Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE Pierre Pellenard UFR Sc. Vie, Terre & Environnement Université de Bourgogne

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1 Cours de Pétrologie Sédimentaire L1 SVTE 2017 Pierre Pellenard UFR Sc. Vie, Terre & Environnement Université de Bourgogne

2 Introduction : sédiments, roches sédimentaires et bassins sédimentaires A - Les sédiments et roches détritiques B - Les sédiments et roches carbonatés C - Les évaporites D - Les sédiments et roches siliceuses E - Les phosphorites F - Les roches ferrifères Plan général G - Les sédiments et roches organiques (pétrole, charbon...)

3 Objectifs du cours : Aspect de la roche (granulométrie, hétérogénéité, texture, couleur) Composition minéralogique (particules, phase liaison) Maturité de la roche (transport) Structure sédimentaire Contenu fraction biogène Facies et nom de la roche (classification) Les processus en jeu? (altération érosion transport dépôt) : Climat, tectonique, relief, courantologie, activité biologique Rôle de la diagenèse Conditions environnementales de dépôts (ou paléoenvironnementales pour les dépôts anciens) Déduction des conditions post-dépôts

4 Ouvrages et liens internet :

5 Rappel cycle des roches et place des sédiments et roches sédimentaires

6 Diversité des sédiments et roches sédimentaires Les sédiments détritiques (silicoclastiques terrigènes) 80-85% Les sédiments biogéniques, biochimiques et organiques Les sédiments chimiques Les sédiments volcanoclastiques Conglomérats, sables, grès, siltites argilites 65% 10-15% Carbonates, roches biosiliceuses, phosphates, pétroles, charbons Evaporites, roches ferrugineuses Tufs, cinérites, bentonites, hyaloclastites, coulées : Altération Resédimentation

7 Carte de répartition des différents types de sédiments dans le domaine océanique

8 1 ère carte mondiale digitalisée des sédiments océaniques Dutkiewicz et al., 2015 Geology

9 Environnements de dépôts: bassins sédimentaires (zone subsidente = préservation des sédiments)

10 Environnements continentaux Ex : Vallée du grand rift africain: lac Asal (Djibouti) Environnements marins Ex : marge passive du bassin Jeanne d Arc (au large du Canada)

11 A - Les sédiments et roches détritiques (terrigènes ou silicoclastiques)

12 1 Genèse et nature des sédiments détritiques Cycle des roches et place des roches détritiques 1.2 Formation des sédiments détritiques - l altération mécanique - l altération chimique - le rôle du climat 1.3 Les minéraux et leur altération 1.4 Les textures et la maturité 2 Les classifications utilisées 2.1 La granulométrie 2.2 Les rudites (bloc/conglomérat) 2.3 Les arénites (sables/grés) 2.4 Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites) 3 Les environnements associés et l évolution des dépôts 3.1 Sur les continents 3.2 Dans le milieu marin 3.3 La diagenèse

13 1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques Roche meuble (sable) Roche indurée (grés)

14 Place des sédiments détritiques dans les océans actuels St Laurent Indus Gange

15 Altération physique 1.2 Formation des sédiments détritiques

16 Altération physique

17 Altération physique 1.2 Formation des roches détritiques

18 Altération chimique Les silicates sont soumis à l'hydrolyse : silicate + H 2 O + CO 2 => argile + Si 4+ + cations + HCO 3 KAlSi 3 O 8 + H 2 CO 3 => Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 + H 4 SiO 4 + K + + HCO - 3 (K-feldspath) (kaolinite)

19 Altération chimique Les roches sont soumises à l oxydo-réduction: Fe 2+ Fe 3+

20 Altération chimique Potentiel ionique Z/r qui détermine le comportement des ions face à l hydrolyse (H2O)

21 Produits de l hydrolyse : les minéraux argileux Agencements des tétraèdres et des octaèdres en feuillets exemple de la kaolinite (1/1 ou TO)

22 Produits de l hydrolyse : les minéraux argileux

23 Produits de l hydrolyse : les minéraux argileux Exemple de chlorite au MEB Exemple de kaolinite au MEB

24 Rôle capital du climat Altération mécanique dominante

25 Altération variable selon le climat (+relief et substrat) Minéraux originels (roches mères) Feldspaths Micas Muscovite Biotite Chlorite Bisialitisation (2/1) Illite Vermiculite Smectite Chlorite secondaire Monosialitisation (1/1) Kaolinite Allitisation Gibbsite Hydroxides d Al

26 Sol développé (Chine du sud) Chaos granitique 1.8 Ga (Devil Marble Australie Centrale)

27 1.3 Les minéraux et leur altération Altération chimique des roches mères Profil d'altération d'une grano-diorite

28 RESISTANCE Nature minéralogique des grains des roches détritiques Quartz + zircon + tourmaline chert + silex muscovite microcline orthose plagioclase hornblende + biotite pyroxène olivine Verres volcaniques + - Phases minérales stables et résistantes à l altération chimique et mécanique Phases minérales instables facilement altérables chimiquement et mécaniquement

29 Différents types de sables Sable siliceux (quartz) Sable coquillier Sable «noir» (minéraux sombres) Sable «vert» (olivine, glauconite)

30 Quartz (LPA) Quartz et feldpaths (LPNA)

31 Fragments lithiques si (=débris de roches Ex: granite, gneiss, basalte, schiste, calcaire ) Micas (muscovite, biotite) - souvent déformés - marque le litage

32 émoussé 1.4 Les textures et la maturité Morphologie des grains : l usure (émoussé) témoin du transport Indice d émoussé

33 Morphologie des grains : l aspect, témoin de l environnement Grains non usés (NU) Grain émoussé luisant (EL) Grains rond mat (RM) Figures de dissolution Précipitation de silice Exoscopie

34 La fabrique texturale ou texture

35 La fabrique texturale ou texture Fabrique sédimentaire : imbrication de galets = analyse des paléocourants Fabrique à support par grains Fabrique à support par matrice

36 Stratifications planes sur une plage Actuel, Santa Cruz, Californie, USA La fabrique texturale ou texture Grés à litage plan

37 La fabrique texturale ou texture Grés à litage oblique

38 Grés à HCS (figures de tempestites)

39 La fabrique texturale ou texture Grés bioturbé (bioturbation = traces d organismes)

40

41 La maturité d une roche détritique TEXTURE - matrice absente, présence d un ciment - grains émoussés - bon classement MATURE MINERALOGIE - Quartz domine (quartzarénite) - Minéraux lourds résistants (zircon, tourmaline) - matrice abondante - grains anguleux - taille des grains hétérogène IMMATURE - Feldpaths abondants (arkose) - Fragments lithiques abondants (litharénite) - Minéraux ferromagnésiens (olivine, pyroxène, )

42 1 Genèse et nature des sédiments détritiques Cycle des roches et place des roches détritiques 1.2 Formation des roches détritiques - l altération mécanique - l altération chimique - le rôle du climat 1.3 Les minéraux et leur altération 1.4 Les textures et la maturité 2 Les classifications utilisées 2.1 La granulométrie 2.2 Les rudites (bloc/conglomérat) 2.3 Les arénites (sables/grés) 2.4 Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites) 3 Les environnements associés et l évolution des dépôts 3.1 Sur les continents 3.2 Dans le milieu marin 3.3 La diagenèse

43 2 Les classifications utilisées 2.1 La granulométrie Blocs erratiques

44 Courants éoliens turbides formant les loess Poussières éoliennes du désert

45 La classification granulométrique grés

46 2.2 Les rudites (bloc/conglomérat)

47 Classification des conglomérats et brèches d'après Prothero & Schwab (1996) Orthoconglomérat oligogénique Paraconglomérat à matrice non laminaire = tillite

48 Conglomérat extraformationnel A = Orthoconglomérat B = Paraconglomérat Conglomérat intraformationnel

49 Dropstones Tillite Dreikanter = galet façonné par le vent

50 2.2 Les arénites (sables/grés)

51 Classification des sables d après Pettijohn et al., 1987

52 Les quartziques (quartzarénite) Qm Qm zircon Porosité (air, eau, pétrole, gaz) Auréole de croissance syntaxique Ciment siliceux Qm Qm Qm Feldspath Quartz à nbx inclusions - Abondance de Qm propres - Mx lourds fréquents - Figures pression-dissolution - Porosité variable (I R ou II R ) Ciment calcitique poecilithique

53 Les arkoses Fds Fds mi Fds Sable fluviatile, Précambrien, à microcline et orthoses séricitisées (Fds)

54 Les litharénites Sable fluviatile, Cambrien, Espagne, effet de la compaction

55 Les Grauwackes LPNA LPA Présence de Quartz, Feldsapth, fragments lithiques enrobés dans une matrice de chlorite et de quartz silteux Turbidite silurienne d Ecosse

56 2.4 Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites) siltite siltite argileuse shale Classification des «mudrocks» selon Lundegard & Samuels (1980) argilite

57 Caractérisation & classification Minéralogie : DRX, MEB, MET, IR Géochimie : majeur et traces Propriétés pétrophysiques, géomécaniques : CEC,

58 Influence climatique sur la formation des argiles et leur distribution Podzol Bisiallitisation Monosiallitisation Allitisation

59 1 Genèse et nature des sédiments détritiques Cycle des roches et place des roches détritiques 1.2 Formation des roches détritiques - l altération mécanique - l altération chimique - le rôle du climat 1.3 Les minéraux et leur altération 1.4 Les textures et la maturité 2 Les classifications utilisées 2.1 La granulométrie 2.2 Les rudites (bloc/conglomérat) 2.3 Les arénites (sables/grés) 2.4 Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites) 3 Les environnements associés et l évolution des dépôts 3.1 Sur les continents 3.2 Dans le milieu marin 3.3 La diagenèse

60 3 Les environnements associés et l évolution des dépôts Domaine continental Littoral Domaine marin

61 3 Les environnements associés et l évolution des dépôts 3.1 Sur les continents Environnements Agents transport dominants Dépôts sédimentaires Montagnes plateaux plaines - vallées - domaine littoral estuaires glaciers déserts lacs fleuves deltas rivières plages lagunes glace/eau/gravité vent vent/eau eau/gravité Cônes alluviaux Tillite, moraines Dunes éoliennes Erg, reg Dépôts lacustres Dépôts fluviatiles Sebkha Gilbert delta Dépôts tidaux Cordons sableux

62 3.1 Sur les continents : environnements glaciaires Dépôts morainiques

63 3.1 Sur les continents : environnements glaciaires tillite

64 3.1 Sur les continents : système montagneux (influence du gravitaire) Exemple d éboulement récent en Italie du Nord

65 3.1 Sur les continents : les cônes d éboulis et cônes alluviaux

66 3.1 Sur les continents : environnements désertiques VENT Accumulation de sable : erg Dunes en barkhane Accumulation de blocs : reg

67 3.1 Sur les continents : environnements désertiques Dunes éoliennes fossiles à stratifications obliques métriques dans les grès éoliens de la Formation de Navajo, Jurassique, Page, Arizona, USA Grains rond mat (RM) Loupe binoculaire MEB

68 3.1 Sur les continents : domaine fluviatile Réseau fluviatile en tresse, Inde Réseau fluviatile à méandres, Brésil

69 3.1 Sur les continents : domaine fluviatile Erosion et remplissage d un chenal fluviatile (Estérel, Permien)

70 3.1 Sur les continents : domaine fluviatile

71 3.1 Sur les continents : domaine fluviatile Grain émoussé luisant (EL) Grés fluviatile, Cambrien, Espagne, effet de la compaction grés fluviatile (arkose), Précambrien, à microcline et orthoses séricitisées (Fds)

72 3.1 Sur les continents : domaine lacustre

73 3.1 Sur les continents : domaine lacustre Les dépôts varvaires (lacs)

74 3.2 Dans le milieu marin Shoreface Foreshore

75 3.2 Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral Delta Estuaire Estuaire&flèche littorale Apports fluviatiles dominants Marée dominante (courants tidaux) Houle dominante Levées sableuses Crevasse splay Barre embouchure Barres sableuses Dépôts tidaux (tidalites) Tidal flat (sand et mudflat) Cordon (flèche) sableuse Lagune vaseuse

76 3.2 Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral Mont St Michel Rythmites tidales (tidalites) enregistrant les cycles semi-diurnes (marées) et semi-mensuels (lunaires) de vives-eaux

77 3.2 Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral

78 3.2 Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral

79 3.2 Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral

80 3.2 Dans le milieu marin: le plateau continental (canyon sous-marin)

81 3.2 Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral Debris flow

82

83 3.2 Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral Turbidite silurienne d Ecosse (grauwacke)

84 3.2 Dans les océans: milieu marin profond (domaine bathyal-abyssal) Répartition des minéraux argileux dans le domaine océanique

85 3.3 La diagenèse diagenèse d métamorphisme galets conglomérat conglomérat quartzitique diagenèse d métamorphisme sable silt diagenèse grès d siltite métamorphisme quartzite argile argilite schiste, ardoise

86 Les différents stades de la diagenèse

87 Pour les arénites: Compaction : évolution de la porosité

88 Pour les arénites: lithification par cimentation (compaction + fluides) cs gd gd cs cs cs

89 Pour les arénites: compaction : pression-dissolution = libération SiO2

90 Pour les lutites: compaction : expulsion d eau - transformation minéralogique

91 Pour les lutites: compaction : expulsion d eau - transformation minéralogique

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