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La classification des roches sédimentaires

Carrière Maastrichtien, Eben, BelgiqueSurface paléokartstique au sommet de la Formation de Maastricht. La karstification se marque par des remplissages de sables rougeâtres et des cavités.


Lower Permian Bone SpringLimestone, TexasUne roche comportant de nombreux umbrella (porosité de vide comblée par des ciments sous des coquilles de bivalves. Matrice péloidique.Axe horizontal = 12,5 mm

Les photos proviennent du livre de Scholle, a colour guide to petrography of carbonate rocks

Late Mississippian HindsvilleLimestone, OklahomaStructure géopétale (bivalve) sont des indicateurs de préservation de la surface de stratification originelle (critère de polarité) dans les roches sédimentaires.Axe horizontal = 1,6 mm


- Les [birdseyes ou fenestral cavities] sont de petites cavités qui se forment particulièrement dans les mudstones péloidiques des environnements intertidaux et supratidaux. La plupart sont remplies par de la sparite et certaines contiennent du sédiment. Trois types sont connues:

- les fenestrae irrégulières (birdseyes typiques) de quelques mm,- les fenestrae laminoides (quelques mm de hauteur et quelques cm de long)

parallèles à la stratification. Elles se développent dans les sédiments laminaires, e.g.les stromatolites plans, à partir de la matière organique en décomposition et de la dessication,

- les fenestrae tubulaires ou cylindriques, avec un agencement vertical à subvertical, de quelques mm de diamètre. Elles se forment par des organismes fouisseurs.

Une abondance de fenestrae irrégulières forme un calcaire à birdseyes. Elles proviennent du piégeage de gaz dans le sédiment et de la dessication et correspondent donc à un faciès caractéristique de milieu intertidal. Un calcaire à fenestrae bien connu est celui des loférites du Trias des Alpes.

- Les sables de plage contiennent également des fenestrae irrégulières appelées [keystonevugs] en relation avec le mouvement de l’eau et de l’air à travers le sédiment.

- Les [sheet cracks] et les [neptunian dykes] correspondent à deux types de cavités qui se forment dans les calcaires partiellement lithifiés ou cimentés. Les sheet cracks sont des cavités généralement parallèle à la stratification avec une surface de toit irrégulière. Les neptunian dykes recoupent la stratification et peuvent s’étendre sur plusieurs mètres en profondeur à partir d’un plan de stratification spécifique. Ces deux types de cavités sont remplies par du sédiment interne, parfois avec des fossiles légèrement plus jeune que le sédiment recoupé si ces cavités s’ouvrent à partir du fond marin. Ces cavités résultent de petits mouvements tectoniques au cours de la sédimentation et/ou de petits déplacements le long d’une pente.


Upper Devonian (Frasnian), Canning Basin, Western AustraliaFenestraes irrégulières dans un calcaire oolithique. Sédiments déposés dans un milieu tidal. Axe horizontal = 16 mm

Les photos proviennent du livre de Scholle, a colour guide to petrography of carbonate rocks

Upper Devonian (Famennian) NapierFormation, Canning Basin, WesternAustraliaCalcaire à stromatactis ou cavités stromatactoïdes. Elles possèdent une base relativement plate et une surface supérieure irrégulière. L’hypothèse ancienne concerne l’effondrement d’une structure d’éponges et la cimentation de la cavitéqui en résulte.Axe horizontal = 12,5 mm


Formation of Stromatactis – Hladil –2005, Bull of GeosciencesRoche à Stromatactis de l’EmsienSupérieur des Calcaires Suchomasty. Banc épais à stromatactis. A – sédiment géopétal précoce et relativement épais dans les premières cavités à la baseB – petites et grandes cavitésC – grande cavités, partiellement effondrées (aplaties)D. E – sédiment avec de grandes structures à stromatactisF – petites fenestraes stromatactisG – coupe horizontale dans une structure stromatactis: présence de plusieurs phases de ciments (géométrie du remplissage) H – cavités stromatactis qui sont interconnectées et aplaties Scale (width of area in image): A–E – 20 cm, F – 5 cm, G, H – 30 cm.


Formation of Stromatactis – Hladil –2005, Bull of GeosciencesPlusieurs exemples des formes des fenestrées stromatactis dans des calcaires d’âges variés. A – petits et grands spécimens de stromatactis dont ceux de BelgiqueB – les fenestrées du Jurassic Slávnicaont des bases géopétales avec du sédiment C, D – Late Devonian (Belgian “marblerouge”) examples. E – un exemple de stromatactis d’âge Middle Silurian (Wenlock), Porsgrunn, SW Oslo, Norway. F – thrombolite stromatactis-like fabricof the Neoproterozoic age, S Namibia. Cet exemple se rapproche du spécimen C du DévonienG – de nombreuses structures pourraient être des stromatactis modifiés par circulation de fluides corrosifs.

Les croix indiquent d’autres éléments que les stromatactis dont les bases remarquables sont repérées par des flêches.


Formation of Stromatactis – Hladil – 2005, Bull of GeosciencesUne expérimentation réalisée en laboratoire montre que les fenestrées (qui ressemblent en forme aux stromatactis) peuvent se former directement par sédimentation de matériaux de particules de formes irrégulières qui sédimentent à partir d’un nuage de particules en suspension peu visqueux et se déplaçant à petite vitesse. Les bancs à stromatactis peuvent donc correspondre à des suspensions turbides et peu visqueuses comprenant des clastes et des particules fines dans une eau agitée sur un fond marin comportant des mattes bactériennes.

La classification des roches sédimentairesKeystone vugs et trous liés àl’échappement de bulles d’air

Des sheet cracks (Silurien, Dolomite, Wisconsin, USA) sont observées et indiquent un milieu supratidal.

Neptunian dyke dans un calcaire Carbonifère (UK) qui correspond à un remplissage d’une fissure ou d’une cavité.


TROPICS

TEMPERATE OCEANS

Environnements de dépôts des carbonates: mer, océan, continental …

image provenant du web / Kendall

La classification des roches sédimentairesOn appelle lysocline la profondeur à laquelle on observe un brusque accroissement des phénomènes de dissolution (en moyenne vers 3 500-4 000 m pour la calcite). Dans la pratique la lysocline est souvent identifiée, pour les séries anciennes, par l'état de préservation des microfossiles (indice de dissolution des foraminifères par exemple) ; du point de vue chimique, elle correspond plus ou moins à la profondeur à laquelle commence la sous-saturation.Le niveau de compensation de la calcite ou CCD, [Calcite Compensation Depth] est la profondeur (environ 5 000 m dans l'océan actuel) à laquelle les processus de dissolution compensent l'apport de carbonates provenant de la production de surface. Ce niveau de compensation de la calcite varie dans l'espace et dans le temps. On définit de la même façon une lysocline de l'aragonite et une ACD.

La sous-saturation des eaux océaniques par rapport au CaCO3conduit à une dissolution, croissante en fonction de la profondeur, des particules carbonatées produites, en surface. Cette dissolution se réalise au cours de leur lente chute dans les tranches profondes des eaux océaniques.


RESTRICTED OPEN MARINE

SLOPESHELF

MARGIN

BASIN


La classification des roches sédimentairesimage provenant du web / Kendall


Environnements de dépôt des carbonates et faciès

A. Les sédiments carbonatés non marins (calcaires lacustres et caliches)A.1) Les calcaires lacustres concernent trois types: les précipitats inorganiques, les sédiments

algaires/microbiens et les sables fossilifères.

- Précipitation de carbonate de calcium par évaporation, par perte de CO2 suite à la photosynthèse des plantes ou par changements de pression-température ainsi que par le mélange d’eau douce avec des eaux salines de lac. Des édifices en tuf sont présents. Production de boue carbonatée et d’oolites.

- Formation de stromatolites, d’oncoïdes.- Les sables fossilifères contiennent des débris d’algues, de bivalves, de gastéropodes et

d’ostracodes.

Formation dans les parties profondes du lac (bassin de lac) de séries rythmiques laminaires en alternance de carbonates et de matières organiques qui reflètent des changements saisonniers. Les récifs à stromatolites et les shoals oolithiques se développent dans des zones peu profondes alors que la boue carbonatée est produite dans les zones les plus proches du littoral.

On parle de dépôt palustre pour des faciès de boues lacustres de milieu peu profond modifiépar la pédogenèse.

A.2) Les calcretes (ou caliches aux USA)

Formation de sols calcaires (voir cours sur les sols)


Type de faciès dans un lac

Type de sédiments et

distribution en fonction de la stratification


Stratification parallèle d’un dépôt lacustre de l’Eocène de la Formation de Green River. Les sédiments sont essentiellement des silts, argiles, des carbonates et des évaporites.


Mono Lake South - Tufa island Preserve, USA


Travertin laminaire dense qui change graduellement vers le haut en tuf carbonatéporeux au sein d’un affleurement de travertindans le Tyrol (Autriche).

Lamination à l’échelle millimétrique –probablement d’origine annuelle – de laminesrégulières généralement plus épaissed’aragonite (blanchâtre) et plus fine de calcite (brunâtre) dans le Tyrol (Autriche).


Terraces de travertin sur environ 200 m de hautPamukkale, Turquie


Les 6 stades de développement des calcrètes selon Machette (1985)

I: 1.000-4.500 ans

II: 3.500-7.000 ans

III: 6.000-10.000 ans

IV-V: >10.000 ans

Temps nécessaire pour la formation des

calcrètes


Calcrète stade I

Coupe de Tihange, Dévonien Inférieur, Lochkovien-Praguien

Photos Eric Goemaere


Stade II-III

Stade III-IV


B. Les carbonates marins de plateformeDes épaisses successions de calcaires marins peu profonds sont connues à travers

l’enregistrement géologique. Le terme général est celui de plateforme mais on en connaît 5 catégories.

- (1) Rimmed shelf: plateforme peu profonde avec une rupture de pente vers les eaux profondes

- (2) La rampe carbonatée [ramp] présente une surface en pente douce avec en général une zone de forte énergie en rampe interne qui se transforme en rampe externe à des milieux calmes de faible énergie en eau plus profonde et affectée par des tempêtes. De petits édifices récifaux ou des monticules sont observés.

- (3) La plateforme épicontinentale [epeiricplatform] a une très grande extension de mer peu profonde. Le long des marges, on peut retrouver soit (1) ou (2). Les sédiments d’environnements subtidaux et intertidaux dominent avec les tempêtes et les courants tidaux.

- (4) La plateforme isolée ou détachée est entourée par des bassins et est fortement influencée par les tempêtes et les vents. Elles varient en taille de quelques km à quelques centaines de km. Il s’agit de carbonates purs car peu d’éléments détritiques arrivent.

- (5) Les plateformes ennoyées indiquent une augmentation forte du niveau marin de telle sorte que des sédiments de milieux profonds se déposent sur des faciès peu profonds. La plupart des calcaires pélagiques correspondent à ces environnements.

La classification des roches sédimentairesLes figures et les photos proviennent du

site internet de l’University of SouthCarolina Sequence Stratigraphy


Les carbonates en domaine intertidal et supratidalLes platiers tidaux (zones d’influence des marées) sont des zones recouvertes d’eau régulièrement à plus rarement sous l’influence des vagues. Ces zones sont bien représentées dans les plateformes épicontinentales, le long du littoral tant en rampe qu’en plate-forme interne de faible énergie protégé par des barrières et autour des lagons. On y retrouve des mudstones péloidiques, des lentilles de grainstone dans des chenaux tidaux, les calcaires àbirdseyes, les mattes algaires et les stromatolites associés à des figures de dessication et des fenestrae laminoides.

Les carbonates en domaine de lagonLes lagons sont des zones subtidales situées en arrière de barrières (récifs, barres sableuses carbonatées, shoals). On les trouve sur les plate-formes avec une bordure et en rampe interne ainsi que dans les plateformes épicontinentales. Les mollusques, les algues vertes et les foraminifères dominent dans les lagons de salinité normale. Le matériel peut devenir plus grossier en se rapprochant de la barrière. Les aggrégats sont communs. Bioturbation intensive par les crustacés et les bivalves. Peu de structure sédimentaire hormis de petites accumulations de coquilles lors de tempêtes. Mudstones et wackestones.

Les barres sableuses carbonatées en intertidal-subtidalSous influence des courants tidaux et de l’activité des vagues, cette zone comprend les barrières, les plages, le shoreface et les deltas tidaux, le long de la ligne de rivage d’une rampe et les shoals et les barrières de rimmed platform. La profondeur de dépôt varie entre 5-10 m. Grainstones à oolithes et de grains arrondis d’organismes (coraux, bivalves, foraminifères, algues, échinodermes et brachiopodes). Stratification entrecroisée, herringbonecross-bedding, HCS, surfaces de réactivations, figures d’érosion ou chenaux.

Les shoals sont allongés parallèlement à la rupture de pente de la plate-forme, traversés par des chenaux tidaux qui se terminent par des lobes de sédiments. Les grainstones oolithiques et d’organismes sont des réservoirs d’hydrocarbures.


Environnement côtier dominé par l’action des vagues et les courants tidaux

Environnement côtier dominé par l’action des vagues


Andros Island


La classification des roches sédimentairesThree Creeks, Bahamas, Andros Island from Google Earth

Les tapis algaires (ou stromatolites) colonisent la zone intertidale des plateformes carbonatées avec une extension possible vers les zones subtidale et supratidale (Purser, 1980).Leur répartition et leur étendue dépendent de facteurs climatiques, biologiques et mécaniques.

Marais algaireintérieur

levées

Chenaux tidaux

4-8 km

Max 3-4 kmjusqu’à 100 km


Joulters CaysOoid shoals

Zone deMangrove

Plage enaccrétion

Delta tidalà oolites

Récifscoralliens

Joulters CaysOoid sand shoals

Tongue ofthe ocean



Cycle de PlateformeShoaling upward


Bahamian carbonate tidal flat

La classification des roches sédimentaires image provenant du web / Kendall


Tidal ChannelsTidal Channels

Intertidal Sand & Mud Flats

Intertidal Sand & Mud Flats

Hardgro

unds

Hardgro

unds

CyanobacterialMats

CyanobacterialMats

SabkhaSabkha

Beach Ridges

Beach Ridges


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