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Bases de sédimentologie Hervé Chamley Professeur de sédimentologie à l’universi

Bases de sédimentologie Hervé Chamley Professeur de sédimentologie à l’université des Sciences et Technologies de Lille Jean-François Deconinck Professeur de Sciences de la Terre à l’université de Bourgogne 3e édition https://facebook.com/CoursRapides © Photo de couverture : Nodules carbonatés d’origine diagénétique dans le Turonien inférieur du bassin de Tarfaya (coupe de l’Oued Amma Fatma, Maroc) (Cliché J.-F. Deconinck). Les nodules de taille métrique (le marteau donne l’échelle) se sont développés précocement au sein d’un sédiment encaissant carbonaté, riche en carbone organique, et déposé dans un environnement anoxique. L’absence de bioturbation a permis la préservation de la lamination originelle bien visible au sein des nodules. L’enfouissement ultérieur de la série sédimentaire a conduit à une compaction différentielle, faible pour les nodules, beaucoup plus forte pour l’encaissant. La compaction mécanique s’est accompagnée d’une compaction chimique marquée par des transferts de carbonates de l’encaissant vers les nodules mais aussi de silice concentrée à leur périphérie. © Dunod, Paris, 1987, 2000, 2011 ISBN 978-2-10-056164-3 V © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. Table des matières Avant-propos 1 Chapitre 1. Origine des constituants sédimentaires 3 1.1 Particules clastiques terrigènes 3 1.1.1 Introduction 3 1.1.2 Altération physique 4 1.1.3 Altération chimique 4 1.1.4 Distribution d’ensemble des minéraux formés au cours de l’altération 10 1.1.5 Applications paléogéographiques 14 1.2 Formation des carbonates sédimentaires 17 1.2.1 Introduction 17 1.2.2 Principaux minéraux et conditions de genèse 19 1.2.3 Précipitation chimique primaire de carbonates 20 1.2.4 Contribution organique directe à la sédimentation carbonatée 21 1.2.5 Autres contributions à la sédimentation carbonatée 24 1.2.6 Expression générale de la sédimentation carbonatée marine 28 1.3 Origine des autres principaux constituants sédimentaires 36 1.3.1 Silice 36 1.3.2 Phosphates 41 1.3.3 Matière organique 44 1.3.4 Évaporites 48 Chapitre 2. Caractères des particules sédimentaires 55 2.1 Taille des grains 55 2.1.1 Échelles 55 2.1.2 Représentations 58 2.1.3 Action du transport 60 2.1.4 Expression des milieux 61 2.2 Forme, surface et arrangement des grains 62 2.2.1 Forme 62 2.2.2 État de surface 63 2.2.3 Arrangement 64 2.3 Classification des sédiments 66 Table des matières VI Chapitre 3. Mise en place des sédiments 69 3.1 Principaux mécanismes de transport 69 3.1.1 Particules sédimentaires 69 3.1.2 Écoulement de particules sédimentaires 72 3.2 Formation des structures sédimentaires élémentaires 74 3.2.1 Introduction 74 3.2.2 Formation des rides, figures de courant 75 3.3 Formation des figures sédimentaires postérieures au dépôt 87 3.3.1 Figures d’érosion basale (figure 3.15) 87 3.3.2 Figures et empreintes de surface 89 3.3.3 Déformations synsédimentaires 92 3.4 Mécanismes généraux de sédimentation et dépôts résultants 98 3.4.1 Diversité des processus 98 3.4.2 Décantation 98 3.4.3 Glissements gravitaires 102 3.4.4 Dépôt par courants de densité et gravité 105 3.4.5 Dépôt par courants marins de fond 108 3.4.6 Dépôt par courants violents ou exceptionnels 111 3.5 Milieux de formation des sédiments anciens : possibilités et limites d’identification 113 3.5.1 Introduction 113 3.5.2 Distance à la côte 114 3.5.3 Profondeur de dépôt 114 3.5.4 Paléocourants 116 3.5.5 Polarité des couches 118 Chapitre 4. Du sédiment à la roche sédimentaire 119 4.1 Généralités 119 4.1.1 Principaux mécanismes diagénétiques 119 4.1.2 Régimes diagénétiques 120 4.1.3 Processus diagénétiques 122 4.2 Formation des grès 124 4.2.1 Principaux stades et classification 124 4.2.2 Phénomènes éogénétiques 125 4.2.3 Phénomènes mésogénétiques 126 4.3 Évolution des argiles 128 4.3.1 Diagenèse précoce (éogenèse) 128 4.3.2 Diagenèse tardive (mésogenèse) 132 4.4 Diagenèse carbonatée 136 4.4.1 Introduction 136 Table des matières VII © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. 4.4.2 Environnements diagénétiques 138 4.4.3 Conditions de la dolomitisation 143 4.5 Évolution des dépôts siliceux 145 4.6 Formation des combustibles fossiles 147 4.6.1 Introduction 147 4.6.2 Charbons 148 4.6.3 Hydrocarbures 150 Chapitre 5. Du continent à l’océan : exemples de milieux sédimentaires 157 5.1 Généralités 157 5.2 Milieu fluviatile 161 5.2.1 Généralités 161 5.2.2 Environnements fluviatiles modernes 163 5.2.3 Environnements fluviatiles anciens 167 5.3 Sédimentation lacustre 168 5.3.1 Généralités 168 5.3.2 La masse d’eau lacustre 170 5.3.3 Exemple du lac du Bourget 171 5.4 Milieu désertique 172 5.4.1 Caractères généraux 172 5.4.2 Sédiments désertiques récents 174 5.4.3 Roches anciennes d’origine désertique 177 5.5 Milieux littoraux et estuariens 179 5.5.1 Généralités 179 5.5.2 Exemple de la Baie du Mont St-Michel 179 5.6 Milieux des plates-formes carbonatées 181 5.6.1 Caractères généraux 181 5.6.2 Constructions récifales 184 5.6.3 Plates-formes carbonatées non construites 186 5.7 Milieu des éventails sous-marins profonds 191 5.7.1 Généralités 191 5.7.2 Organisation de base 192 5.7.3 Diversité des éventails détritiques et évolution 195 Glossaire 197 Bibliographie 203 Index 209 1 © Dunod – La photocopie non autorisée est un délit. Avant-propos La sédimentologie est la géologie des dépôts sédimentaires. Ceux-ci font l’objet de recherches depuis que C. Lyell a montré, dans ses Principes de Géologie (1830-1833), l’importance des strates pour établir l’échelle des temps géologiques, et a utilisé les milieux sédimentaires modernes comme référence pour comprendre les milieux anciens. Le terme de sédimentologie n’a été proposé qu’en 1932 par H.A. Wadell. L’essor de la sédimentologie est contemporain du développement de la tectonique, de l’océanographie et de la recherche appliquée dans le domaine des ressources minérales et pétrolières. À l’échelle des marges et des bassins l’analyse structurale passe en effet par une connaissance détaillée des successions lithologiques et strati- graphiques. À l’échelle plus fine des structures et des séquences sédimentaires, les tectoniciens, en quête de critères précis de polarité des couches, ont favorisé l’étude approfondie des faciès sédimentaires. Plus récemment c’est la nécessité de reconsti- tuer de plus en plus finement les environnements de dépôts notamment dans le cadre de la recherche pétrolière qui a mené au développement de l’analyse des faciès. De leur côté les océanographes, en mettant en évidence les courants de turbidité puis divers phénomènes de resédimentation, ont livré des outils pour comprendre la formation des flyschs, et ont considérablement rajeuni les concepts sédimento- logiques. Les sondages océaniques, joints aux données de l’hydrodynamique, de la photographie et de la sismique marines puis des données de fond de puits (diagra- phies), ont fourni de précieuses références pour comprendre les séries sédimentaires émergées. Enfin les géologues pétroliers, constatant que les hydrocarbures pouvaient être piégés ailleurs que dans des structures anticlinales étanches, et notamment dans des corps sédimentaires poreux limités par des couches imperméables, ont déve- loppé l’étude en trois dimensions des bassins sédimentaires marginaux et des grands appareils détritiques. Cette étude s’étend actuellement vers le pied des marges conti- nentales, où l’« offshore » profond recèle des potentialités nouvelles de gisements d’huile et de gaz. De la même manière la découverte de concentrations de subs- tances utiles comme les minerais de plomb et de zinc dans les formations récifales et algaires, ou d’uranium et de titane dans d’anciens chenaux fluviatiles, a suscité des études sédimentologiques approfondies. Ces diverses recherches ont entraîné des progrès considérables dans la connaissance des anciens milieux, paysages et climats. Les recherches récentes en sédimentologie bénéficient largement des concepts de la tectonique globale, des données des forages océaniques, ainsi que de l’atten- tion croissante portée aux questions d’environnement, de climat, de ressources et d’aménagement. Les grandes successions lithologiques déterminées par l’appro- fondissement de la croûte océanique en expansion (carbonates, boues argileuses ou Avant-propos 2 siliceuses), à l’élargissement des bassins (dépôts détritiques, réduits puis oxydés) et à l’accrétion des marges (prismes sédimentaires progressivement déformés), donnent lieu à des comparaisons fertiles entre océans et paléo-océans. Les sondages du « Deep Sea Drilling Project », de l’« Ocean Drilling Program » et de IODP ou du programme de carottages géants « IMAGES » (International Marine Global Changes Study) constituent des archives sédimentaires exceptionnelles pour reconstituer les environ- nements marins et continentaux, les variations du climat terrestre ou des circulations océaniques, les manifestations post-sédimentaires (diagenèse), les interactions entre volcanisme ou hydrothermalisme et sédimentation, etc. qui se sont développés à des rythmes divers au cours du temps géologique. Dans le domaine de la diagenèse la nécessité croissante de caractériser les roches-réservoirs clastiques ou carbonatées, en termes de propriétés pétrophysiques (porosité et perméabilité) a favorisé le déve- loppement des études pétrographiques, géochimiques et isotopiques approfondies. Enfin les préoccupations récentes sur l’évolution du trait de côte, l’aménagement et la protection du domaine littoral, la recherche de substances utiles sous la mer (granu- lats, nodules polymétalliques) ou la perturbation des écosystèmes, entraînent depuis quelques années un regain marqué des études de dynamique sédimentaire à toutes profondeurs, assorties de nombreuses applications aux séries anciennes. Le présent manuel réunit les données de base de la sédimentologie. Il constitue une édition mise à jour et complétée du manuel paru en 2000 sous le même titre. L’ouvrage est essentiellement consacré aux facteurs de la sédimentation ainsi qu’à la formation des sédiments et roches sédimentaires. Le plan adopté suit l’ordre des étapes du cycle géodynamique externe : origine des composants sédimentaires (altération, production biogène et chimique), caractères des particules destinées au transport puis au dépôt, mise en place des sédiments, modifications postérieures à la sédimentation (diagenèse). Le dernier chapitre constitue, à l’aide de quelques exemples, une introduction sur les caractères et le fonctionnement des milieux de sédimentation. La présente édition intègre des méthodes devenues classiques telle que la uploads/Geographie/ bases-de-sedimentologie-3eme-edition.pdf