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TP Pétrologie sédimentaire
Introduction
BOUR Ivan
Laboratoire de géologie de Lyon
Université Claude Bernard Lyon 1
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2 grandes catégories
Roches sédimentaires Roche exogènes qui représentent 5 % en volume de la croûte
terrestre et en couvrent 75 % de la surface
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
3 grandes catégories selon leur mode de formation :
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
Classification des roches sédimentaires selon leur composition : - Roches silicoclastiques, - Roches carbonatées, - Evaporites, - Roches volcanoclastiques ou pyroclastiques, - Roches carbonées, - Roches siliceuses, - Roches manganésifères, - Roches phosphatées,…
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Volcano-
clastiques
Silico-
clastiquesCarbonatˇ es
Carbonˇ es
(et autres)Evaporites
Sans grainsAvec grains
(Provenant de
roches
prˇ existantes)
Fragments
lithiques
(Coquilles
Tests
Os
etc.)
Fragments
biog¸ nes
(Carbonates
Sulfates
Chlorures
etc.)
Prˇ cipitˇ s
chimiques
Fragments
de minˇ raux
(Quartz
Mica
Feldspath
etc.)
Clˇ de dˇ termination des principales familles des roches s ˇ dimentaires
D'apr¸ s Nichols, 1999, simplifiˇ
Fragments de minéraux
Carbonates Carbonates
Précipités chimiques
Fragments biogènes
Clé de détermination des principales familles de roches sédimentaires
D’après Nichols, 1999, simplifié
Principaux objectifs de l’étude des roches sédimentaires : La reconstitution des paléoenvironnements et de la paléogéographie,
Comprendre le mode et le contexte de dépôt, Information sur la tectonique et le climat.
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
• bloc / gravier conglomérat ou
brèche
• sable grès
• silt shale
• argile argilite
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
Sédiment meuble Roche
lithification
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
• bloc / gravier conglomérat ou
brèche
• sable grès
• silt shale
• argile argilite
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
• bloc / gravier conglomérat ou
brèche
• sable grès
• silt shale
• argile argilite
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
• bloc / gravier conglomérat ou
brèche
• sable grès
• silt shale
• argile argilite
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
Les roches sédimentaires chimiques se forment par la lithification des précipités chimiques (organiques ou inorganiques). La plupart de ces roches ne contiennent qu'un minéral important:
• sel gemme (halite, NaCl)
• gypse (gypse, CaSO4 · 2H2O)
• chert (minéraux de silice amorphes, SiO2)
• phosphate (apatite, Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))
• […]
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
• sel gemme (halite, NaCl)
• gypse (gypse, CaSO4 · 2H2O)
• chert (minéraux de silice amorphes, SiO2)
• phosphate (apatite, Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))
• […]
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
• sel gemme (halite, NaCl)
• gypse (gypse, CaSO4 · 2H2O)
• chert (minéraux de silice amorphes, SiO2)
• phosphate (apatite, Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))
• […]
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
• sel gemme (halite, NaCl)
• gypse (gypse, CaSO4 · 2H2O)
• chert (minéraux de silice amorphes, SiO2)
• phosphate (apatite, Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))
• […]
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
• sel gemme (halite, NaCl)
• gypse (gypse, CaSO4 · 2H2O)
• chert (minéraux de silice amorphes, SiO2)
• phosphate (apatite, Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))
• […]
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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Les roches biogéniques résultent de la lithification de sédiments organiques ou de sédiments riches en matières organiques
roches sédimentaires détritiques terrigènes roches sédimentaires chimiques roches sédimentaires biogéniques
LES PRINCIPALES ROCHES SEDIMENTAIRES
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IDENTIFICATION DES CONSTITUANTS
Composition – texture - structure
Composition : • Grains composants les plus grossiers (>20-30 µm)
minéraux, fragments de minéraux, fragments lithiques, fragments organogènes (bioclastes), macro ou micro fossiles, grains enrobés, péloïdes.
• Matrice fraction fines qui entoure les grains (<20-30 µm), • Porosité espace entre les grains non comblé, • Ciment cristaux remplissant la porosité postérieur à la
formation de la roche. Important : Les grains se déposent en 1er, la cimentation est un processus post-dépôt.
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Les différents constituants d'un calcaire ou d’une roche détritique en lame mince sont :
- les GRAINS (=éléments figurés =corpuscules),
- la MATRICE (=la boue qui s'est infiltrée entre les grains, pendant le dépôt),
- le CIMENT (=la calcite ou l'aragonite qui précipite entre les grains après le dépôt)
- et la POROSITE (qui peut être emplie d'eau, d'air, d'hydrocarbures). Dans le schéma ci-dessus, la porosité est représentée en bleu.
IDENTIFICATION DES CONSTITUANTS
grains; matrice; ciment; porosité
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Texture : • Proportion entre grains, matrice, ciment, porosité, • Grains (grain-supported) ou matrice (mud-supported) supportant la charpente de la roche, • Taille des grains granulométrie, • Forme des grains la taille et la forme peuvent donner une
indication du type de transport, • Tri granulométrique des grains plus le tri est efficace, plus le transport a été long (Rque : pas toujours vrai on peut avoir
des grains de différentes tailles mais avec le même poids), • Dureté des grains.
IDENTIFICATION DES CONSTITUANTS
Composition – texture - structure
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Texture : • Proportion entre grains, matrice, ciment, porosité, • Grains (grain-supported) ou matrice (mud-supported) supportant la charpente de la roche, • Taille des grains granulométrie, • Forme des grains la taille et la forme peuvent donner une
indication du type de transport, • Tri granulométrique des grains plus le tri est efficace, plus le transport a été long (Rque : pas toujours vrai on peut avoir
des grains de différentes tailles mais avec le même poids), • Dureté des grains.
IDENTIFICATION DES CONSTITUANTS
Composition – texture - structure
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IDENTIFICATION DES CONSTITUANTS
Composition – texture - structure
Structure : Organisation des grains de la roches
- variation de la taille des grains, - lamination (plane-parallèle, onduleuse, … - bioturbation : trace d’activité d’organisme, - tapis microbiens
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Roches carbonatées
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Notion de microfaciès sédimentaire
Les roches carbonatées peuvent être classées en fonction de leur : - composition chimique ou minéralogique,
- propriétés physiques comme leur porosité, - texture, matrice ou ciment et grains.
CLASSIFICATION DES ROCHES CARBONATEES
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CLASSIFICATION DE FOLK Allochems
On considère que les constituants majeurs des calcaires sont : - les "allochems" (grains, corpuscules, éléments figurés) : * les intraclastes : sédiments remaniés; * les pellets : grains ovoïdes de micrite de taille inframillimétrique ; * les oolithes ; * les fossiles, bioclastes et grains squelettiques ; - la matrice (micrite) ; - le ciment (sparite).
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CLASSIFICATION DE DUNHAM Orthochems
Constituants originaux
non cimentés pendant la
sédimentation
Grains non jointifs Grains jointifs Grains jointifs et absence de micrite
Mud-supported Grain-supported
Grain-supported D’après Boulvain (http://www2.ulg.ac.be/geolsed)
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EXEMPLE
mudstone (la boue calcaire ou matrice est
seule présente)
wackestone à globigérines
packstone à brachiopodes grainstone à ooïdes
Clic
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Roches détritiques (ou silicoclastiques)
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CLASSIFICATION DES ROCHES DETRITIQUES
Taille des grains
Roche non consolidée Roche consolidée (mm)
CAILLOUTIS ET BLOCS
GRAVIER
Très grossier
Gross ier
Moyen
Fin
Très fin
SILT
ARGILE
CONGLOMERAT
MICROCONGLOMERAT
Très grossier
Gross ier
Moyen
Fin
Très fin
SILTITE
ARGILITE
SABLE
GRES
10
2
1
0,5
0,25
0,125
0,063
0,002
Classe
RUDITES
ARENITES
LUTITES
Classification d’Udden et Wentworth
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Classification de Pettijohn et al., 1987 : critères minéralogiques vs pourcentages de matrice
Le petit triangle à droite suggère une classification des greywackes lithiques sur base de la nature des fragments rocheux
CLASSIFICATION DES ROCHES DETRITIQUES
litharénite
D’a
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Classification de Pettijohn et al., 1987 : critères minéralogiques vs pourcentages de matrice
Le petit triangle à droite suggère une classification des greywackes lithiques sur base de la nature des fragments rocheux
CLASSIFICATION DES ROCHES DETRITIQUES
litharénite