La classification des roches sédimentaires

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1 H. LES ROCHES Détritiques ou SILICICLASTIQUES (argiles, silts, sables, graviers) Classification de base de Udden (1914) et Wentworth (1922) Echelle métrique (x2) Mud --> Mudstone Silt --> Siltstone Sand --> Sandstone Gravel --> Conglomerates lithification Echelle phi 4 mm = 2 2 value = -2 1/4 mm = 2-2 value = +2 1/2 mm = 2-1 value = +1 1/16 mm = 2-4 value = +4 1 mm = 2 0 value = 0

2 H.1. Les graviers Granules -> granules Pebbles -> graviers ou petits cailloux Cobbles -> petits blocs Boulders -> gros blocs Roches composées de > 30 % de particules de la taille des graviers (> 2 mm) Conglomérats conglomerates Clastes sont arrondis érodés et transportés Brèches breccias Clastes sont anguleux non transportés brèche volcanique, tectonique, de collapse par dissolution, d impact (météoritique)

3 Arrondi des galets Pente de talus Graviers de rivières (5 km plus loing) Prothero & Schwab 1996, Fig 5.3

4 île d Elbe, Italie Affleurement de granite riche en tourmaline Graviers de plage Arrondi des graviers lié à l action des vagues.

5 H.1.1. Composition des graviers Monogénique: 1 seul type de claste [monomict] Conglomérats contenant : Oligogénique: 2-3 types de clastes [oligomict] Graviers + Matrice = (sable, silt, argile) Polygénique: beaucoup de clastes différents [polymict] Orthoconglomérat (si les clastes se touchent) Paraconglomérat ou diamictite (si les clastes sont entourés de matrice) de la charge de fond [bedload] Transport en suspension par un flux turbulent ou par la glace

6 Conglomérats extraformationnels paraconglomérats et orthoconglomérats Conglomérats intraformationnels Clastes de sédiments déposés dans le bassin et proches du lieu de formation du conglomérat Vallée du Hoyoux, Dévonien Inférieur Clastes de mudstones dans un sable de rivière. Les clastes proviennent de l effondrement de la rive boueuse (conglomérat du Trias, Australie) Photo cours de Gibling

7 Conglomérat, Stoer Group (Torridonian) Clastes très anguleux, quasi pas de matrice, formés de gneiss, mal classé de 1 à 30 cm. Très faible transport. Image provenant d internet Conglomérat ou brèche?

8 Nichols, Sedimentology and Stratigraphy, 2009

9 H.1.2. Forme des graviers La forme des clastes dépend de la dureté de la roche et de l orientation des fractures. Plage du Lomer, Pléistocène, F. de Pénestin 1 axe plus court que les 2 autres calcaire, grès 3 axes de même longueur R. métamorphiques sens du courant affouillement

10 Imbrication (orientation préférentielle) de clastes ovoïdes a, b = axes des clastes p = parallèle i = imbrication t = perpendiculaire Graviers transportés en suspension: axe a est parallèle au flux Graviers transportés comme une charge sur le fond (roulement ou glissement): axe a est perpendiculaire au flux Graviers isolés, pas d imbrication: dropstones (glace) ou transport par gravités (débris flow)

11 Arrondi des grains (visuel) Grains plus allongés Grains quasi-sphériques

12 Classement des grains

13 Textures de la surface des grains Glacial striations Dissolution Plage (partie haute) (arrondi par abrasion) Zone de surf (cassé et piqueté par les chocs) Prothero & Schwab, Fig. 5.18

14 Dépôts de morraines, Glacier Angel, Edith Cavell Mountains, Rocky Mountains, Canada

15 H.2. Les sables Le grès = roche siliciclastique majeure = % des roches sédimentaires = composé d un ensemble de minéraux détritiques 58 % quartz, 22 % feldspaths, + 20 % de fragments lithiques (fragments de roches) de matrice argileuse de ciment 2.1 Les minéraux les plus communs issus de l altération: - le quartz (très résistant, transporté sur de longues distances, 7 sur échelle de Mohs) - les feldspaths (moins résistants, communs seulement si transportés sur de petites distances et si l altération chimique est faible, les fpths K sont plus résistants que les fpths Ca et Na) - les micas (biotite et muscovite, se retrouvent concentrés dans des lits, plats et fins -> ils décantent) - les minéraux lourds (densité > 2.85 g/cm³ souvent entre 3 et 5 g/cm³) comme les zircons, tourmaline, rutile, apatite, grenat, monazite, cassitérite, or, etc.) séparés en utilisant une liqueur dense : environ 1% - les minéraux accessoires selon la source comme les oxydes de fer (magnétite)

16 2.2 Les fragments lithiques: - provenant de l érosion de roches magmatiques, métamorphiques, sédimentaires ou volcaniques à proximité d arcs volcaniques ou de rifts volcaniques - détermination -> pétrographie en lames minces - souvent des clastes de calcaires ou de cherts 2.3 Les particules biogéniques - souvent fragments de coquilles de mollusques ou de brachiopodes pour des grès déposés en milieu marin à faible profondeur - mais également: des os, des dents, du bois, des fragments de végétaux supérieurs 2.4 Les minéraux authigènes - comme les carbonates ou la glauconie 2.5 La matrice - visible entre les grains, souvent -> matériaux de la taille des silts ou des argiles - différente des ciments qui comblent la porosité pendant la diagenèse -> nomenclature des grès

17 Roches volcaniques Chert (silice) Roche ignée plutonique Fragments lithiques Roche métamorphique Shale Prothero & Schwab, Fig. 5.11

18 Nichols, Sedimentology and Stratigraphy, 2009 Exples: pour indiquer une composition chimique spécifique -> un grès micacé, calcaire ou ferrifère mudstone Ok pour le terrain mais analyse pétrographique est indispensable et on utilise la 2.6 classification de Pettijohn et al. (1987) Texture ou % de matrice Greywacke vieux terme

19 Quartz 2.7 Pétrographie des grès - inerte chimiquement - silicate le plus simple - pas de clivage - clair, couleur de biréfringence est grise - grains mono (M) ou polycristallin (P) - extinction ondulante seulement si issu de roches métamorphiques P P M P Grains de quartz bien arrondis Ciment de calcite Cambrien, NW Scotland. LH photo 3.5 mm, lumière polarisée image venant d internet M avec ciment en excroissance Prothero & Schwab, Fig. 5.8

20 Feldspaths Autres silicates - commun dans les roches ignées (granite) et métamorphiques - chimiquement instable - clivage!! - clair, couleur de biréfringence: dégradés de gris - grains flous ou floconneux par inclusions et altération - orthoclase ou microcline (possède des bandes fines noires et blanches qui se croisent perpendiculairement en nicols croisés, tartan twinning ). - le plus courant -> hornblende (amphibole) >> minéraux lourds - et pyroxènes mais plus rares) - Glauconite (forme authigénique en milieu marin peu profond, couleur verte) Micas - mica blanc (muscovite) et mica brun-noir (biotite) -> phyllosilicates - clivage!! - souvent grains allongés, parallèles au plan de stratification (parfois) Oxydes et sulfures - grains noirs opaques - bords bruns-rouges pour hématite - bords jaunes-bruns pour limonite, goethite - grains avec 4-8 côtés (bipyramides) pour magnétite - forme cubique pour pyrite

21 Grès grossier à feldspaths, Torridon Group (Torridonian) Taille varaible des grains, certains sont bien arrondis et d autres plus anguleux. Oxydes de fer en encroûtements sur les grains et en remplissage. LH image = 7 mm, lumière normale Photo provenant d internet Grès grossier à feldspaths, Torridon Group (Torridonian) Grains de quartz, feldspaths potassiques (tartan twinning), fragments lithiques (quartzites, gneiss) LH image = 7 mm, lumière polarisée Photo provenant d internet

22 Grès fin avec micas - grains de quartz et de feldpaths anguleux). - cristaux allongés de micas sur les plans des lits. Précambrien, Raasay, Inner Hebrides, Ecosse. LH photo = 3.5 mm. Image venant d internet

23 Greywacke (vieux terme) - grains de quartz, de feldpsaths et fragments lithiques. - taille de grains très variable, certains sont arrondis, d autres pas. LH photo = 5 mm. Image provenant d internet

24 Grès feldspathique grossier (arkose), Torridon Group (Torridonian) Grès avec des alternances de couches fines et grossières. Dans chaque couche, il y a un mélange de matériaux fins et grossiers. La roche est mal classée globalement. FAUX: Conglomérat fin de type granule en alternance avec des grès grossiers

25 H.3. Les argiles et les silts (shales) Mudrocks = argile+silt (mud avant lithification) = 46 % des roches sédimentaires = essentiellement marin = long transport par sédimentation - argile est dominant -> claystone - silt est dominant -> siltstone Prothero & Schwab, Fig. 6.1 Moyenne d un shale 60 % minéraux argileux 20 % quartz 8 % feldspaths 7 % de carbonates 3 % oxydes et hydroxydes de fer 2 % divers 1 % Matière organique + riche en Al et riche en Si

26 On utilise le terme à grains - de shale pour une roche boueuse fissile - de mudtsone pour une roche boueuse non fissile - d ardoise (ou slate) pour une roche métamorphique fins qui se débite selon un ou plusieurs plans de clivage La fissilité est le débitage en feuillets par l alignement parallèle des minéraux argileux et donc parallèlement au litage Couleur des Shales - essentiellement contrôlé par le processus d oxydo-réduction Forte teneur en Corg (> 0.5 %) Rapport élevé en Fe 2+ /Fe 3+ Rapport élevé en Fe 3+ /Fe 2+ Gris à noir Vert-gris Rouge-mauve