Sédimentation détritique

advertisement
La pétrographie
I. LES ROCHES MAGMATIQUES
Ces roches proviennent du refroidissement d’un magma*. Si ce refroidissement a eu lieu :
- en profondeur : roche acide (granite)
- en surface : roche basique (basalte)
On utilise plusieurs critères de classification.
1. Critère du grain (texture de la roche)
- roche grenue donc holocristalline (on voit le grain : phanéritique*), elle est aplitique, pegmatitique
porphyroïde*.
- roche microlithique* donc hypocristalline (on ne voit pas le grain : aphanitique*) ± porphyrique*.
- roche vitreuse (idem que microlithique).
±
2. Critère d’acidité (nature des minéraux)
On a les minéraux cardinaux (quartz, feldspaths et feldspathoïdes) et les ferromagnésiens (olivine,
pyroxène, amphibole et mica).
Lorsque une roche est acide, elle est la plupart du temps claire ; si elle est basique, ce sera sombre.
Ces deux critères donnent lieu à une classification qualitative (voir page suivante).
Puis à une classification quantitative faite par Strecteisen en 1966. Celle-ci est beaucoup plus sérieuse et complète
mais aussi plus complexe. Elle se base sur la présence de 3 minéraux principaux : quartz, feldspaths alcalins et
plagioclases, feldspathoïdes.
Quartz
85%
F. alcalins
F. plagioclases
0%
Feldspathoïdes
1
2
Mais cette classification ne tient pas compte de la texture, donc elle fonctionne pour des couples de roches
car pour une composition sensiblement identique, on peut avoir 2 textures différentes.
Quartz
Grano-diorite
Diorite / Trachy-andésite
Granite
Rhyolite
F. Alc.
Gabbro
F. Plag.
Basalte
Feldspathoïdes
Nous avons, enfin, une classification chimique qui se fait surtout pour les roches vitreuses car elles sont
dépourvues de minéraux : obsidienne, pierre ponce…
II. LES ROCHES SEDIMENTAIRES
Il existe donc 3 grands types de minéraux :
-
les détritiques : quartz
les contemporains : minéral calcite (roches carbonatées de néoformation)
les néoformés
Les roches sédimentaires composent 5% des roches lithosphériques donc très peu mais occupent 75% des roches à
l’affleurement sur les continents. Ce sont les roches les plus importantes économiquement.
3
1. Classification des roches sédimentaires
a. Classification selon l’origine
ROCHE MERE
Lignée détritique
Lignée des solutions
(désagrégation mécanique)
Concentrations résiduelles
Erosion
Lessivage
Transport
Fixation par
des êtres vivants
Sédimentation détritique
(héritage)
Précipitations
Sédimentation
chimique ou ionique
matière organique
matière minérale
Sédimentation
organique
Sédimentation
biochimique
ROCHES DETRITIQUES
ROCHES D’ORIGINE
BIOCHIMIQUE
ROCHES « BIOLOGIQUES »
(végétaux : charbon // planctons : pétrole)
ROCHES D’ORIGINE
CHIMIQUE
ROCHES RESIDUELLES
(minerais : fer, aluminium, bauxite…)
Toutes ces roches seront remaniées et aboutiront à des roches détritiques.
4
b. Classification selon la composition
SiO2 (quartz)
 DÉTRITIQUE  sables et grès 
1
Calcaires mixtes et
roches carbonatées mixtes
3
5
4
2
CaCO3 (carbonate de
calcium)
Al2O3
Fe2O3
 CARBONATÉES
argiles
 ALTÉRATION
- argiles 
- latérites 
Il faut ajouter à ceci 1% de roches sédimentaires (roches résiduelles : charbon, pétrole, minerais…)
Voyons de plus près la partie du haut :
Sables - Grès
Sables calcaires
Calcaires siliceux
Sables argileux
Roches
mixtes
Argiles gréseuses
Calcaires gréseux
Calcaires
Calcaires marneux
Argiles
50% : marnes
Argiles marneuses
5
2. Les roches détritiques
Il existe une classification granulométrique (sur la taille des débris) des grains. On utilise donc 4 critères :
- la taille
- la compacité
- la forme
- la composition (nature des éléments)
TAILLE DES GRAINS
ROCHES MEUBLES
ROCHES COMPACTES / CONSOLIDEES
(conglomérats monogéniques ou
plurigéniques)
Rudites (2 mm et plus)
Roches détritiques :
Conglomérats :
- blocs (morceaux kilométriques)
- galets
- graviers
- brèches (parfois d’origine glaciaire : les
moraines*) qui sont des pierres anguleuses
consolidées par une phase de liaison.
- poudingue (on doit étudier la composition
et du poudingue et de la phase. Ex :
poudingue siliceux à ciment calcaire).
Arénites (entre 64 μm et 2 mm)
Sables (voir a.)
Grès (voir b.)
Pélites (voir c.)
Lutites (inférieures à 64 μm)
- poussières
- vase
- alluvions
- limons
a. Les sables
Les sables sont faits de quartz avec 3 formes possibles :
-
NU : non usés (petits grains de quartz anguleux)
EL : émoussés luisants
RM : ronds mats (surface piquetée par les chocs répétés)
On peut donc déterminer l’origine des sables, ainsi, s’il est essentiellement composé de :
RM : l’origine est éolienne
taille
Ce sera un sable bien classé,
ben trié car le vent ne peut
emporter de grains trop lourds.
nombre de grains
EL et qu’il est bien classé : l’origine est marine.
NU et qu’il est mal classé : l’origine est fluviatile.
b. Les grès
6
Ils sont essentiellement constitués de grains de quartz, la différenciation se fera donc par la nature du
ciment qui réunit les grains et par la nature de ceux-ci lorsqu’ils sont différents des grains de quartz.
* Grès à ciment siliceux
La silice peut être amorphe* ou cristallisée.
→ ciment à silice amorphe (grès à ciment d’opale)
ex : le tuffeau : grès poreux, friable et gloconieux (petits grains sombres de glauconie).
Il apparaît donc piqueté. De plus, il est difficile à reconnaître car un de
ses critères qui est de rayer le verre n’est pas vérifiable.
→ ciment à silice cristallisée (grès à grains de quartz réunis par du quartz)
Il en existe 3 types qui rayent tous le verre.
Grès quartzeux : grains de quartz réunis par un ciment composé de tous petits grains de
quartz. S’il y a des contraintes, la cassure sera donc irrégulière.
D
I
A
G
E
N
È
S
E
Grès quartzique : c’est un grès quartzeux évolué qui a subi un phénomène de
diagenèse*. Donc, par des phénomènes de pression, de température, les petits grains du
ciment vont fondre et recristalliser : c’est le nourrissage des grains. La cassure sera plus
régulière.
la cassure sera plus régulière
Avec une diagenèse plus poussée et du métamorphisme :
la cassure sera lisse car on a de la silice pure
Grès quartzite : il est rugueux, on peut deviner les anciens grains de quartz.
Mais ces grès, qu’ils soient quartzeux, quartziques ou quartzites, peuvent avoir d’autres types de grains :
Ex : le grès quartzo-feldspathique (aspect sub-rectangulaire) comme l’arkose qui contient 25% de grains
de feldspaths.
Ex : le grès micacé (paillettes de mica blanc). C’est un grès brillant, comme le grès psammitique (la
psammite) avec plus ou moins de feldspath.
La diagenèse a compressé le grès qui, sous la pression, a subi une orientation de ses grains et paillettes +
un nourrissage.
* Grès à ciment « calcaire »
7
Le ciment est calcique (effervescent à l’acide), le grès raye le verre :
petits cristaux de calcite. Au microscope
polarisant  masse brunâtre.
Cristaux colorés
 irisation.
Il y a l’exemple de la molasse (ou grès calcareux), c’est un grès quartzo-feldspathique à ciment
argilo-calcaire, on l’appelle « poubelle détritique ».
* Grès à ciment argileux (pélitique)
C’est la majorité des grès, ce sont les plus abondants.
→ grès continentaux : on les trouve dans les déserts où il pleut, il y a apport de fer. Ils
sont caractérisés par des fossiles végétaux, ils se trouvent sous un climat sub-tropical
(Ex : grès rouge des Vosges).
→ grès marins : le flysch est un grès à ciment pélitique mis en place en domaine marin
profond. Il est souvent granoclassé.
* Grès à ciments divers
Grès à minerai
Grès à ciment ferrugineux
Grès à ciment phosphaté
Grès à ciment titanifère
Grès à ciment dolomitique
Grès à ciment volcanique
c. Les pélites
On utilise plusieurs critères.
* Compaction des pélites
shale : compacte
schiste : feuilletée
* Taille des grains (< 64μm)
les siltites : > 4μm
les argilites : > 2μm
* Critère minéralogique
8
→ pélite gréseuse (micro quartzite) : ce sont de petits grains de silice, roche très dure mais dont on ne voit
pas les grains.
→ pélite argileuse (roche dominante)
→ pélite calcaire : composée de petits grains, on la trouve dans les grands gisements fossilifères de par la
finesse de sa texture qui est favorable à la conservation des fossiles. Elle est effervescente à l’acide.
→ grauwacke de décalcification : elle ne contient plus de calcite maintenant mais en contenait
originellement (pélite calcaire décalcifiée). Il n’y a donc plus que de l’argile dans cette roche d’où sa
teinte brune. Elle est compacte et caverneuse (ces trous étaient à l’origine remplis de calcite).
On ne peut donc pas trouver de fossiles dans cette roche puisqu’ils sont calcitiques : on trouve leurs
empreintes.
3. Les roches sédimentaires carbonatées
Ce sont des roches qui contiennent de la calcite et/ou de la dolomite CaMg(CO 3)2.
Elles sont effervescentes à l’acide, elles peuvent précipiter ou se dissoudre dans l’eau.
a. Solubilité / précipitation de la calcite
L’eau de mer est sursaturée en CaCO3 et l’eau douce en silice. Pourtant la calcite n’y précipite pas
systématiquement, il faut un certain nombre de facteurs.
( = précipitation)
- la température :  température  CaCO3
Les eaux froides sont donc sursaturées en calcite soluble. Les eaux froides sont
de haute altitude ou de grande profondeur.
- la salinité :
- le pH :  pH
 salinité  CaCO3
 CaCO3
- la pression partielle en CO2 (quantité de CO2 dissout) :
 pCO2  CaCO3
Ainsi, beaucoup de CaCO3 se forme à l’émergence des sources souterraines
car il y a oxygénation brutale donc baisse de la pCO2 (pression partielle en
CO2).
- l’agitation de l’eau :
 agitation  CaCO3
b. Classification des roches sédimentaires carbonatées
Il existe tout d’abord une classification sur les caractères les plus marquants de la roche, puis sur la
structure.
► Selon les caractères les plus marquants
9
Il en existe 3 types :
● Les calcaires (50% de calcite)
* à caractère organique
Les calcaires bioclastiques d’accumulation :
- la craie : elle est formée de coccolithes qui sont des foraminifères à spicules. Elle se dépose en
milieu peu profond, en zone calme et chaude.
- les calcaires coquillés : il en existe une grande diversité comme, par exemple, les gognatites. Il
y en a de 2 types :
Lumachelle : calcaire construit de coquilles quasiment identiques. Il y a donc
plusieurs types de lumachelles à coquilles entières. Elle peut être composée de
différents types d’organismes comme les lamellibranches : la lumachelle à
Nanogyra Striata.
Falun : il est fait de coquilles brisées et plus ou moins réunies par un ciment
sableux : le falun du Bassin Parisien.
- les calcaires à nummulites, à cérithes, à entroques…
Les calcaires construits :
- les calcaires récifaux : les rugueux tétracoralliaires (solitaires ou coloniaux), les tabulés
(coloniaux), les hexacoralliaires (coloniaux).
- les calcaires à stromatolithes (algues), à bryozoaires, à rudistes (gros lamellibranches
coniques), à stromatopores (éponges).
Les calcaires à matière organique :
 bitumineux (origine animale)
 ampéliteux
- les calcaires sapropréliens :matière organique d’origine animale ou végétale
* à caractère chimique
Calcaires oolithiques : les oolithes sont de petites billes calcitiques composées de dépôts successifs
autour du noyau. Elles se forment en milieu marin, peu profond, chaud et agité.
Tufs et travertins : ils se forment à l’émergence des sources souterraines par chute brutale de la pression
partielle en CO2 (pCO2). Ce sont des roches trouées, de teinte jaunâtre. On trouve plus particulièrement
dans les travertins des fossiles de feuilles.
Stalactites et stalagmites : il y a précipitation chimique. Elles présentes un canal central.
* à caractère détritique
10
Les calcirudites : les calcaires bréchiques
: les calcaires noduleux
Les calcarénites : les calcaires graveleux
: les calcaires pseudo-oolithiques
pisolithiques (quand les grains sont plus gros)
Les calcilutites : les calcaires lithographiques (grains très fin), on y trouve les plus beaux fossiles.
● Les dolomies
Ce sont des roches qui contiennent au moins 50% du minéral dolomite CaMg(CO 3)2. Il peut exister une
gradation entre les calcaires et les dolomies.
Calcaires magnésiens
Calcaires dolomitiques
Pourcentage
de dolomite
Dolomies calcaires (45% de dolomite)
Dolomies
Ce sont des roches plus dures que les calcaires. Elles ont un retard à l’effervescence. Ce sont souvent des
roches mal cimentées, caverneuses.
Les dolomies sont souvent jaunâtres et pulvérulentes (elles fument au choc  nuage de H2S).
Elles sont beaucoup plus fréquentes dans les terrains anciens que dans les terrains actuels ou sub-actuels.
Beaucoup de dolomies sont issues de la métasomatose* du calcaire : la dolomitisation.
* les dolomies primaires : elles se forment au départ en tant que dolomie dans le bassin de
sédimentation.
Elles sont soit :
- de précipitation chimique directe : associées aux évaporites.
- détritiques : on peut observer des figures sédimentaires (granoclassement)
ainsi que des fossiles.
11
* les dolomies secondaires : ce sont d’anciens calcaires ; cette dolomitisation s’est faite car des solutions
magnésiennes sont venues remplacer le calcium des calcaires : calcite  dolomite.
Les dolomies pénécontemporaines, c’est à dire qu’elles sont presque contemporaines de la formation du
calcaire, celui-ci est presque tout de suite transformé. Il y a limitation dans l’espace. On les trouve près
des barrières récifales. La dolomitisation s’y fait de haut en bas.
Les dolomies tardives avec métasomatose beaucoup plus tard. Le calcaire sera dolomitisé à la faveur de
fractures des millions d’années plus tard et les solutions magnésiennes remonteront pour une
dolomitisation de bas vers le haut.
Les dolomies secondaires contiennent quasi-toujours des fossiles sous forme d’empreintes ou en entier
mais mal conservés.
* Les cargneules : ce sont des roches transformées. La roche originelle est une brèche à éléments
calcaires. Ex : calcirudite + ciment dolomitique.
L’érosion différentielle va transformer cette roche en dissolvant la calcaire. Ce qui donne des roches à
ciment dolomitique avec des trous (roche vacuolaire / caverneuse). Ex : meules à aiguiser.
● Les roches mixtes
CaCO3 + :
Argile
= les marnes (50 /50), roches tendres et imperméables.
SiO2
= grès calcaires (SiO2 en majorité)
= calcaire gréseux (CaCO3 en majorité) comme l’exemple des gaizes qui contiennent
des spicules d’éponge.
► Selon la structure
il existe 2 classifications selon la structure qui se basent toutes deux sur la reconnaissance des éléments
figurés et de la phase de liaison :
● Classification de Folk (1959)
C’est la classification la plus complète mais aussi la plus complexe.
Il appelle les éléments figurés : allochèmes.
la phase de liaison : orthochème.
* Allochèmes
les intraclastes : fragments détritiques carbonatés remaniés
les oolithes : consonance chimique
les bioclastes : fossiles donc consonance biologique
les pellets : petits agrégats de matière organique donc consonance biologique organique
* Orthochèmes phase de liaison d’origine chimique : sparite / ciment (gros cristaux de 10μm)
phase de liaison d’origine détritique : micrite / matrice (particules détritiques
calcitiques inférieure à 4μm)
Classification de Folk
12
I
Roches à allochèmes
Eléments figurés
Sparite
Micrite
Intrasparite
Intramicrite
Oolithes
Oosparite
Oomicrite
Bioclastes
Biosparite
Biomicrite
Pellets
Pelsparite
Pelmicrite
II
Roches sans
allochèmes
III
Biolithites
Micrite
Calcaire construit
Intraclastes
On peut donc avoir une intra-bio-sparite qui correspondra à un grès calcaire à nummulites
une biomicrite à pellets qui correspondra à un calcaire argileux à Nanogyra Striata.
● Classification de Dunham (1962)
C’est une classification plus simple.
Il ne reconnaît qu’un élément figuré : le grain
qu’une phase de liaison : le stone
STRUCTURE NON
RECONNAISSABLE
STRUCTURE RECONNAISSABLE
Peu à beaucoup de boue
Peu de grains
< 10%
> 10%
Mudstone
Wackestone
Peu ou pas de boue
Beaucoup de
grains
Grain
Packstone
Grainstone
Eléments liés
ensembles
Crystalline
carbonates
Boundstone
Energie ⊝
Energie ⊕
Cette classification donne le degré d’énergie dans lequel les calcaires se sont déposés.
13
Pour les roches sédimentaires carbonatées, il est possible d’établir une correspondance entre la classification selon
les éléments les plus marquants et la classification selon la structure :
CLASSIFICATION SELON LES ELEMENTS LES PLUS
MARQUANTS
CLASSIFICATION SELON LA STRUCTURE
Classification de Folk
Classification de Dunham
► Les calcaires
* A caractères organiques
Bioclastiques d’accumulation
La craie
Les calcaires coquillés
Les calcaires à nummulites
→ biomicrite
→ grainstone
Construits
Les calcaires récifaux
→ biolithites
→ boundstone
A matière organique
→ pelmicrite (pelsparite)
→ mudstone
→ oosparite ou oomicrite
→ grainstone
* A caractère chimique
Calcaires oolithiques
Tufs et travertins
Stalactites et stalagmites
* A caractère détritique
Calcirudites
→ intrasparite ou intramicrite → grainstone
Calcarénites
→ intrasparite
→ packstone
Calcilutites
→ intramicrite
→ mudstone
► Les dolomies
* Dolomies primaires
De précipitation chimique directe
→ graiinstone
Détritiques
→ crystallines carbonates
* Dolomies secondaires
Pénécontemporaines
Tardives
* Cargneules
→ micrite
→ wackstone ou packstone
► Les roches mixtes
* Marnes
→ mudstone (marlestone)
* A carbonate de calcium contenant de la silice
→ packstone
14
Téléchargement