TP3 : La carte géologique (Les terrains plissés) Lorsqu elle est soumise à des contraintes, la croûte terrestre se déforme. On peut définir simplement la contrainte comme étant une force appliquée à une certaine unité de volume. Lorsque la contrainte dépasse la résistance du matériel, l objet est déformé et il s ensuit un changement dans la forme et/ou le volume. Il existe deux principales déformations : les plis et les failles. I/ les structures souples 1/Les plis Lorsque des couches de terrain de l écorce terrestre sont soumises à des contraintes tectoniques, ces roches vont, à la longue, se déformer. Les déformations sont d abord souples, non cassantes. On obtient alors des ondulations de terrain appelées plis. Si les contraintes se poursuivent, les déformations vont devenir cassantes : la roche se brise. On obtient alors des failles. On peut rencontrer des plis de toutes dimensions (cm, m ou km), On peut observer toute une variété d aspect des plis : Pli droit, pli déjeté, pli couché (fig.1). Pli droit Pli déjeté Pli couché Figure 1 : Différents types de plis Lorsque les contraintes provoquent une rupture des couches, on obtient un pli-faille (Fig.2): Figure 2 : Pli-faille 1
- Charnière d un pli : On appelle charnière, la région du pli où la courbure de la couche est maximale (fig.3) ; - Flanc : C'est l'endroit d'un pli où la courbure est la plus faible. - Axe d un pli : C'est en quelque sorte la bissectrice de l'angle formé par les deux flancs d'un pli (Fig.3) ; - Plan axial : C'est un plan formé par la succession des charnières en se déplaçant tout au long d'un pli (Fig.3). Figure3 : les composantes d un pli Un pli est une ride pouvant avoir une concavité vers le haut ou vers le bas. Si la polarité stratigraphique n est pas claire, on parle de structure antiforme (convexe) ou synforme (concave) (Fig.4). Antiforme synforme Figure 4 : Structure antiforme- structure synforme Du moment qu on connaît l âge des couches, l antiforme se transforme en anticlinal et le synforme en synclinal. a/ Anticlinal On appelle anticlinal un pli présentant une convexité vers le haut. Son cœur (son centre) est occupé par la couche géologique la plus ancienne (Fig.5). (les anticlinaux sont de très bons pièges à hydrocarbures). a/ Synclinal On appelle synclinal un pli présentant une concavité vers le haut. Son cœur (son centre) est occupé par la couche géologique la plus récente (fig.5). Figure 5 : Anticlinal - Synclinal 2
II/ les structures cassantes Les failles sont des déformations cassantes se traduisent par des plans de cassures suivies de déplacements des blocs. 1. Faille normale Dans le cas d une faille normale, le bloc au dessus de la faille bouge vers le bas par rapport au bloc en dessous. Ce mouvement est créé par des forces en extension et provoque un allongement (fig.6). 2. Faille inverse Dans le cas d une faille inverse, le bloc au dessus de la faille bouge vers le haut par rapport au bloc en dessous. Ce mouvement est créé par des forces en compression et provoque un raccourcissement (fig.6). 3. Faille décrochante Dans le cas d une faille décrochante, le mouvement entre les blocs de part et d autre de la faille est horizontal. Ce mouvement est créé par des forces de cisaillement. Il peut être senestre ou dextre (fig.6). Figure 6 : Les différents types de failles. III/ Nature des contactes entre les séries sédimentaires À certains endroits dans une série sédimentaire l'information fait défaut; soit que les roches ont disparu suite à l'érosion, soit que la sédimentation s'est interrompue. Ces manques, ces absences d'information correspondent à des intervalles de temps dans la succession des événements géologiques. Lorsque les formations rocheuses sont disposées régulièrement les unes sur les autres sans qu'il manque d'étages, il s'agit d'une structure concordante. Lorsqu'un étage est absent, en tout ou en partie, il s'agit d'une lacune. Une lacune suppose l'interruption provisoire de la sédimentation (lacune de sédimentation) ou une période d'érosion (lacune d érosion) d'une durée inconnue. La discordance elle, implique un arrêt de la sédimentation, un soulèvement (tectonique) suivi d'une période d'érosion puis un nouveau dépôt. 3
Discordance angulaire : Il s agit d une surface d'érosion recoupant d'anciennes séquences déformées. Elle implique le plissement ou le basculement, le soulèvement, l'érosion et la sédimentation de nouvelles couches. Les types de contacts Les coupes suivantes représentent schématiquement les divers types de contacts que l'on peut rencontrer entre différentes formations rocheuses. Les contacts sont en trait épais et l'âge relatif est symbolisé par des lettres (fig.7). Couches concordantes Lacune (non dépôt) Lacune (érosion) Discordance angulaire sur structure Discordance angulaire sur structure plissée Figure 7 : types de contacts 4
Une séquence sédimentaire transgressive continue (A à D). Le contact entre les couches A et B est concordant. Une séquence sédimentaire transgressive continue (A à D) puis insertion de magma (E) entre les couches B et C. Le sill ou filon-couche E est une intrusion concordante puisqu'elle suit la structure horizontale des couches. Le contact est normal. Une séquence sédimentaire transgressive continue (A à D) puis insertion de magma (E) à travers les couches. Le dyke E est une intrusion discordante puisqu'elle recoupe la structure horizontale des couches. Le contact est normal. Une séquence sédimentaire transgressive continue (A à D). Il y a lacune de sédimentation entre les couche B et D puisque la couche C y est localement absente. La couche C se termine en biseau. Le contact entre les couches B et D est concordant. Il y lacune de sédimentation puisque la couche C est absente régionalement mais elle apparaît ailleurs. Le contact entre B et D est concordant. 5
Une séquence sédimentaire transgressive continue (A à C et peut-être D et E), soulèvement, régression, érosion de C, transgression et sédimentation de F. Le contact entre C et F est discordant, c'est une surface de discordance. Soulèvement d'un socle (S), érosion longue, transgression et sédimentation d'une séquence sédimentaire (A à D). Le contact entre S et A est discordant, c'est une surface de discordance. Une séquence sédimentaire transgressive continue (A à D et peut-être E et F) sur un socle (S), plissement, soulèvement, érosion, transgression et sédimentation de H et G. Le contact entre G et les autres couches est une discordance angulaire. Une séquence sédimentaire transgressive continue (A à E et peut-être F) sur un socle (S), basculement, soulèvement, érosion, transgression et sédimentation de G et H. Le contact entre G et les autres couches est une discordance angulaire. Une séquence sédimentaire transgressive continu (A à D), érosion puis sédimentation de E. Le contact entre la couche E et les couches B et C est une lacune d'érosion (non une discordance) puisque les couches n'ont disparues que localement lors d'une période d'érosion de durée restreinte (sans soulèvement ni régression). Une séquence sédimentaire transgressive continu (A à C), érosion de C puis sédimentation de D. Le contact entre la couche B et la couche D est une lacune d'érosion (non une discordance) puisque la couche C, disparue ici, est présente ailleurs. 6
La succession fictive C'est une coupe schématique illustrant la plupart des types de contacts que l'on peut rencontrer entre des formations rocheuses. Les formations sont numérotées dans l'ordre chronologique de la plus ancienne à la plus récente. Les contacts sont représentés par des lettres ou des doubles lettres en rouge (ex: g). Définitions Étage: division chronostratigraphique de base correspondant à un intervalle de temps d'une durée de 5 à 6 millions d'années environ. L'étage est défini par rapport à l'affleurement type, qui sert en quelque sorte d'étalon, et que l'on nomme stratotype. Le nom de l'étage est parfois 7
dérivé d'un lieu géographique auquel on ajoute le suffixe -ien (ex: le Wisconsinien ou le Laurentien). Divisions chronostratigraphiques: Ensemble de couches auxquelles on fait correspondre des intervalles de temps. Plusieurs étages forment une série, plusieurs série un système, plusieurs systèmes un érathèmes et plusieurs érathème, un éonthème. Divisions géochronologiques: Intervalles de temps des objets géologiques. L'étage équivaux à une durée de 5 à 6 millions d'années, la série équivaut à l'époque, le système équivaut à la période, l'érathème à l'ère et l'éonthème à l'éon. Divisions lithostratigraphiques: Division basée sur les caractéristiques et la nature des terrains. La plus petite division est la couche, plusieurs couches forment un membre, plusieurs membres une formation, plusieurs formations un groupe. Régression: Retrait de la mer et émersion de zones plus ou moins vastes en raison, soit de la baisse du niveau marin (eustatisme), soit du soulèvement général du continent ou des deux combinés. Transgression: Avancée de la mer et submersion de zones plus ou moins vastes des parties basses des continents en raison, soit de la montée du niveau marin, soit de l'enfoncement du continent ou des deux combinés. Séquence transgressive: Succession ordonnée de niveau sédimentaire où les dépôts littoraux passent vers le haut à des dépôts plus profonds et inversement pour les séquences régressives. Concordance: Une formation sédimentaire reposant normalement sur des couches plus anciennes non-déformées (ni basculées, ni plissées) même s'il existe une lacune entre les deux ensembles. Discordance angulaire: Discordance entre deux séries sédimentaires dont les pendages sont différents de part et d'autre de la surface de discordance. Contact anormal: Contact entre des terrains ayant subi des déplacements du à une failles, un décrochement, un chevauchement ou un charriage. Contact normal: Contact ne résultant pas du déplacements des terrains, qu'il soit concordant ou discordant, qu'il y est lacune ou non. 8
Discordance Discordance Cambrien/Trias à Bédarieux Lorsqu'il y a interruption de la sédimentation, suivie d'une déformation (failles, basculement ou plissement) et d'une érosion, il y a discordance entre les couches (ou strates) les plus anciennes déformées et celles plus récentes, horizontales. Il existe aussi des discordances sédimentaires. Elles sont le résultat d'un changement du milieu de dépôt. Ce changement est provoqué par une variation du niveau marin. Une discordance angulaire existe entre deux couches superposées dont les pendages sont différents de part et d'autre de la surface de discordance. La série inférieure de strates a alors subi des déformations (basculement dans le cas d'une série monoclinale, plissement dans le cas d'un synclinal ou d'un anticlinal: dans ce cas c'est une discordance angulaire sur structure plissée). Certaines strates concordantes en un point, peuvent progressivement devenir discordantes : c'est une discordance progressive. Lacune Lorsqu'il n'y a pas de continuité chronologique entre deux couches, on parle de lacune. Il y a deux types de lacunes : Lacune d'érosion : l'érosion a enlevé des couches, puis la sédimentation a repris en laissant la lacune. Lacune de sédimentation : pendant la période correspondant à la durée de la lacune, la sédimentation s'est interrompue. Cela peut être dû à une régression marine. 9