Cours de Pétrographie sédimentaire : Roches détritiques et volcano
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Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017 Pierre Pellenard UFR Sc. Vie, Terre & Environnement Université de Bourgogne Plan général Introduction : sédiments, roches sédimentaires et bassins sédimentaires A - Les sédiments et roches détritiques B - Les sédiments et roches carbonatés C - Les évaporites D - Les sédiments et roches siliceuses E - Les phosphorites F - Les roches ferrifères G - Les sédiments et roches organiques (pétrole, charbon...) Objectifs du cours : • Aspect de la roche (granulométrie, Facies et nom hétérogénéité, texture, couleur) de la roche • Composition minéralogique (particules, phase liaison) (classification) • Maturité de la roche (transport) • Structure sédimentaire • Contenu fraction biogène Les processus en jeu? (altération – érosion – transport – dépôt) : Climat, tectonique, relief, courantologie, activité biologique… Rôle de la diagenèse Conditions environnementales de dépôts (ou paléoenvironnementales pour les dépôts anciens) Déduction des conditions post-dépôts Ouvrages et liens internet : http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.htm Rappel cycle des roches et place des sédiments et roches sédimentaires Diversité des sédiments et roches sédimentaires Les sédiments Les sédiments détritiques biogéniques, (silicoclastiques biochimiques et organiques terrigènes) Les sédiments chimiques Les sédiments volcanoclastiques 80-85% 10-15% Conglomérats, sables, grès, siltites 65% argilites Carbonates, roches biosiliceuses, phosphates, pétroles, charbons Evaporites, roches ferrugineuses Tufs, cinérites, bentonites, hyaloclastites, coulées : Altération Resédimentation Carte de répartition des différents types de sédiments dans le domaine océanique 1ère carte mondiale digitalisée des sédiments océaniques Dutkiewicz et al., 2015 Geology Environnements de dépôts: bassins sédimentaires (zone subsidente = préservation des sédiments) Environnements continentaux Ex : Vallée du grand rift africain: lac Asal (Djibouti) Environnements marins Ex : marge passive du bassin Jeanne d’Arc (au large du Canada) A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques) 1 – Genèse et nature des sédiments détritiques 1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques 1.2 – Formation des sédiments détritiques - l’altération mécanique - l’altération chimique - le rôle du climat 1.3 – Les minéraux et leur altération 1.4 – Les textures et la maturité 2 – Les classifications utilisées 2.1 – La granulométrie 2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat) 2.3 – Les arénites (sables/grés) 2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites) 3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts 3.1 – Sur les continents 3.2 – Dans le milieu marin 3.3 – La diagenèse 1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques Roche meuble (sable) Roche indurée (grés) Place des sédiments détritiques dans les océans actuels St Laurent Indus Gange Altération physique 1.2 – Formation des sédiments détritiques Altération physique Altération physique 1.2 – Formation des roches détritiques Altération chimique Les silicates sont soumis à l'hydrolyse : silicate + H2O + CO2 => argile + Si4+ + cations + HCO3– KAlSi3O8 + H2CO3 => Al2Si2O5(OH)4 + H4SiO4 + K+ + HCO3(K-feldspath) (kaolinite) Altération chimique Les roches sont soumises à l’oxydo-réduction: Fe2+ → Fe3+ Altération chimique Potentiel ionique Z/r qui détermine le comportement des ions face à l’hydrolyse (H2O) Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux Agencements des tétraèdres et des octaèdres en feuillets exemple de la kaolinite (1/1 ou TO) Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux Exemple de chlorite au MEB Exemple de kaolinite au MEB Rôle capital du climat Altération mécanique dominante Altération variable selon le climat (+relief et substrat) Minéraux originels (roches mères) Feldspaths Micas Muscovite Biotite Chlorite Illite Bisialitisation (2/1) Vermiculite Chlorite secondaire Monosialitisation (1/1) Allitisation Kaolinite Gibbsite Hydroxides d’Al Smectite Sol développé (Chine du sud) Chaos granitique 1.8 Ga (Devil Marble Australie Centrale) 1.3 – Les minéraux et leur altération Altération chimique des roches mères Profil d'altération d'une grano-diorite Nature minéralogique des grains des roches détritiques Quartz + zircon + tourmaline + chert + silex … Phases minérales stables et résistantes à l’altération chimique et mécanique microcline orthose plagioclase RESISTANCE muscovite hornblende + biotite pyroxène olivine Verres volcaniques - Phases minérales instables facilement altérables chimiquement et mécaniquement Différents types de sables Sable siliceux (quartz) Sable coquillier Sable « noir » (minéraux sombres) Sable « vert » (olivine, glauconite) Quartz (LPA) Quartz et feldpaths (LPNA) Fragments lithiques si Micas (muscovite, biotite) - souvent déformés - marque le litage (=débris de roches Ex: granite, gneiss, basalte, schiste, calcaire…) 1.4 – Les textures et la maturité émoussé Morphologie des grains : l’usure (émoussé) témoin du transport Indice d’émoussé Morphologie des grains : l’aspect, témoin de l’environnement Grains non usés (NU) Grain émoussé luisant (EL) Grains rond mat (RM) Figures de dissolution Précipitation de silice Exoscopie La fabrique texturale ou texture La fabrique texturale ou texture Fabrique sédimentaire : imbrication de galets = analyse des paléocourants Fabrique à support par grains Fabrique à support par matrice La fabrique texturale ou texture Grés à litage plan Stratifications planes sur une plage Actuel, Santa Cruz, Californie, USA La fabrique texturale ou texture Grés à litage oblique Grés à HCS (figures de tempestites) La fabrique texturale ou texture Grés bioturbé (bioturbation = traces d’organismes) La maturité d’une roche détritique MINERALOGIE TEXTURE MATURE - matrice absente, présence d’un ciment - Quartz domine (quartzarénite) - grains émoussés - Minéraux lourds résistants (zircon, tourmaline) - bon classement - Feldpaths abondants (arkose) - matrice abondante - grains anguleux - taille des grains hétérogène IMMATURE - Fragments lithiques abondants (litharénite) - Minéraux ferromagnésiens (olivine, pyroxène, …) 1 – Genèse et nature des sédiments détritiques 1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques 1.2 – Formation des roches détritiques - l’altération mécanique - l’altération chimique - le rôle du climat 1.3 – Les minéraux et leur altération 1.4 – Les textures et la maturité 2 – Les classifications utilisées 2.1 – La granulométrie 2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat) 2.3 – Les arénites (sables/grés) 2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites) 3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts 3.1 – Sur les continents 3.2 – Dans le milieu marin 3.3 – La diagenèse 2 – Les classifications utilisées 2.1 – La granulométrie Blocs erratiques Poussières éoliennes du désert Courants éoliens turbides formant les loess La classification granulométrique grés 2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat) Classification des conglomérats et brèches d'après Prothero & Schwab (1996) Orthoconglomérat oligogénique Paraconglomérat à matrice non laminaire = tillite Conglomérat extraformationnel A = Orthoconglomérat B = Paraconglomérat Conglomérat intraformationnel Dropstones Tillite Dreikanter = galet façonné par le vent 2.2 – Les arénites (sables/grés) Classification des sables d’après Pettijohn et al., 1987 Porosité (air, eau, pétrole, gaz) Les quartziques (quartzarénite) Auréole de croissance syntaxique Qm zircon Ciment siliceux Qm Qm Qm Qm Feldspath Quartz à nbx inclusions - Abondance de Qm propres - Mx lourds fréquents - Figures pression-dissolution - Porosité variable (IR ou IIR) Ciment calcitique poecilithique Les arkoses Fds Fds mi Fds Sable fluviatile, Précambrien, à microcline et orthoses séricitisées (Fds) Les litharénites Sable fluviatile, Cambrien, Espagne, effet de la compaction Les Grauwackes LPNA LPA Présence de Quartz, Feldsapth, fragments lithiques enrobés dans une matrice de chlorite et de quartz silteux Turbidite silurienne d’Ecosse 2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites) siltite siltite argileuse shale Classification des « mudrocks » selon Lundegard & Samuels (1980) argilite Caractérisation & classification Minéralogie : DRX, MEB, MET, IR Géochimie : majeur et traces Propriétés pétrophysiques, géomécaniques : CEC, Influence climatique sur la formation des argiles et leur distribution Podzol Bisiallitisation Monosiallitisation Allitisation 1 – Genèse et nature des sédiments détritiques 1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques 1.2 – Formation des roches détritiques - l’altération mécanique - l’altération chimique - le rôle du climat 1.3 – Les minéraux et leur altération 1.4 – Les textures et la maturité 2 – Les classifications utilisées 2.1 – La granulométrie 2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat) 2.3 – Les arénites (sables/grés) 2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites) 3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts 3.1 – Sur les continents 3.2 – Dans le milieu marin 3.3 – La diagenèse 3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts Domaine continental Littoral Domaine marin 3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts 3.1 – Sur les continents Environnements Montagnes – plateaux – plaines glaciers Agents transport dominants glace/eau/gravité Dépôts Cônes alluviaux sédimentaires Tillite, moraines déserts vent lacs - vallées fleuves rivières vent/eau Dépôts lacustres Dunes éoliennes Dépôts fluviatiles Erg, reg Sebkha - domaine littoral estuaires deltas plages lagunes eau/gravité Gilbert delta Dépôts tidaux Cordons sableux 3.1 – Sur les continents : environnements glaciaires Dépôts morainiques 3.1 – Sur les continents : environnements glaciaires tillite 3.1 – Sur les continents : système montagneux (influence du gravitaire) Exemple d’éboulement récent en Italie du Nord 3.1 – Sur les continents : les cônes d’éboulis et cônes alluviaux 3.1 – Sur les continents : environnements désertiques VENT Accumulation de sable : erg Dunes en barkhane Accumulation de blocs : reg 3.1 – Sur les continents : environnements désertiques Dunes éoliennes fossiles à stratifications obliques métriques dans les grès éoliens de la Formation de Navajo, Jurassique, Page, Arizona, USA Grains rond mat (RM) Loupe binoculaire MEB 3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile Réseau fluviatile en tresse, Inde Réseau fluviatile à méandres, Brésil 3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile Erosion et remplissage d’un chenal fluviatile (Estérel, Permien) 3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile 3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile Grain émoussé luisant (EL) Grés fluviatile, Cambrien, Espagne, effet de la compaction grés fluviatile (arkose), Précambrien, à microcline et orthoses séricitisées (Fds) 3.1 – Sur les continents : domaine lacustre 3.1 – Sur les continents : domaine lacustre Les dépôts varvaires (lacs) 3.2 – Dans le milieu marin Shoreface Foreshore 3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral Delta Apports fluviatiles dominants Levées sableuses Crevasse splay Barre embouchure Estuaire Estuaire&flèche littorale Marée dominante (courants tidaux) Barres sableuses Dépôts tidaux (tidalites) Tidal flat (sand et mudflat) Houle dominante Cordon (flèche) sableuse Lagune vaseuse 3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral Mont St Michel Rythmites tidales (tidalites) enregistrant les cycles semi-diurnes (marées) et semi-mensuels (lunaires) de vives-eaux 3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral 3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral 3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral 3.2 – Dans le milieu marin: le plateau continental (canyon sous-marin) 3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral Debris flow 3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral Turbidite silurienne d’Ecosse (grauwacke) 3.2 – Dans les océans: milieu marin profond (domaine bathyal-abyssal) Répartition des minéraux argileux dans le domaine océanique 3.3 – La diagenèse d diagenèse galets métamorphisme conglomérat quartzitique conglomérat d diagenèse sable métamorphisme grès siltite silt diagenèse argile quartzite d métamorphisme argilite schiste, ardoise Les différents stades de la diagenèse Pour les arénites: Compaction : évolution de la porosité Pour les arénites: lithification par cimentation (compaction + fluides) cS gD gD cS cS cS Pour les arénites: compaction : pression-dissolution = libération SiO2 Pour les lutites: compaction : expulsion d’eau - transformation minéralogique Pour les lutites: compaction : expulsion d’eau - transformation minéralogique
