Bassins sédimentaires

Bassins sédimentaires
Archives de la Terre - Ressources du futur
Michel Séranne
www.gm.univ-montp2.fr/MichelSeranne
1- formation des bassins sédimentaires
2- déchiffrer l’enregistrement sédimentaire:
archives de la Terre
3- bassin sédimentaire : un réacteur
à l’origine des ressources naturelles
1- Formation des bassins sédimentaires: rôle de la Terre solide
Le fonctionnement de la Terre interne se manifeste par la tectonique des plaques
(frontières de plaques convergentes & divergentes, séismes et volcans)
Formation des bassins sédimentaires reliée à
la tectonique des plaques
Distribution des bassins sédimentaires (accumulation sédimentaire > 1km) en fonction de leur
position géodynamique : marges continentales passives, zones subduction, avant-pays de chaines
de montages ancienne ou actuelle, centre de cratons.
Bassins en extension:
du rifting intracontinental aux marges continentales passives
Rift
Marge jeune
© NASA
Lac Tangagyika & Victoria
© NASA
Golfe de Suez & Mer Rouge
Marge mature
© NASA
Marge Atlantique USA
Faille
normale
Érosion
dépôt
soc
le
Faille
normale
bas
sin
soc
le
Bassin en extension imagés par sismique réflexion
(procédé d’imagerie des couches du sous-sol)
W
Profondeur = f(délai)
boum
Failles normales => Extension
Côte Est de l’Ecosse
E
Bassins en compression:
Bassins d’avant-pays ou «!Foreland!»
Modèle analogique de bassin d’avant-pays
chaîne
bassin
© F. Graveleau
© J. Vergès
Discordances progressives
= enregistrement de l’activité des failles bordières
Sant Llorenç
© AGIP, Bally
S
Chaîne des
Apennins
Bassin du Po
N
Quaternaire
Plis + failles
inverses => Compression
3
Pliocène
2
Pliocène inf.
1
Miocène Sup.
Miocène Sup.
Ch
Bassin versant
(érosion)
eva
uch
em
ent
ém
erg
ent
Cône Alluvial
An
tic
lina
l en
for
ma
tio
n
Mongolie
2- Déchiffrer l’enregistrement sédimentaire
Flux sédiments
Niveau
de la mer
0
2
© Scouting & Co
1
Subsidence
(ou uplift)
Intervalle
condensé
Canterbury Basin, New Zealand
Architecture sédimentaire = f(subsidence, flux sédiment, niveau de la mer)
Compilation de l’architecture des marges
Progradation/rétrogradation des faciès
=> signal commun = eustatisme
Courbe eustatique
0
-50
0
+50 +100m
Pliocene
Fluviatile & delta
talus
B. profond
10
Miocene
20
Modifié d’après Bartek et al, 1991
30
Ma
Oligocene
Modifié d’après Haq et al,
Sédimentation régulière de plateforme
Enregistrement de processus cycliques
Lias bordure cévenole
© M. Séranne
© Y. Hamon
Évaporites Oligocène
Portels/Corbières
© Y. Hamon
«!Forçage!» externe sur la planète
(énergie solaire, variable au cours du temps)
=> Contrôle sur la sédimentation des bassins
Rm: énergie reçue par le Soleil = 10 000 x énergie interne de la Terre !
Enregistrement d’événements catastrophiques :
Limite Crétacé-Tertiaire (Mexique)
T
e
air
i
ert
Cr
cé
éta
© M. Séranne
Marge Gabon-Angola
Sédimentation marine:
Rôle des grands fleuves
Cônes profonds =>
enregistrement des
conditions sur le continent
Rust & Summerfield 1990, Anka 2004
4.5km
4
Epaisseur de
sédiments
déposés
3
2
1
0km
Cône profond du Congo
10km
Age
(Ma)
SW
NE
900km
0km
10km
Taux de sédimentation
Sédiments
détritiques
érosion continentale
croissante
marnes
0km
Série condensée
Carbonates
Production in-situ
Icehouse
Monde avec
calottes
glaciaires
Greenhouse
Monde sans
calottes
glaciaires
Sédimentation des marges
= Enregistrement des
changements globaux
Synthèse: bassins sédimentaire enregistre
interaction des forçages internes et externes
«!Forçage!» externe
Énergie solaire
Climat
transfert
Erosion
circulation
océanique Eustatisme
Dépôt
soulèvement
contraintes
Subsidence
«!Forçage!» interne
Énergie interne à la planète
Enregistrement
sédimentaire
Paramètres
orbitaux
Forçages
eustatisme
Climat
climat
hydrosphère
circulation
océanique
transfert
Erosion
Biosphère
Dépôt
catastrophes
soulèvement
autocyclicités
contraintes
Érosion &
altération
Subsidence
Compréhension
des processus
Tectonique
des plaques
Enregistrement
+
DIAGENESE
0km
eau
Forte porosité
Contact eau de l’environnement de dépôt
Eau intersticielle (interaction / sédiments)
compaction et cimentation
1km
Expulsion de l’eau
Diminution de la porosité
5km
METAMORPHISME
© ZaïAngo
Pression (1bar/4m) & Température (1°C/30cm)
3- bassins sédimentaires: réacteur pour nos ressources
Deshydratation des minéraux hydratés
(argiles)
Recristallisation
10km
Circulation des fluides dans les bassins
charge sédimentaire
croissante
couche perméable
© M. Séranne
Les fluides se déplacent
librement à travers la couche
perméable pendant
l’enfouissement => équilibre.
Couche imperméable
Les fluides sont piégés par
une couche imperméable => la
pression fluide augmente et
cherche à s’échapper
Les fluides se déplacent des zones de forte pression vers les zones de pression moindre
Éruption de boues en Indonésie, suite au forage à travers une couche sous-pression
Circulation de fluides dans les bassins: Géothermie
(exemple du Bassin de Paris)
Forage géothermique
60°C
60°C
100°C
100°C
©BRGM
L’eau circule dans le bassin et se réchauffe dans les aquifères profonds
Réacteur = formation des minéralisations
Érosion &
altération
ions métalliques en sol
uti
Érosion & altération
on
Sédiments
Dépôt sédiments
& piégeage des ions
Minéralisations
© P.J.Combes
subsidence
Réacteur = formation des hydrocarbures
Biosphère
Biosphère
(Carbone)
Piégeage
matière organique
(lac anoxique)
sol
© M. Séranne
migra
tion
pétr
ole
enfouissement
Maturation f(température, pression, temps):
Matière organique -> kérogène -> Pétrole -> gaz -> plus rien!
Consommation ressources naturelles /an/personne
(Europe, 2005)
Ressources minérales
sol
Consommation ressources naturelles /an/personne
(Europe, 2005)
Ressources minérales
eau
Consommation ressources naturelles /an/personne
(Europe, 2005)
Ressources minérales
eau
Énergie fossile
La vaste majorité des ressources naturelles provient des bassins sédimentaires
Conclusion : un dilemme pour les géologues
Population croissante => besoins croissants
-> Approvisionner l’humanité en ressources naturelles
Mais une Terre finie => ressources limitées
-> Optimiser l’exploitation des ressources naturelles
… en développant les connaissances.