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Université de Liège Faculté des Sciences Département de Géologie Dynamique des

Université de Liège Faculté des Sciences Département de Géologie Dynamique des bassins sédimentaires Aux vagues vertes infiniment tissées d'écume accourant de lointains sonores et transparents la lumière accorde de souples chatoiements en d'opales et mouvants effets de brume... Déferlantes près de Ploumanach (Bretagne); FB, huile sur bois. Prof. F. Boulvain , 2014 Table des matières  I. RAPPEL: LES BASSINS SEDIMENTAIRES  II. ENCHAINEMENT VERTICAL DES MILIEUX DE DEPOT- ELEMENTS D'ANALYSE SEQUENTIELLE o INTRODUCTION o SEQUENCES ET COURBE LITHOLOGIQUE o STRATIGRAPHIE SEQUENTIELLE I. Rappel: les bassins sédimentaires Même si des sédiments peuvent se déposer pratiquement dès leur érosion, leur devenir est en général de terminer leur voyage au sein d'un bassin sédimentaire. Un bassin sédimentaire ne se forme que là où des sédiments peuvent s'accumuler. Cette évidence recouvre un concept majeur : l'accumulation des sédiments nécessite une création d'espace, résultat soit d'un enfoncement de la base du bassin (subsidence), soit d'une hausse du niveau marin. D'une manière générale, on peut distinguer les bassins sédimentaires en fonction de leur position dans le cycle géologique : (1) les bassins sédimentaires actifs, (2) les bassins non fonctionnels (parce qu'exondés) mais peu déformés et (3) les anciens bassins, généralement fortement déformés et incomplets, intégrés dans une chaîne de montagnes. On peut aussi les distinguer sur la base des mécanismes qui les génèrent, c.-à-d. des mécanismes responsables de leur subsidence (Fig. I.1). Figure I.1 : bassins sédimentaires en fonction du contexte tectonique. A : rift continental. B : marge passive avec structuration en demi-grabens et bassin océanique. C : bassins d'arrière-arc, d'avant-arc et fosse océanique en zone de subduction. D : bassins liés à une faille transformante (décrochement dextre).  Les bassins associés à des zones de divergence de plaques tectoniques. Ces bassins se forment là où la croûte terrestre est étirée et amincie: o rifts continentaux (Fig. I.1A) : c'est le début de la phase d'ouverture. Le substrat est une croûte continentale. Les remplissages sédimentaires consistent en dépôts continentaux de cônes alluviaux, de lacs, de fleuves (exemple : graben du Rhin). Du volcanisme est souvent associé, suite à l'extension crustale (basaltes des plateaux, basaltes alcalins,…); o rifts océaniques : à partir d'un certain stade, le rift continental est envahi par la mer. Les sédiments sont variés, depuis des dépôts continentaux jusqu'à des dépôts beaucoup plus profonds (exemple : sud de la mer Rouge). Le volcanisme est intense et évolue vers des tholéiites; o marges passives et bassins océaniques (Fig. I.1B) : c'est l'évolution ultime des rifts continentaux. Les marges continentales sont structurées en demi-grabens et de la croûte océanique nouvellement formée sépare les continents. Le volcanisme est réduit au niveau des marges passives et les sédiments sont très variés, depuis des dépôts de plate-forme jusqu'à des dépôts pélagiques (exemple : océan Atlantique). Les épaisseurs sédimentaires diminuent depuis la marge continentale vers le bassin océanique. La subsidence résulte du jeu des failles normales, de la charge sédimentaire et du refroidissement progressif de la croûte océanique. Un exemple de rift continental : le graben du Rhin. Les Vosges et la Forêt-Noire correspondent aux bordures du graben, la plaine d'Alsace au remplissage sédimentaire de la partie effondrée. La photo est prise vers l'est depuis Husseren- les-Châteaux (versant est des Vosges).  Les bassins associés à des zones de convergence de plaques (Fig. I.1C) : o fosses océaniques : ce sont des dépressions océaniques profondes localisées au niveau des zones de subduction. Les sédiments consistent en dépôts pélagiques, associés à des turbidites si le continent est proche. Ces sédiments sont rapidement et intensément déformés suite à la subduction: ils constituent le prisme d'accrétion (exemple: fosse du Japon); o bassins d'avant-arc : géographiquement proches des précédents, situés comme leur nom l'indique en avant des arcs volcaniques, sur la plaque supérieure. Leur subsidence serait due à la flexure de cette plaque suite à l'entraînement par la plaque subductée. La déformation est moins intense que dans le prisme d'accrétion et les sédiments sont à caractère moins profonds et plus riches en dépôts volcano- sédimentaires (exemple : mer Tyrrhénienne); o bassins d'arrière-arc: ces bassins ressemblent par leur mécanisme de subsidence et par leur remplissage aux bassins liés à la divergence de deux plaques. Les dépôts volcano-sédimentaires y sont cependant mieux représentés (exemple: mer du Japon); o bassins d'avant-chaîne : lorsque la subduction de deux plaques se poursuit par une collision continentale, l'épaississement de la plaque continentale supérieure provoque une subsidence due à la surcharge. Les apports en provenance de la chaîne en voie d'érosion sont énormes et les dépôts sont variés (marins, continentaux). Le volcanisme est rare (exemple: plaine du Pô).  Les bassins associés à des zones où les plaques continentales coulissent le long de failles transformantes (Fig. I.1D) : ces bassins s'ouvrent suite à des changements dans la direction de failles décrochantes ou à la présence de zones de relais. Les sédiments sont continentaux et le volcanisme est rare (exemple: bassin de la mer Morte le long de la faille du Levant).  Les bassins intra-montagneux: ces bassins se forment en contexte d'extension après collision. Ils sont emplis de sédiments continentaux (cônes alluviaux, évaporites, lacs, charbon, rivières,…) (divers exemples dans les Andes et l'Himalaya).  Les bassins intracontinentaux en contexte atectonique: ces bassins stables et à subsidence relativement faible résultent d'un amincissement modéré de la croûte (sans apparition de rift) ou d'un refroidissement du manteau. La subsidence peut être entretenue par la surcharge sédimentaire. Les sédiments sont continentaux (lacustres, désertiques, etc.) voire marins et ne sont pas plissés (exemple : Bassin de Paris). L'enregistrement géologique montre que certains bassins possèdent une histoire polyphasée et peuvent passer d'un type à l'autre. C'est bien sûr le cas des rifts continentaux qui peuvent évoluer en marge passive/bassins océaniques et aussi celui des fosses océaniques/bassins d'arrière-arc/bassins d'avant-arc qui peuvent être repris dans un bassin d'avant-chaîne lors d'une collision continentale. II. Enchaînement vertical des milieux de dépôt: éléments d'analyse séquentielle INTRODUCTION S'il est indispensable de pouvoir reconnaître les divers milieux du domaine marin par l'interprétation des faciès, il n'est pas moins important de comprendre leur enchaînement vertical et latéral dans le temps et l'espace. Cette connaissance s'avère indispensable à la compréhension de l'évolution d'un bassin (aspect dynamique). COURBE LITHOLOGIQUE ET SEQUENCES La courbe lithologique/des faciès/des microfaciès Cette courbe reflète la succession verticale des différents faciès/termes lithologiques ou microfaciès d'une coupe. Elle est construite très simplement de l'une des façons suivantes: - en regard de chaque banc ou unité faciétale, on trace un trait de l'épaisseur de ce banc ou unité avec comme abcisse le type de faciès (Fig. II.1A); - en regard du point d'échantillonnage, on porte un point correspondant au microfaciès identifié en lame mince; les différents points sont ensuite reliés par une courbe (Fig. II.1B); - on peut aussi matérialiser les microfaciès par des batonnets; ceci permet d'affecter une variable supplémentaire au type de trait (pointillé, plein, etc.) (Fig. II.1C). Fig. II.1: plusieurs représentations de la courbe des (micro)faciès. La technique C permet d'affecter une variable supplémentaire au type de trait. Cette courbe, qu'elle soit constituée de segments de droite comme dans le premier cas ou qu'elle relie des points comme dans le second constitue la courbe lithologique/de faciès ou de microfaciès de la série étudiée. L'étude de cette courbe permet de (1) mettre en évidence les coupures sédimentaires (en fait les évolutions sédimentologiques pour lesquelles la loi de Walther (1894) n'est pas respectée: on voit se succéder deux faciès qui ne coexistent pas latéralement dans le domaine de sédimentation, ex: calcaire argileux à brachiopodes succédant à du calcaire algo- laminaire, etc.) et (2) de mettre clairement en évidence le sens de l'évolution des faciès: tendance à se rapprocher (régression) ou à s'éloigner (transgression) de la ligne de rivage. Lors de la construction de la courbe lithologique, l'ordre des faciès/microfaciès sur l'axe x n'est pas arbitraire: si l'on désire comparer les courbes lithologiques de deux coupes contemporaines mais de faciès différent ou si l'on entend étudier le sens des variations de faciès au sein des séquences, il faut impérativement que l'ordre des faciès soit choisi en fonction d'une même logique. Cette logique peut être la granulométrie (la pesanteur), c'est la cas de la "série virtuelle générale" de Lombard, avec les termes suivants: calcaires-argiles-silts-sables-conglomérats, mais elle peut aussi, par l'intermédiaire d'une interprétation actualiste reposant sur la loi de Walther, être celle de la succession des faciès au sein d'un modèle de plate- forme (par exemple les SMF, voir plus haut). Il est également possible d'utiliser la notion de "multiples séries naturelles" proposée par Delfaud (1972, p. 595): "Chaque formation ou chaque type de sédiment a sa série naturelle propre qui doit être établie indépendamment des théories génétiques, en considérant uniquement l'ordre réel de succession des faciès dans la nature, en faisant abstraction le plus possible des modifications diagénétiques". Cet "ordre réel" peut être défini de la manière suivante: dans toute série sédimentaire, l'ordre naturel des termes lithologiques est celui qui est statistiquement le plus fréquemment réalisé. Diverses méthodes statistiques peuvent aider à mettre en évidence un tel ordre. Les séquences Dans l'ensemble des séries uploads/Geographie/ ulb-analyse-sequentielle.pdf