Cours de Pétrologie Sédimentaire
L1 SVTE 2017
Pierre Pellenard
UFR Sc. Vie, Terre & Environnement
Université de Bourgogne
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
G - Les sédiments et roches organiques (pétrole, charbon...)
Plan général
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
Conditions environnementales
de dépôts
(ou paléoenvironnementales
pour les dépôts anciens)
Déduction des conditions post-dépôts
Les processus en jeu? (altération – érosion – transport – dépôt) : Climat, tectonique, relief, courantologie, activité biologique… Rôle de la diagenèse
Facies et nom
de la roche
(classification)
Ouvrages et liens internet :
http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.htm
Rappel cycle des roches et place des sédiments et
roches sédimentaires
Les sédiments
détritiques
(silicoclastiques
terrigènes)
Les sédiments
volcano-
clastiques
Les sédiments
biogéniques,
biochimiques et
organiques
Carbonates,
roches
biosiliceuses,
phosphates,
pétroles,
charbons
Evaporites,
roches
ferrugineuses
Les sédiments
chimiques
Conglomérats,
sables,
grès,
siltites
argilites
Tufs,
cinérites,
bentonites,
hyaloclastites,
coulées :
Altération
Resédimentation
80-85%
10-15%
65%
Diversité des sédiments et roches sédimentaires
Carte de répartition des différents types de sédiments
dans le domaine océanique
Dutkiewicz et al., 2015 Geology
1ère carte mondiale digitalisée des sédiments océaniques
Environnements de dépôts: bassins sédimentaires
(zone subsidente = préservation des sédiments)
Ex : Vallée du grand
rift africain: lac Asal
(Djibouti)
Environnements continentaux
Environnements marins
Ex : marge passive du
bassin Jeanne d’Arc
(au large du Canada)
A - Les sédiments et roches détritiques
(terrigènes ou silicoclastiques)
1 – Genèse et nature des sédiments détritiques
1.1 - 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
Roche meuble (sable)
Roche indurée (grés)
1.1 - Cycle des roches et place des roches détritiques
Place des sédiments détritiques dans les océans actuels
St Laurent
Indus Gange
Altération physique 1.2 – Formation des sédiments détritiques
Altération physique
Altération physique 1.2 – Formation des roches détritiques
Altération chimique
Les silicates sont soumis à l'hydrolyse :
silicate + H2O + CO2 => argile + Si4+ + cations + HCO3–
KAlSi3O8 + H2CO3 => Al2Si2O5(OH)4 + H4SiO4 + K+ + HCO3-
(K-feldspath) (kaolinite)
Altération chimique
Les roches sont soumises à l’oxydo-réduction: Fe2+ → Fe3+
Altération chimique
Potentiel ionique Z/r qui détermine le comportement des ions face à l’hydrolyse (H2O)
Agencements des tétraèdres et des octaèdres en feuillets
exemple de la kaolinite (1/1 ou TO)
Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux
Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux
Produits de l’hydrolyse : les minéraux argileux
Exemple de chlorite au MEB Exemple de kaolinite au MEB
Rôle capital du climat
Altération mécanique dominante
Feldspaths Micas
Muscovite Biotite Chlorite
Illite
Vermiculite Smectite
Chlorite secondaire
Kaolinite
Gibbsite
Hydroxides d’Al
Bisialitisation (2/1)
Monosialitisation (1/1)
Allitisation
Minéraux originels
(roches mères)
Altération variable selon le climat (+relief et substrat)
Sol développé (Chine du sud) Chaos granitique 1.8 Ga
(Devil Marble Australie Centrale)
Profil d'altération d'une grano-diorite
Altération chimique des roches mères
1.3 – Les minéraux et leur altération
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
+
-
RE
SIS
TA
NC
E
Nature minéralogique des grains des roches détritiques
Différents types de sables
Sable siliceux (quartz)
Sable coquillier Sable « noir »
(minéraux sombres)
Sable « vert »
(olivine, glauconite)
Quartz (LPA) Quartz et feldpaths (LPNA)
si
Fragments lithiques
(=débris de roches
Ex: granite, gneiss,
basalte, schiste,
calcaire…)
Micas (muscovite,
biotite)
- souvent déformés
- marque le litage
ém
ou
ssé
Indice d’émoussé
Morphologie des grains : l’usure (émoussé) témoin du transport
1.4 – Les textures et la maturité
Grains non usés (NU) Grain émoussé luisant (EL)
Grains rond mat (RM)
Figures de dissolution
Précipitation de silice
Exoscopie
Morphologie des grains : l’aspect, témoin de l’environnement
La fabrique texturale ou texture
Fabrique sédimentaire : imbrication de galets = analyse des paléocourants
La fabrique texturale ou texture
Fabrique à support par matrice
Fabrique à support par grains
La fabrique texturale ou texture
Grés à litage plan
Stratifications planes sur une plage Actuel,
Santa Cruz, Californie, USA
La fabrique texturale ou texture
Grés à litage oblique
Grés à HCS (figures de tempestites)
La fabrique texturale ou texture
Grés bioturbé (bioturbation = traces d’organismes)
La maturité d’une roche détritique
TEXTURE MINERALOGIE MATURE
IMMATURE
- matrice absente,
présence d’un ciment
- grains émoussés
- bon classement
- matrice abondante
- grains anguleux
- taille des grains
hétérogène
- Quartz domine
(quartzarénite)
- Minéraux lourds
résistants (zircon,
tourmaline)
- Feldpaths abondants
(arkose)
- Fragments lithiques
abondants (litharénite)
- Minéraux
ferromagnésiens
(olivine, pyroxène, …)
1 – Genèse et nature des sédiments détritiques
1.1 - 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
Blocs erratiques
2 – Les classifications utilisées
2.1 – La granulométrie
Courants éoliens turbides
formant les loess
Poussières éoliennes
du désert
grés
La classification granulométrique
2.2 – Les rudites (bloc/conglomérat)
Orthoconglomérat oligogénique
Paraconglomérat à matrice non
laminaire = tillite
Classification des conglomérats et brèches d'après Prothero & Schwab (1996)
A = Orthoconglomérat
B = Paraconglomérat
Conglomérat extraformationnel
Conglomérat intraformationnel
Dropstones Tillite
Dreikanter = galet façonné par le vent
2.2 – Les arénites (sables/grés)
Classification des sables
d’après Pettijohn et al., 1987
Quartz à nbx inclusions
Feldspath
Ciment
calcitique
poecilithique
zircon Ciment siliceux
Qm
Qm
Qm
Qm Qm
- Abondance de Qm propres
- Mx lourds fréquents
- Figures pression-dissolution
- Porosité variable (IR ou IIR)
Les quartziques (quartzarénite) Porosité (air, eau,
pétrole, gaz)
Auréole de croissance
syntaxique
Sable fluviatile, Précambrien, à microcline et orthoses séricitisées (Fds)
mi
Fds
Fds
Fds
Les arkoses
Sable fluviatile, Cambrien, Espagne, effet de la compaction
Les litharénites
LPNA LPA
Présence de Quartz, Feldsapth, fragments lithiques enrobés dans une
matrice de chlorite et de quartz silteux
Turbidite silurienne d’Ecosse
Les Grauwackes
2.4 – Les lutites (silt/siltite, argiles/argilites)
Classification des « mudrocks » selon
Lundegard & Samuels (1980)
siltite
siltite argileuse
shale
argilite
Caractérisation & classification
Minéralogie : DRX, MEB, MET, IR
Géochimie : majeur et traces
Propriétés pétrophysiques,
géomécaniques : CEC,
Podzol
Bisiallitisation
Monosiallitisation
Allitisation
Influence climatique
sur la formation des
argiles et leur
distribution
1 – Genèse et nature des sédiments détritiques
1.1 - 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
3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts
Domaine continental
Littoral Domaine marin
3 – Les environnements associés et l’évolution des dépôts
3.1 – Sur les continents
Cônes alluviaux
Tillite, moraines
Montagnes – plateaux – plaines - vallées - domaine littoral
Dépôts
sédimentaires
Agents
transport
dominants
Environnements
glaciers lacs
estuaires
deltas
plages
lagunes
fleuves
rivières
déserts
glace/eau/gravité vent vent/eau eau/gravité
Dunes éoliennes
Erg, reg
Dépôts lacustres
Dépôts fluviatiles
Sebkha
Gilbert delta
Dépôts tidaux
Cordons sableux
3.1 – Sur les continents : environnements glaciaires
Dépôts morainiques
3.1 – Sur les continents : environnements glaciaires
tillite
3.1 – Sur les continents : système montagneux (influence du gravitaire)
Exemple d’éboulement récent en Italie du Nord
3.1 – Sur les continents : les cônes d’éboulis et cônes alluviaux
3.1 – Sur les continents : environnements désertiques
Accumulation de sable : erg
Dunes en barkhane
Accumulation de blocs : reg
VENT
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)
MEB Loupe binoculaire
3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile
Réseau fluviatile en tresse, Inde
Réseau fluviatile à méandres, Brésil
Erosion et remplissage d’un chenal fluviatile (Estérel, Permien)
3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile
3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile
3.1 – Sur les continents : domaine fluviatile
Grain émoussé luisant (EL)
grés fluviatile (arkose), Précambrien, à
microcline et orthoses séricitisées (Fds)
Grés fluviatile, Cambrien, Espagne, effet
de la compaction
3.1 – Sur les continents : domaine lacustre
Les dépôts varvaires (lacs)
3.1 – Sur les continents : domaine lacustre
3.2 – Dans le milieu marin
Shoreface Foreshore
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
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
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
3.2 – Dans le milieu marin: le plateau continental (canyon sous-marin)
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
Debris flow
3.2 – Dans le milieu marin: domaine estuarien et littoral
Turbidite silurienne d’Ecosse
(grauwacke)
Répartition des minéraux argileux dans le domaine océanique
3.2 – Dans les océans: milieu marin profond (domaine bathyal-abyssal)
d
d
d
3.3 – La diagenèse
quartzite grès sable
galets
schiste, ardoise
silt
argile
siltite
argilite
conglomérat conglomérat quartzitique
diagenèse métamorphisme
diagenèse métamorphisme
diagenèse métamorphisme
Les différents stades de la diagenèse
Pour les arénites:
Compaction : évolution de la porosité
Pour les arénites: lithification par cimentation (compaction + fluides)
gD cS
cS cS
cS
gD
Pour les arénites: compaction : pression-dissolution = libération SiO2
Pour les lutites: compaction : expulsion d’eau - transformation minéralogique
Pour les lutites: compaction : expulsion d’eau - transformation minéralogique
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