiquesterrigènes)
Les sédiments volcano-clastiques
Les sédiments biogéniques,
biochimiques et organiques
Carbonates,
roches biosiliceuses, phosphates,
pétroles, charbons
Evaporites, roches
ferrugineuses
Les sédiments chimiques
Conglomérats, sables, grès, siltites argilites
Tufs,
cinérites, bentonites,
hyaloclastites, coulées : Altération
Resédimentation
Diversité des sédiments et roches sédimentaires
B - Les sédiments et roches carbonatées
= roches biogéniques et biochimiques (chimiques)
1 – Genèse, minéralogie et constituants des carbonates 1.1 – Les phases minérales constitutives des carbonates 1.2 – Les principaux constituants - Ciments et matrice - Allochems biologiques - Allochems non organiques 2 – Les classifications utilisées 2.1 – Classification de Folk 2.2 – Classification de Dunham (complété par Embry-Klovan et Tsien) 3 – Les environnements/paléoenvironnemnents carbonatés et leur évolution 3.1 – Milieux continentaux (spéléothèmes et lacs) 3.2 – Milieux marins (lagon, plateformes carbonatées et milieu profond) 3.3 – Evolution au cours de la diagenèse
Les roches carbonatées peuvent être classées
1. en fonction de leur composition chimique ou
minéralogique
2. de propriétés physiques (ex: porosité)
3. en fonction de leur texture, matrice ou ciment et
grains
= paramètres accessibles sur échantillon
macroscopique ou en lame mince
Précipitation des carbonates dans l’eau de mer
Les polymorphes des carbonates
Système rhomboédrique Système orthorhombique
Système hexagonal Système monoclinique
1.1 – Les phases minérales constitutives des carbonates → boues carbonatées → ciments (roches carbonatées et clastiques) → coquilles des organismes CO3
-2 = C entouré de 3 O dans une organisation triangulaire.
Calcite Aragonite Dolomite
Calcite CaCO3
Sidérite FeCO3
Cérusite PbCO3
Système trigonal -rhomboédrique
Système orthorhombique
Dolomite CaMg(CO3)2
Aragonite CaCO3
Rhodochrosite MnCO3
Strontianite SrCO3
Magnésite MgCO3
Groupe de la calcite
Ankérite CaFe(CO3)2
Groupe de l’aragonite
Groupe des carbonates hydratés (OH)
Malachite Cu2CO3(OH)2
Azurite Cu3(CO3)2(OH)2
Système monoclinique
Les minéraux des carbonates
Précipitation des carbonates
Nucléation des polymorphes calcite et aragonite:
Ca2++ CO32- CaCO3 solide
Le sens de la réaction dépend de la concentration (Qs) dans la solution Le solide est formé lorsque le produit de solubilité (Ks) est dépassé
Facteurs favorisant la précipitation
Facteurs favorisant la dissolution
Augmentation de la photosynthèse
Augmentation pCO2 atm
Augmentation de la T°C
Oxydation MO
Augmentation de la salinité
Augmentation de la P
Augmentation du pH
Ω : degré de saturation Ω = Qs/Ks Ω<1 : solution sous-saturée Ω>1 : solution sur-saturée
Précipitation des carbonates
Mg/Ca fort: Aragonite Mg/Ca faible: Calcite
Evolution globale de l’océan au cours du temps
Plate-forme carbonatée actuelle: Les Bahamas
Phénomène de blanchiment des eaux (whitings) = précipitation directe d’aragonite
Précipitation de la dolomite La réaction:
CaCO3 + Mg2++ CO32- CaMg(CO3)2 La dolomitisation est contrôlée par le rapport Mg2+/Ca2+ du milieu
• Dolomie de précipitation : protodolomites (en présence d’évaporites) • Dolomie de remplacement (secondaire)
Exemple de dolomite et évaporite dans un dépôt de sabkha
Calcite en lame mince Dolomite en lame mince et MEB
1.2 - PRINCIPAUX CONSTITUANTS Grains ou allochems ou éléments figurés Matrice – Ciment - Porosité
La MATRICE = boue microcristalline existant au moment du dépôt = MICRITE Durant la diagenèse, la micrite peut recristalliser ("néomorphisme") = augmentation de la taille des cristaux = MICROSPARITE ou du PSEUDOSPARITE
MICRITE < 4 µm
MICROSPARITE 4-10 µm
PSEUDOSPARITE 10-50 µm
Le CIMENT: la calcite ou l'aragonite qui précipite entre les grains
Le CIMENT: la calcite ou l'aragonite qui précipite entre les grains
Exemple de ciments marins (Purser, 1973)
La POROSITE: Vide entre les grains et parfois emplie d'eau, d'air,
d'hydrocarbures
Temps LES GRAINS OU ELEMENTS FIGURES D'ORIGINE BIOLOGIQUE
Diversité d’un sable coquiller
Exemple de bioclaste
ECHINODERMES
Fixés: Pelmatozoaires Crinoïdes Blastoïdes Cystoïdes Mobiles: Eleuthérozoaires Echinides Stelleroïdes (peu calcifiés) Holothuroïdes (partiellement calcifiés)
Les crinoïdes (Lys de mer)
Macroscopiquement
En lame mince (monocristallin)
BRYOZOAIRES: Organismes coloniaux: branchus, encroûtants, érigés; milieu
calme, sous la zone d'action des vagues. "Ubiquistes" ou pionniers.
BRACHIOPODES (Lophophoriens): symétrie bilatérale (valves ventrale et
dorsale).
COELENTERES: Organismes constructeurs: Rugueux et tabulés au Paléozoïque et hexactinellidae (Mésozoïque et Cénozoïque)
ARTHROPODES: Muraille à prismes soudés: "extinction roulante" Exemple: Trilobites et Ostracodes
MOLLUSQUES Bivalves Gastéropodes Céphalopodes
EPONGES: Les spicules seules sont conservées + quelquefois le vide laissé par la disparition des tissus mous (ex stromatactis)
LES FORAMINIFERES Protozoaires protégés par une thèque (grande variété de formes, de tailles et de types de murailles) Les formes benthiques vivent sur la plate-forme les formes planctoniques se répartissent partout
LES ALGUES Non calcifiées et calcifiées. Suivant la nature du pigment, l'écologie et la bathymétrie sont variables.
Rhodophycées
Chlorophycées
LES CYANOPHYCEES et TAPIS ALGUAIRES (Stromatolithes)
LES GRAINS OU ELEMENTS FIGURES D'ORIGINE NON-BIOLOGIQUE
Oolithes
Oolithes
Lumps-Peloïdes-Mud Coated Grains Agrégats/grapestone/lumps: agglutination de grains: lithification synsédimentaire en milieu calme et peu profond. Peloïdes: boules de micrite à morphologie plus ou moins régulière, pas de structure interne. Origine: pellets fécaux, micritisation d'autres grains, fragments de tapis algaires... Milieux peu profonds, souvent protégés. Mud coated grains: micritisation de fragments de coquille; milieu très calme (rivage).
Pellets
Oncoïdes: cortex d'origine algaire ou microbienne, morphologie externe irrégulière, concavités; milieu marin ou fluviatile peu profond, agitation intermittente.
Intraclastes
2 – Les classifications utilisées 2.1 – Classification de Folk : descriptive 2.2 – Classification de Dunham (complété par Embry-Klovan et Tsien) : dynamisme du milieu et texture
Avantage de la classification de Folk: Aspect descriptif et notion d’écologie
Avantage de la classification de Dunham: Caractérisation de l’énergie de dépôt
Classification de Folk
- les "allochems" (grains, corpuscules, éléments figurés) - les intraclastes: sédiments remaniés - les pellets: grains ovoïdes de micrite de taille
inframillimétrique - les oolithes - les fossiles, bioclastes et grains squelettiques; - la matrice (micrite) - le ciment (sparite) Les appelations obtenues par combinaison d'un préfixe (intra-,
pel-, oo-, bio-) et d'un suffixe (-micrite ou -sparite) peuvent être complétées par l'adjonction du terme "rudite" pour les grains dont la taille est supérieure à 4 mm (exemple: "biosparrudite")
Biomicrite à nombreux fragments de brachiopodes
Biosparite à algues calcaires (dasycladales)
Classification de Dunham complétée par Embry & Klovan et Tsien
Cette classification est basée sur la texture de la roche le type de liaison entre les grains (jointif ou non-jointif) la proportion de grains (inférieure ou supérieure à 10%) la taille des grains Les différents termes de la classification sont ensuite combinés
avec les noms des types de grains les plus abondants
Avec matrice micritique:
Mudstone (micrite) Wakestone à entroques (Biomicrite à entroques)
Packstone à bioclastes et pellets (biopelmicrite)
Avec ciment sparitique:
Grainstone à entroques
boundstones: éléments liés dès le dépôt:
framestone: organismes édifiant une charpente rigide bindstone: organismes stabilisant le substrat par encroûtement bafflestone: organismes érigés piégeant le sédiment en suspension
contenant plus de 10% d'éléments > 2 mm: floatstone: texture non jointive rudstone: texture jointive
Synthèse classification de Dunham
Roches mixtes terrigènes/carbonates
3 – Les environnements/paléoenvironnemnents carbonatés et leur évolution 3.1 – Milieux continentaux (spéléothèmes et lacs) 3.2 – Milieux marins (lagon, plateformes carbonatées et milieu profond) 3.3 – Evolution au cours de la diagenèse
Peu de sédiments carbonatés: dépôts lacustres, fluviatiles,
glaciaires (moraines,...), désertiques, karstiques, grottes Spéléothèmes
3.1 – Milieux continentaux (spéléothèmes et lacs)
Spéléothèmes (grotte de Dargilan, Lozère)
Les échanges chimiques classiques conduisant à la précipitation de calcite des spéléothèmes
Fossilisation de plante dans un travertin (Sezame, B. Paris)
Cascade des tufs à Baume les Messieurs (Jura)
Piscines calcaires naturelles (Pamukkale Turquie)
Tufs et travertins
Milieux lacustres
Calcaire à microcodium (concrétions d'origine bactérienne formées en milieu
palustre ou lacustre)
• précipitations inorganiques (dépend rapport Mg/Ca)
• carbonates algo-microbiens et biocorrosion
• accumulations coquillières
Caliche et calcrète précipitations carbonates dans les paléosols (indice d’émersion)
Exemple de manchons racinaires carbonatés dans un paléosol tertiaire (Esclangon)
3.2 – Milieux marins (lagon, plateformes carbonatées et milieu profond)
oncolithes oolithes rudstones
Morphologies des plates-formes (s.l.) carbonatées
Barrière récifale Tontouta, Nouvelle-Calédonie
Exemple de Plate-forme barrée : la grande barrière australienne
Répartition des faciès sur la plate-forme des Bahamas
Cuba- Bahamas
Domaine de plate-forme: Cuba-Bahamas
Cas des plate-formes internes annulaires: les atolls (exemple des Maldives)
Morphologies des plates-formes (s.l.) carbonatées
PLATE-FORME AVEC BARRIERE RAMPE
rupture de pente pas de rupture de pente
présence d'une barrière continue pas de barrière continue
énergie forte près de la barrière, diminue vers le rivage
énergie forte près du rivage, formation de bancs ("shoals")
barrière=surtout framestones bioconstructions=surtout bafflestones, bindstones
turbidites, blocs exotiques provenant de la barrière
peu de turbidites, pas d'olistolithes, tempestites
sédiments lagunaires de grande extension géographique
sédiments lagunaires peu étendus.
Morphologies des plates-formes (s.l.) carbonatées
Niveaux photiques et chimie des eaux
Lithothamnium
Halimeda
Répartition des assemblages "foramol" et "chlorozoan" dans l'océan mondial
Influence de la température des eaux
Domaine océanique profond : apport des campagnes océanographiques
Boue carbonatée à foraminifères
Boue à nannofossiles
Exemple de la craie: accumulation de coccolithophoridés (algues planctoniques flagellées)
10 µm
Niveau de compensation des carbonates (CCD)
Niveau de compensation des carbonates (CCD)
Niveau de compensation des carbonates (CCD)
Répartition actuelle des sédiments carbonatés océaniques
3.3 – Evolution au cours de la diagenèse
Etude (chronologie) des différents ciments: • Microscope optique • Cathodoluminescence
Evolution de la porosité: Transformations aragonite – calcite Transformation calcite – dolomite Transformation dolomite - calcite