cmpetro-sed-2-carbonates
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Plan général 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...) Diversité des sédiments et roches sédimentaires Les sédiments détritiques (silicoclastiques terrigènes) Conglomérats, sables, grès, siltites argilites Les sédiments biogéniques, biochimiques et organiques Carbonates, roches biosiliceuses, phosphates, pétroles, charbons Les sédiments chimiques Les sédiments volcano-clastiques Evaporites, roches ferrugineuses Tufs, cinérites, bentonites, hyaloclastites, coulées : Altération Resédimentation 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 monoclinique Système orthorhombique Système hexagonal Système rhomboédrique 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 Les minéraux des carbonates Groupe de la calcite Calcite CaCO3 Sidérite FeCO3 Rhodochrosite MnCO3 Magnésite MgCO3 Dolomite CaMg(CO3)2 Ankérite CaFe(CO3)2 Groupe des carbonates hydratés (OH) Malachite Cu2CO3(OH)2 Azurite Cu3(CO3)2(OH)2 Système trigonal rhomboédrique Système monoclinique Groupe de l’aragonite Aragonite CaCO3 Cérusite PbCO3 Strontianite SrCO3 Système orthorhombique 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 Augmentation la photosynthèse pCO2 atm Augmentation de Oxydation MO la T°C Augmentation de Augmentation de la salinité 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 Evolution globale de l’océan au cours du temps Mg/Ca fort: Aragonite Mg/Ca faible: Calcite 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 LES GRAINS OU ELEMENTS FIGURES D'ORIGINE BIOLOGIQUE Temps 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. Chlorophycées Rhodophycées 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 EmbryKlovan 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 3.1 – Milieux continentaux (spéléothèmes et lacs) Peu de sédiments carbonatés: dépôts lacustres, fluviatiles, glaciaires (moraines,...), désertiques, karstiques, grottes Spéléothèmes Spéléothèmes (grotte de Dargilan, Lozère) Les échanges chimiques classiques conduisant à la précipitation de calcite des spéléothèmes Tufs et travertins Cascade des tufs à Baume les Messieurs (Jura) Fossilisation de plante dans un travertin (Sezame, B. Paris) Piscines calcaires naturelles (Pamukkale Turquie) Milieux lacustres • précipitations inorganiques (dépend rapport Mg/Ca) • carbonates algo-microbiens et biocorrosion • accumulations coquillières Calcaire à microcodium (concrétions d'origine bactérienne formées en milieu palustre ou lacustre) 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 peu de turbidites, pas d'olistolithes, la barrière tempestites sédiments lagunaires de grande extension géographique sédiments lagunaires peu étendus. Morphologies des plates-formes (s.l.) carbonatées Niveaux photiques et chimie des eaux Halimeda Lithothamnium Influence de la température des eaux Répartition des assemblages "foramol" et "chlorozoan" dans l'océan mondial 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 Evolution de la porosité: Transformations aragonite – calcite Transformation calcite – dolomite Transformation dolomite - calcite Etude (chronologie) des différents ciments: • Microscope optique • Cathodoluminescence
