Chapitre n°II: La stratigraphie et les subdivisions du temps géologique Introduction : La stratigraphie est une discipline des sciences de la Terre qui étudie la succession des différentes couches géologiques ou strates, elle permet de reconstituer l’évolution des dépôts sédimentaires dans l’espace et dans le temps, et la reconstitution des paysages du passé d’une région ou sa paléogéographie. I- La datation relative et Principes de stratigraphiques. 1- Propriétés des roches sédimentaires: Propriété des stratification. Stratigraphie : Science qui étudie la succession des strates ou couches sédimentaires. Buts: - La reconstitution de l’évolution des dépôts sédimentaires au cours du temps. - La datation relative: ordonner dans le temps, les uns par rapport aux autres, les événements et les structures géologiques. - la reconstitution des paysages du passé d’une région ou sa paléogéographie. Propriété de stratification : Disposition des roches en strates ou en couches superposées. Une strate : - Couche d’une épaisseur pouvant varier de quelques centimètres à plusieurs mètres. - Se distingue par sa couleur, sa nature minérale et sa texture. Elle constitue la plus petite unité des ensembles sédimentaires. - Présente deux limites : Joints de stratification ❖ Limite inférieure : Mur de la couche ❖ Limite supérieure: Toit de la couche. Quels sont les principes qui permettent l’établissement de cette chronologie relative ? 2- les principes qui permettent l’établissement de la chronologie relative ? La datation relative : ou chronologie relative est l’ensemble de méthodes permettant d’organiser de manière chronologique des événements géologiques les uns par rapport aux autres, sans fournir des dates précises (absolues). La stratigraphie repose sur plusieurs principaux géologiques qui sont : a-Principe d’horizontalité. Activité n°1: L’étude stratigraphique de trois régions distantes différentes a permis de réaliser les coupes géologiques du document n°1. 11- Décrire Identifier les structures géologiques du document n°1 suivant. Dépôt horizontal des sédiments. Plissement des couches sédimentaires. Des couches sédimentaires faillés ❖ Dans la fig a qu’est une région stable tectoniquement , les couches sédimentaires ont gardées leurs position de dépôt d’origines, elles apparaissent sous formes de strates horizontales . ❖ Dans les figures b et c les strate ont perdu leur position horizontale. Elles se sont déformées. ❖ ❖ Donc une séquence sédimentaire qui n’est pas en position horizontale a subi des déformations tectoniques postérieur à leur dépôt. . ❖ Enoncé du principe d’horizontalité : À l'origine, les couches sédimentaires se déposent horizontalement ; mais des mouvements tectoniques ultérieurs peuvent perturber cette disposition, on peut ainsi avoir des couches par plissement ou faille ou érosion. Donc une séquence sédimentaire qui n’est pas en position horizontale a subi des déformations postérieures à son dépôt. b- Principe de superposition. Activité n° 2: Pour dater les couches sédimentaires qui affleurent dans une région donnée, on vous propose la séquence de couches horizontales de la figure n°1. Les géologues utilisent le principe de superposition qui stipule qu’en absence de déformations tectoniques une couche est plus récente que celle qu'elle recouvre, et elle est plus ancienne que celle qui la recouvre. La figure 1 représente une séquence de couches sédimentaires horizontales. 1- En utilisant le principe de superposition, classez les couches de la séquence (A, B, C, D, et E) de la figure 1 par ordre chronologique (datez ces couches les unes par rapport aux autres). La figure 2 présente certains cas qui constituent des exceptions au principe de superposition. 2- Montrez pourquoi le principe de superposition ne peut pas être appliqué pour ces cas Figure n°1. R,Q, n°1 :. La couche A est plus ancienne que la couche B, celle-ci est plus ancienne que la couche C, cette dernière est plus ancienne que la couche D la couche E est la plus récente. Ordre de dépôt des strates de la plus ancienne à la plus récente est : A B C Selon le principe de superposition, une couche est plus ancienne que celle qui la recouvre. D E R,Q, n°2 :. Limites du principe de superposition: Déformation tectonique Le pli couché: les strates peuvent être ordonnées différemment dans Fig a et fig b il y’a un renversement total de l’ordre normal de la série. La faille inverse : les strates subissent des glissements permettant de changer leurs positions initiales. Les terrasses fluviatiles étagées sont ordonnées inversement, la strate en bas est la plus récente et celle en haut est la plus ancienne. C- Principe de continuité. Activité n°3 : L’étude stratigraphique de deux régions distantes de quelques Km a permis de réaliser la coupe géologique figures 2 à partir de la zone de la photo de la figure n°1. 1- donnez la définition du faciès de couche sédimentaire. Sachant qu’une couche sédimentaire est de même âge en tous ses points de son étendue et en exploitant les figures 1 et 2 2- Déterminez l’âge relatif de la couche C dans la région X et de la couche C’ dans la région Y. 3- Etablir la corrélation chronologique entre la couche B et la couche B’. Justifiez votre réponse. 4- Formuler le principe de continuité et déterminer les limites de son application. Éléments de réponse: R,Q n°1: Le faciès: Ce terme latin signifie « aspect », ensemble des caractères lithologique ( minéralogie, couleur) et paléontologiques (fossiles) d’une roche qui représentent les conditions de sa sédimentation. R,Q n°2: La couche C dans la région X et la continuité de la couche C’ dans la région Y et ayant la même pétrographie: Donc C et C’ ont le même âge. R,Q n°3: Les roches constituant les formations E et E’ sont de nature (faciès) différentes Elles étaient formées dans des conditions géographiques (ou climat ……) différentes. Justification: Les strates B et B’ sont limitées par la même strate du bas et par la même strate du haut, donc elles ont le même âge. L’application du principe de continuité est limitée à des courtes distances ne dépassant pas une dizaine de Km Enoncé du principe de continuité. Une strate est de même âge sur toute son étendu quel que soit son faciès, à condition qu’elle est limitée par les mêmes couches à la base et au sommet. d- Le principe de recoupement Enoncé du principe : Tout événement (intrusion magmatique, filon, faille, pli, érosion, discordance) provoque un changement au niveau des roches, est postérieur à la dernière strate affectée au niveau des roches, est postérieur à la première strate non affectée. Activité n°4 : Le schéma ci-contre représente une coupe géologique réalisée dans une région qui a connu un certain nombre d’événements géologiques. 1- Déterminez l’âge relatif du plissement, de la faille F et du granite G par rapport aux couches sédimentaires. Justifiez la réponse en utilisant le principe suivant : « Tout événement qui provoque un changement dans la géométrie des roches est postérieur à la dernière strate qu’il affecte et antérieur à la première strate non affectée. » Réponse aux questions : Le plissement est plus récent que la couche c (dernière couche plissée), et il est plus ancien que la couche d (première couche non plissée). La faille F est plus récente que la couche h (dernière couche faillée), et elle est plus ancienne que la couche i (premières couches non affectées par la faille). Le granite G est plus récent que la couche K qui est la dernière couche recoupée par le granite. Exercice d’application 2 : La figures 1 ci-contre représente une coupe géologique réalisée dans une région qui a connu un certain nombre d’événements géologiques. 1- Etablir une chronologie relative des événements géologiques qui ont affectés les strates schématisées à côté. Réponse aux questions : La chronologie relative des événements géologiques de cette coupe géologique est : ❖ Dépôt des strates 4,5,6 et 7. ❖ Mouvement tectonique causant la cassure et apparition de la Faille 1 avec déplacement des bloc faillés. ❖ Intrusion du filon 2 suivie par l’intrusion magmatique 3. e- Principe d’inclusion; Activité n°5 : Principe d’inclusion : Un objet inclus dans une couche sédimentaire est antérieur (plus ancienne) à cette couche. Les figures à côté représente une coupe géologique réalisée dans une région qui a connu un certain nombre d’événements géologiques. 1- Déterminez l’âge relatif des inclusions, par rapport à la couche encaissante. 2- Peut-on déterminer son âge par rapport aux strate 1,2,3,4 et 5 Réponse : R,Q,1 : L’inclusion R (roche), est contenue dans la strate 6. R,Q,2 : Elle (R) est donc plus ancienne que la strate 6, mais ne peut pas être datée relativement à la strate 1ou 2, 3, 4,ou 5 . f- Principe d’identité paléontologique : La paléontologie est une science qui étudie les êtres disparus, essentiellement connus par leurs restes fossiles ou les traces de leur activité. Un fossile est le reste ou trace d’organisme conservé dans des sédiments. On distingue deux types de fossiles : ❖ Fossile stratigraphique. ❖ Fossile de faciès. Quelles sont les caractéristiques de chaque type de ces deux fossiles ? Enoncé du principe: Le principe d'identité paléontologique stipule que deux couches ayant les mêmes fossiles stratigraphiques sont de même âge. Activité n°6 : Document 1: Les foraminifères sont des protozoaires marins, ils se conservent facilement dans les sédiments grâce à leur coquille. Leur nombre, leur évolution rapide et leur grande répartition en font d’eux de bons fossiles stratigraphiques. La figure 1 représente la répartition stratigraphique de quelques espèces de foraminifères fossiles 1- Dégager du doc 1 ci-dessus, les caractéristiques d’un bon fossile stratigraphique. 2- Dégager de la figure 1, trois espèces de foraminifères fossiles qui ont la plus grande précision de datation. Fig 1: répartition stratigraphique de quelques espèces de foraminifères fossiles Fig 2:quelques spécimens de foraminifères au MEB R,Q,n°1: Les caractéristiques d’un bon fossile stratigraphique sont : - Une existence courte à l’échelle des temps géologiques (évolution rapide). - Une grande extension géographique - Une grande abondance. R,Q,n°2: Les espèces qui ont la plus grande précision de datation sont ceux qui évoluent rapidement dans le temps géologique, ça veut dire d’elles ont une durée de vie courte et qui sont: Globotruncana calcarata, Globotruncana contusa et Racemiguembelina fructucosa. 3- Identifier les limites (exceptions) d’application du principe d’identité paléontologique, sachant que certaines couches manquent de fossiles ou s’altèrent par les agents d’érosion et que certains fossiles peuvent être transportés très loin par les cours d’eau. R,Q,n°3: Les limites d’application du principe d’identité paléontologique - L’absence des fossiles stratigraphiques ou la non conservation des fossiles . - La migration spatio-temporelle des fossiles : les fossiles ne gardaient pas leurs strates origine. - Certains fossiles ne sont ni exclusivement continentaux ni marins, ce qui rend la corrélation plus délicate II- Le cycle sédimentaire et l’échelle stratigraphique. 1-Notion de lacune stratigraphique. a- Qu’est ce qui une lacune stratigraphique? Activité n°7: (Voir doc n°3)R,Q, n°1: L’observation de la figure A montre la présence des couches 1,2,3 et 4 dans la localité X et l’absence partielle de la couche3 dans la localité Y. - L’observation de la figure B montre la présence des couches 1,2,3,4 et 5 à droit dans la localité Y et l’absence de la couche 3 dans la localité X à gauche. - L’observation de la figure C montre la présence des couches 1,2,3,4,5,6 et 7 de la localité Y à droite et l’absence des couches 3 et 4 à gauche dans la localité X avec plissement des couches 5,6 et 7 et. l’érosion de partielle des couches 5 et 6. R,Q,n°2: Cette absence d’une ou de plusieurs couches dans une formation constitue une lacune stratigraphique. une lacune stratigraphique. Est l’absence d’une ou plusieurs strates dans une série sédimentaire. La lacune stratigraphique constitue une discontinuité chronologique entre deux couches due à une absence de sédimentation pendant une période donnée (marquée par un manque de dépôt). R,Q,n°3: L’ensemble des strates situées entre les deux lacunes stratigraphiques constitue un stratotype ( série ou formation sédimentaire) donc: Les lacunes stratigraphiques constituent les limites des stratotypes, ce qui facilite la détermination des divisions chronostratigraphiques Quelles sont les types de lacune stratigraphiques? 4- En utilisant les figures A et C indiquer les types de lacune sédimentaires b- Les types de lacune stratigraphique. Une lacune stratigraphique peut s’expliquer de deux façons possibles qui détermine deux types de lacunes qui sont: ❖ Une lacune de sédimentation: pendant la période correspondant à la durée de la lacune, la sédimentation s’est interrompue dans une région qui a été peut être émergée suite à une régression marine (figure A). ❖ Une lacune d’érosion. : les couches qui manquent dans une région se sont déposées puis elles disparaissaient à cause d’une érosion, puis la sédimentation a repris en laissant une lacune (figure B et C). ❖ Caractéristiques sédimentaires de la série transgressive La série de transgression est caractérisée par une diminution de la taille des sédiments du bas vers le haut (selon un granoclassement décroissant). Sable Argile Calcaire -La strate la plus récente couvre entièrement toutes les autres strates R, Q, n°2:Caractéristiques sédimentaires de la série régressive La série de régression est caractérisée par une augmentation de la taille des sédiments du bas vers le haut (selon un granoclassement croissant). Calcaire Argile Sable La strate la plus récente ne couvre pas entièrement les autres strates. Définition : Le cycle sédimentaire : désigne la période comprise entre le début d’une transgression marine et la fin de la régression marine qui la suit. Il comprend trois phases ; transgression, sédimentation et régression, ces phases sont marquées par les discordances géologiques. Le cycle de sédimentation: correspond à l’ensemble des sédiments formés par la succession d’une série transgressive et d’une série régressive. Le cycle sédimentaire est un des fondements des subdivisions stratigraphiques. Ainsi, on distingue entre les grands cycles qui déterminent les systèmes et les petits cycles qui déterminent les étages. 3-L’échelle stratigraphique et Les grandes subdivisions géochronologiques. Les subdivisions géochronologiques majeures reposent sur des évènements géologiques qui ont une grande ampleur. Ces évènements peuvent être d’ordre paléontologique, stratigraphique ou orogénique. - Quels sont les critères de l’établissement de l’échelle stratigraphique ? - Quelles sont les subdivisions géochronologiques de l’échelle stratigraphiques ? a- Les critères paléontologiques (les crises biologiques) Activité n°11: document n°4 R,Q n°1:L’évolution des êtres vivants, l’apparition et la disparition irréversible des espèces constituent de repères chronologiques permettent ainsi d’établir des coupures dans les temps géologiques: En utilisant les fossiles présents dans les strates, les géologues définissaient les unité du temps et établissaient les subdivision géochronologiques. R,Q n°2 et 3- les critères que les géologues adoptent pour établir l’échelle stratigraphique sont: ❖ Absence totale des fossiles dans certains terrains, ❖ Apparition, évolution et extinction de certains organismes et surtout les extinctions de masse appelées aussi crises biologiques (comme l’extinction des trilobites et dinosaures). Exercice intégré : On appelle crise biologique une période assez courte durant laquelle, à l'échelle du globe, un grand nombre d'espèces animales et végétales disparaissent simultanément. Les paléontologues connaissent et étudient ces crises grâce aux fossiles qui laissent des traces de ces disparitions massives.On distingue entre des : ❖ Crises majeures qui permettent de subdiviser le temps en ères (entre le primaire et le secondaire, et entre le secondaire et le tertiaire), ❖ des crises de moindre importance qui permettent de subdiviser les ères en étages (entre l’ordovicien et le silurien, et entre le dévonien et le carbonifère)Les causes de ces crises biologiques peuvent être de différentes origines : la chute d’un météorite, une activité intense des volcans, la tectonique des plaques et les variations climatiques. 1- Dégager les fossiles qui limitent chacune des deux crises majeures, et Montrer leur importance. La crise majeure 2: La disparitions d’ammonites constitue la limite entre l’ère secondaire et tertiaire. La crise majeure 2: La disparition d’ammonites constitue la limite entre l’ère secondaire et tertiaire. b- La notion de biozone et son importance. La figure suivante présente l’extension des principaux groupes de fossiles stratigraphiques. 1 – En se basant sur les données de ce document, déterminer la notion de biozone et montrer son importance dans l’établissement de l’échelle stratigraphique. ❖ L’évolution des vivants peut être considérée comme irréversible du temps. C’est pourquoi on utilise les fossiles présents dans les couches géologiques afin de définir des unités du temps. ❖ Pour classer les couches géologique stratigraphiquement, on les divise en unités distinguées par des différences dans leur teneur en fossiles. ❖ La biozone est l’unité de base de la stratigraphie. Elle correspond à l’ensemble des couches successives contenant effectivement une ou plusieurs espèces fossiles. ❖ L’apparition ou la disparition irréversible d’une espèce, constituent des repères chronologiques et permettent ainsi d’établir des coupures dans les temps géologiques b- Les critères orogéniques et stratigraphiques. Le cycle orogénique correspond à une suite d’événements : formation, de déformation et de l’érosion d’une chaine de montagnes. Le document à côté représente la répartition des cycles orogéniques en regard de l’échelle stratigraphique. R,Q,n°1 : Le cycle orogénique Correspond au temps pendant lequel se forme, se développe, se déforme et s’érode une chaine de montagnes. Un tel cycle comprend trois phases qui sont: ❖ Une sédimentation dans un basin sédimentaire. ❖ Le plissement des sédiments accumulés dans le bassin sédimentaire en formant des chaines de montagne. ❖ L’érosion de la chaine montagneuse. b2- Les discordances géologiques. R,Q n°2 : En plus des critères paléontologiques, les géologues utilise d’autres critères pour subdiviser le temps géologiques : ❖ Les critères stratigraphiques : les discordances qui permettent de séparer les temps de dépôt et identifier les limites des étages (stratotypes), des systèmes et même parfois des ères. ❖ Les critères tectoniques : Les cycles orogéniques et les discordances majeures constituent les principaux critères tectoniques utilisés dans la géochronologie. R, Q, n° 3 Le cycle orogénique : Quatre cycles orogéniques sont mis en évidence : ❖ Le cycle cadomien pendant le Protérozoïque (Cryptozoïque) ;. ❖ le cycle calédonien (Cambrien au début du Dévonien). ❖ Le cycle hercynien au Paléozoïque (s’étend du Dévonien à la fin du Permien). ❖ le cycle alpin du Mésozoïque jusqu’au Quaternaire (présent). Conclusion : Chaque cycle orogénique comprend quelques discordances tectoniques, mais il est toujours marqué à sa base par une discordance angulaire très importante appelée discordance majeure (l’angle entre les couches discordantes peut approcher les 90°). Les photos ci-dessous représentent des exemples de ces discordances : La discordance angulaire hercynienne, qui sépare la série (a) du Paléozoïque déformée et érodée de la série b à strates parallèles et non déformée du Mésozoïque : C’est une la limite entre deux ères. 3- Les grandes subdivisions géochronologiques. C- L’unité stratigraphique fondamentale : L’étage Les géologues se sont basés sur des formations géologiques non déformées comme éléments stratigraphique de base pour la datation relative des autres formations , qu’on appelle Stratotypes. Le stratotype est une série sédimentaire ( ensemble de strate ) type non déformées, bien délimitées ( comprise entre deux lacunes ) et riche en fossiles stratigraphique. L’étage c’est l’intervalle de temps correspondant à la formation du stratotype, de quelque millions d’année. C’est l’unité chronostratigraphique fondamentale de subdivision des temps géologiques. Les lacunes stratigraphiques représente les limites des étages. (l’étage est donc compris entre deux lacunes) NB: le nom de l’étage est souvent dérivé du lieu géographique où on trouve le stratotype. Exemple: Le famennien est dénommé d’après la région de Famenne en Belgique (C-a-dire Le nom de la région + ien ) ( -372,2 à -358,9MA) Région de Famenne + Stratotype II étage frasnien d- Les éléments de l’échelle stratigraphique: Pour dater les évènements intervenus durant la longue histoire de la Terre, de sa création à l’actuelle, on utilise une échelle des temps géologiques, aussi appelée « charte stratigraphique ». Cette échelle fait correspondre des couches ou des ensembles de couches géologiques d’origine sédimentaire, à des intervalles de temps : La division de base est l’étage défini par rapport à un affleurement type, qui sert en quelque sorte d’étalon. ❖ ❖ ❖ ❖ Le nom de l’étage est le plus souvent dérivé d’un lieu géographique (par exemple, le campanien) Plusieurs étages forment une série ou une époque (par exemple, le crétacé supérieur) Plusieurs séries ou époques forment un système ou période (par exemple, le crétacé) Plusieurs systèmes ou périodes forment un érathème ou ère (par exemple, le mésozoïque). Ces différentes divisions sont appelées des unités chronostratigraphiques à qui correspondent des unités dite géochronologiques comme le montre le tableau ci-dessous. Unité chronostratigraphique Unité géochronologique Exemples Eonothème Eon Cryptozoïque, Phanérozoïque Erathème Ere Paléozoïque, Mésozoïque, Cénozoïque Système Période Cambrien, Jurassique, trias, Série Epoque Jurassique inférieure Etage âge Toarcien, Géorgien, Werfénien, Danien Le tableau suivant représente les principales divisions de l’échelle stratigraphique d- Les éléments de l’échelle stratigraphique: Conclusion. En se basant sur des critères paléontologiques, stratigraphiques et tectoniques, les géologues ont élaboré l’échelle stratigraphique, qu’est l’outil de la géochronologie, elle comprend des unités (divisions) chronostratigraphiques auxquelles correspondent des unités géochronologiques : ❖ géochronologie: datation des formations sédimentaires et les événements géologiques passés. ❖ unité chronostratigraphique: division comprenant un ensemble de couches sédimentaires. ❖ unité géochronologique : durée correspondant au dépôt des couches d’une unité chronostratigraphique.
