Livres de référence - Cercle de Géographie et Géologie

Transcription

Initiation à la GEOLOGIE (GEOL-001)
Livres de référence :
•
•
I.
Dercourt & Paquet – Géologie et méthodes – Ed. DUNON.
M. Mattauer – Ce que disent les pierres – Biblio. Pour la Science.
La notion du temps en géologie : le temps profond.
Pourquoi introduire une notion de temps ? Car c’est l’un des buts premiers des géologues,
c’est-à-dire reconstituer l’histoire de la Terre depuis son origine à maintenant. Pour ce faire
les notions de temps sont vitales. La géologie étudie la Terre dans le temps et dans l’espace
(géographiquement).
I.1
Echelle de temps
La Terre à approximativement 4.6 milliards années. La Terre, comme les autres planètes
internes (solides) s’est formée par agrégation de planètisimaux (planètes primaires formée par
agrégation de matière de l’Univers primitif, de 1 à 10km de diamètre). Il a fallut environ
100Ma pour ce faire.
La dernière hypothèse en date pour expliquer la formation de la Terre telle qu’elle est ainsi
que la Lune consiste en :
• Entre 4.6 et 4 milliards d’années il y a eu des bombardements massifs de la Terre dus
à la forte concentration de planetisimaux dans l’espace à cette époque là..
• La Lune serait apparue lors d’un choc avec un objet d’un volume faiblement inférieur
à celui de la Terre. Cet objet était probablement composé de deux sphères
concentriques, l’une, le manteau serait devenu la Lune et l’autre, le coeur, se serait
agrégé à la Terre (4.5 milliards d’années).
Pourquoi y a-t-il une coupure de l’échelle de temps à 540 Ma ?
La période regroupant l’histoire de la Terre de 540Ma à aujourd’hui s’appelle le
PHANEROZOIQUE1.A partir de cette date, la vie laisse de nombreuses traces sous forme de
fossiles . On commence à y voir des fossiles car les êtres vivants se dotent de squelettes
internes ou externes et laissent donc des traces dans la roche.
Stromatolites (+- 3500 Ma), algues bleues vertes. Ne permettaient toujours pas de savoir d’où
vient la vie, on pose donc toutes les hypothèses : la vie vient de l’espace (exemple).
Dans la vue en horloge de 24h du temps :
• 1h
=
191.667 Ma.
• 1min =
3.194 Ma.
• 1sec =
53241 ans.
o A 0h apparaît la Terre.
o Entre 0h et 20h49 – Précambrien ou Aphanerozoïque2.
o Entre 20h49 et 22h43 – Paléozoïque.
1
Phaneo = visible, Zoique = être vivant, Période à laquelle on voit des êtres vivants.
A = non, Période à laquelle on ne voit pas d’êtres vivants. Ce terme n’est pas approprié. La vie n’a pas laissé de
fossiles faciles à identifier (pas de squelette dans les organismes)
2
Thomas LECOCQ - GEOL-1
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o Entre 22h43 et 23h40 – Mésozoïque.
o Entre 23h40 et 23h59m29s – Tertiaire.
o 31 dernières secondes – Quaternaire.
L’apparition de la vie hors de l’eau sur Terre se fait au Silurien et Dévonien. On retrouve des
organismes marins, coraux, coquillages au Paléozoïque et les grands organismes au
Mesozoïque. La Terre à subit de nombreuses extinctions massives de la vie à sa surface :
o 245Ma – Extinction en masse, 80 %des familles disparaissent (cas école des
extinctions).
o 65Ma –Extinction des grands reptiles (Dinosaures) – Probablement un impact de
météorite de 25 à 30 km de ∅ à Chixulub (Yucatan).
o Fin Dévonien – Extinctions – Frasnien / Faménien.
o Ordovicien – Extinctions.
I.2
Méthodes d’établissement de cette échelle.
Il existe deux méthodes :
1)
Méthode Physique et Chimique : datation absolue
On utilise la radioactivité naturelle de certains éléments qu’on trouve dans les roches. Ce
procédé n’est applicable que depuis la seconde guerre mondiale(pas de spectromètre avant).
Valable pour les roches magmatiques et métamorphiques et rarement sur les roches
sédimentaires. Pour appliquer cette méthode on a recourt à la chronologie ou datation absolue.
Roches Magmatiques :
Magma – Liquide extrêmement visqueux soumis à des pressions extrêmes
sous la lithosphère (dans l’asthénosphère). Les magmas se dégazent
lorsqu’ils montent et arrivent à la surface..
Volcanique – Celles qui arrivent en surface et qui se répandent par coulée
ou par explosion , refroidissement rapide – Exemples : Basalte, andésites,
…
Plutoniques – Celles qui arrivent par épandage dans le sous-sol, se
forment en profondeur => refroidissement lent – Exemple : Granites, …
Roches Sédimentaires :
Roches formées par l’érosion (rivières,…). Il y a des sédiments (=roches
provenant de la destruction des continents) dans le fond de toutes les
mers. L’accumulation des sédiments forme des roches sédimentaires.
2 types de roches sédimentaires :
1) Terrigènes ou détritiques :accumulation de roches préexistantes qui ont été
arrachées aux terres émergées (érosion) et déplacées mécaniquement.
2) Biogènes :origine du vivant
Roches Métamorphiques :
Magmatiques ou sédimentaires qui ont subi de nouvelles conditions de P
et/ou T, recristallisation à l’état solide – Exemple : Gneiss.
En Belgique on trouve presque exclusivement des roches sédimentaires.
Un tout petit peu de roche Volcanique : dans le Calédonien, à la tendite de la Nelle au Mont
Riggi et à Quenast.
Ainsi qu’un peu de métamorphique en Ardennes et Brabant.
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2)
Méthode basée sur la paléontologie.
Technique basée sur l’observation des événements biologiques dont les témoins sont les
fossiles. Cette méthode est donc valable pour les 550 derniers Ma. Pour appliquer cette
méthode on à recourt à la chronologie ou datation relative. Les âges ne sont pas exprimés en
valeurs temporelles, juste en « plus jeune » / « plus vieux ». On remarque donc l’importance
de la, ou des couches où l’on trouve les fossiles.
On applique donc la méthode naturaliste. Elle se compose de deux éléments, l’analyse de la
géométrie et du contenu en fossiles. L’élément de base est donc le terrain. Grâce à cette
méthode on arrive à l’échelle stratigraphique (résultat d’un travail commun entre plusieurs
pays industrialisés), c’est-à-dire l’établissement d’une zonation couche à couche. C’est la
méthode où l’élément de base est le terrain. 1) Observation de la géométrie et du contenu
fossile et 2) Conclusion, affinage de l’échelle stratigraphique.
Historique
D’un point de vue historique les fondements de cette échelle ont été établis par des géologues
anglais à la fin du 18ième siècle.
Hutton – Un des premiers à comprendre que ce qu’on regarde aujourd’hui
est une clé pour comprendre le passé. [Principe des Causes Actuelles – ou –
Actualisme]. « si l’on regarde ce qui se passe actuellement ,c’est la même
chose qu’avant »
Smith & Leyll – 1839, ils publient un livre : « Elements of Geology »
reprenant un tableau général des « Fossiliferous Strata ». S&L ont jeté les
bases de ce qui est utilisé aujourd’hui.
Tertiary
• Newer Pléocène
• Older Pléocène
• Miocène
• Eocène
Cretaceous
• Chalk
• Greensand
• Wealden
Olitic
• Upper
• Middle
• Lower
• Lias
Upper New Red
• Sandstone
• Muschelkalk
Carboniferous
Primary Fossiliferous
• Upper silurien
• Cambrien
Cette échelle correspond approximativement à l’échelle que nous connaissons aujourd’hui !
La méthode naturaliste ne pourrait pas être plus précise alors que celle-ci peut encore évoluer.
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I.3
La géochronologie absolue
a)
Définition
On appelle géochronologie absolue l’ensemble des méthodes de datation des minéraux et des
roches par les techniques radiométriques basées sur la désintégration radioactive d’éléments
naturels. !! La datation absolue s’applique plus facilement aux roches magmatiques et
métamorphiques qu’aux roches sédimentaires.
Les âges sont dits « absolus » car ils sont exprimés en unité de temps (Ma, 100ka). C’est le
temps exact qui c’est écoulé entre la formation d’une roche (/minéral) et le temps présent
(1950). On peut dater soit la roche soit les minéraux, constitutifs de la roche.
La roche :
-
Assemblage, agrégat de minéraux.
Il n’y a jamais un grand nombre de minéraux différents (4-5) dans une roche
magmatique. Les causes sont les lois de la thermodynamique.
Eléments Majeurs : >1%
SiO2 , TiO2 , Fe2O3 , Al2O3 , MgO , CaO , Na2O , K2O , (H2O) composent ~98%
Eléments Mineurs :
S et P ( entre 0.1% et 1%)
Eléments de trace :
Au. Présents à l’état de traces : < 0.1%. On compte aussi en ppm (part par million)
(1g/tonne).
Minéral :
chimique).
Substance naturelle qui possède une structure atomique ordonnée (nom + formule
Exemple :
Minéral
NaCl
Nom
Halite
Roche
Syst. cristallin
Cubique
CaCO3
Calcite
Calcaire (100%)
Rhomboédrique
CaMg(CO3)2
Dolomite
Dolomie
SiO2
Quartz
Origine : De Dolomien
Très résistant. Dureté 7
Le granite est une roche formée par 5 ou 6 minéraux majeurs (
Minéral
Quartz
Composant
SiO2
Feldspath
Aluminosilicates Al,
Si, [K2OAl2O3 6SiO2]
Remarque
Face à haute symétrie
5 ou 6 ϕ)
Clivage
Pas de clivage
cassure conchoïdale
Bons clivages ?????
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Remarque
Aspect glauque
Vaste famille, un ou
deux par roche.
Mica
Blanc : Muscovite
Noir : Biotite
Phyllosilicates
Pyroxène
Amphiboles
Exemples :
Le granite rose (roche magmatique) :
C’est une roche qui a été refroidie lentement dans le temps – 1 temps de cristallisation
2 temps de cristallisation (roche volcanique) :
Les grands cristaux se forment dans la chambre magmatique et les petits se forment lors du
brusque refroidissement lors d’une éruption.
Obsidienne :
C’est un verre volcanique de composition basaltique refroidie extrêmement rapidement. Les
cristaux n’ont pas eu le temps de se former.
On notera qu’il est possible d’avoir des zonations dans les cristaux (ex : Feldspaths, …).
Une zonation est un changement chimique de la composition du cristal au cours de sa formation
Dans les minéraux mineurs qui composent les roches granitiques on notera : l’apatite et les
sulfures, on les nomme « minéraux accessoires ».
Bref Historique
Fin 19ième on pensait que la Terre avait entre 10 et 100 Ma.
La première méthode utilisée pour dater était de se baser sur l’épaisseur des couches, et ainsi
estimer le temps que prenait une couche pour se former. Cette méthode était fausse car on sait
que les dépôts dans les fonds marins ne se font pas de manière uniforme et il existe des séries
condensées et compréhensives.
La seconde méthode établie par Lord Kelvin était basée sur le degré géothermique, on savait
que dans les mines la température augmente de 30°C / 1000m, il a donc estimé le
refroidissement des roches en partant du postulat que la terre avait une surface liquide à sa
naissance : 80 Ma. L’erreur dans le calcul de Kelvin provient du fait que la terre ne chauffe
pas car elle est en fusion, mais parce qu’elle subit la désintégration radioactive de K, Th et U
en son centre.
Le troisième raisonnement = recyclage du NaCl consistait à partir du postulat suivant : à
l’origine il n’y avait pas de sel dans la mer, en calculant la quantité de sel dans la mer et en
faisant le rapport avec la quantité de sel dans les cours d’eau, on peu estimer le temps.
L’erreur commise était qu’une grande partie (50%) du Cl des rivières à subit l’évaporation
avant d’atteindre la mer. La seconde erreur est que il y a beaucoup de Cl piégé dans les
sédiments (évaporites).
En 1905 Rutherford fait le lien entre la radioactivité et la désintégration. Il estime
rapidement l’âge de la terre >500Ma.
En 1910 Baltwood estime le carbonifère à 340Ma et le Dévonien à 370 Ma, il a aussi trouvé
des minéraux précambriens >1 milliard d’année. Il effectue ses calculs sur des gisements
d’Uraninite (UO2 PbO2).
Jusque dans les années 1950 on effectue des datations par des raisonnements indeppas( ??)
sur le U, Th, …
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Il faudra attendre la fin de la guerre (1950) pour qu’on ait la possibilité d’étudier uniquement
certains isotopes indépendamment des autres. Pour ce faire on utilise un spectromètre de
masse3.
A l’ULB depuis 1950 il y a une équipe dirigée à l’origine par Picciotto (géol.chim.) et Cahen
(géol.Zaïre). Actuellement c’est Demaiffe et Liegeois (AC) qui dirigent le département.
b)
Principes de la mesure radiométrique :
On étudie le changement spontané du nombre de n° et p+ de nuclides instables (radio éléments
naturels).
Exemple : Nuclide père = U, Nuclide fils = Pb.
235
U … … … … 207Pb.
λ = 9.72 10-10 an-1
τ = 0.713 Ma
Rayonnements :
α:
(noyaux d’He) très petites distances (qques 10aines de µm)
β:
(e-) pareil β+ et βγ:
(photons) grandes distances, mais pas des km s’il sont émis à l’intérieur de la
croute et se transforme en chaleur.
Cinétique :
N = nombre d’atomes instables présents dans le système au temps T.
λ = constante de désintégration.
N0 = nombre d’atomes au temps initial (= moment où la roche ou le minéral se forment)
λN = −
∫
dN
dt
λdt = ∫ −
N0
= λt
N
N T = N 0 e − λt
ln
3
Voir chapitre I.3.f
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dN
N
Par spectro :
t = 1 ln N0
λ NT
1 N0
t=
λ NT
t=
1 (N P + N F )
ln
NP
λ
N Fils = N Père (e λt − 1)
τ 1 / 2vie ⇒
τ =
c)
N0
=2
NT
1
0.69325
ln 2 =
λ
λ
Principaux couples utilisés :
Différents nuclides radioactifs peuvent être intégrés dans les roches ou dans les minéraux lors
de leur formation.
1) Méthode U / Pb
238
U
235
U
232
Th
206
Pb
207
Pb
208
Pb
τ = 4.53 109 ans
τ = 0.713 109 ans
τ = 13.85 109 ans
L’âge de la terre à été calculé grâce à cette famille
2) Méthode K / Ar
Isotope 40K = 0.119% du K naturel
40
88.3%
11.7%
40
K
K
40
40
Ca + β
Ar + γ
pas intéressant
τ = 1.27 109 ans
3) Méthode Rb / Sr
Isotope 87Rb = 27% Rb naturel
87
Rb
87
Sr + β
τ = 4.99 109 ans
4) Méthode Samarium / Néodyme Sm / Nd
5)
14
Carbone
Les rayons cosmiques réagissent avec le 14N dans la haute atmosphère
14
N + n1 14C + 1 p+
τ = 5750 ans
On peut donc dater des événements au maximum à 50.000 ans (Quaternaire récent). Il y a
malgré tout un problème, le taux de bombardement varie dans le temps. (Par exemple le
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taux d’ensoleillement est variable dans le temps). On calcule le rapport 14C/12C par la
méthode Th.
d)
Conditions de validité des mesures :
1) Un élément radioactif doit être intégré à la structure du minéral lors de la cristallisation.
Ex : Zircon, minéral accessoire des roches magmatiques (qques 10aines de µm), ZrSiO4.
Zr (U,Th) SiO4, presque toujours présent dans les roches. Un site sur 100 occupé par un
uranium. L’U-Th peut remplacer le Zr quand celui-ci commence à cristalliser. Note : voir
photos du zircon au microscope électronique à balayage (MEB). Blanc = plomb, résultat
de la désintégration des U. On peut aussi voir des cercles concentriques, ce sont les
barrières d’arrêt des émissions radioactives lors des désintégrations.(α).
2) L’élément fils stable doit être conservé dans son intégralité (système fermé).
Exemple : le plomb se met dans les fractures de Zircon car il ne rentre pas dans les
espaces jadis réservés par les U. Ex : PbS2 (galène). Note : K / Ar : pas de réchauffement
de la roche car Ar(g) et K.
3) L’élément fils doit être absent au moment de la fermeture du système. Ex : Zircon – il ne
peut y avoir de Pb au moment de la cristallisation.
f)
Le spectromètre de masse :
But : Séparer chimiquement les éléments (isotopes) et il détermine la tenneur en isotopes
demandés.
I.4
La datation relative
a)
Le principe de superposition : Cas des couches horizontales
Principe : Une couche sédimentaire est plus récente que celle qu’elle recouvre.
Note : Pour faire une carte géologique, on étudie le terrain à grande échelle. Ex : le bassin
de Paris. Ce relief présente un léger synclinal. On distingue trois couleurs :
rose
Trias
bleu
Juras
vert
Crétacé
Ces roches sont du mésozoïque.
On a donc fait une carte pédologique : on fait abstraction des Loess (même ceux de 20m).
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Exemple de couches horizontales : exemple : crétacé.
Composé à base de craie (Normandie, ???, Champagne => Bassin Aquitain, Bassin Parisien ).
Craie : roche blanche, pas très dure, peu indurée, (indurée = meuble = lapidifiée), formée
essentiellement de tout petits cristaux à base d’organisme vivants. C’est donc une roche
biogène et chimique. (S’oppose au terrigènes (qui se forment par érosion) et détritiques)).
La craie est formée essentiellement de calcite (CaCO3). On y trouve des microfossiles (du
plancton) :
Coccolithophoridés => CRAIE :
Algues photosynthétiques – phytoplancton. « coccolithes ». Tailles ~10µm.
-
Foraminifères :
Tailles : plusieurs mm. On trouve … dans la …. Ce sont des unicellulaires :
Zooplancton.
-
Macrofossiles :
Oursins
Belemnite (ros ???)
Amonite.
La craie est formée de CaCO3 et de MgCO3 (dolomie). On trouve aussi des niveaux de
concression en silices. Silex = cherts. Cela se forme par enfouissement et non pas au moment
de dépôts très doux au départ la silice est non-cristallisée.
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Coupe du facies crayeux de la carrière d’Haubourdin
1) Terre Arable
2) Limons (marlette)
3) Craies blanches à silex
Silex en rognon
Silex en barre
4) Craies noduleuses à glauconie
5) Craie argileuse
6) Marnes crayeuses « dièves » bleues
1) Terre Arable
Terre cultivée. (dm)
2) Limons (marlette)
Mélange homogène (½ - ½) (1.5m) d’argile et de carbonates. Effet de surface :
Marlette.
3) Craies blanches à silex
9m de craie blanche lithée. On observe de faibles variations de composition et de
structures parallèlement au lithage. Bancs : ~10ainecm d’épaisseur. Rognons :
correspond à des niveaux où le plancton siliceux était plus abondant (Changement
climatique ~ évênenement).
4) Craies noduleuses à glauconie
1m de craie noduleuse verdâtre à cause d’un minéral : la glauconie). Néoformée
(pas détritique). Contient du K datation par la méthode Ar / K.
5) Craie argileuse : 3.5m
6) Marnes crayeuses « dièves » bleues
Toutes ces roches réagissent avec de l’HCl dilué.
Pourquoi faire un tel schéma ? Cela définit un langage international.
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/!\ Attention aux encorbellements.
Symboles lithologiques :
Conglomérats :
Brêche
Poudingue
Grès, sables
2mm > x > 63µm
Marnes
Calcaires
Argiliste altération de la
roche liguée.
(Ex : Feldspaths, kaolin)
Stromato (intégration de
fossiles)
La notion de facies :
On appelle facies la somme des caractères litho (lithofacies) et bio (facies paléontologique)
d’un dépôt sédimentaire.
On formule deux suppositions :
1)
Couche horizontales à l’origine. Les couches les plus jeunes sont les +
proches de la surface
2)
Aucune déformation n’est survenue depuis le dépôt des couches.
Limites de validité
On ne peut pas appliquer le 1ier principe de manière aveugle :
On étudie un région fortement plissée dans laquelle on trouve un niveau repère : c’est-à-dire
une roche dure.
On détermine quel est l’ordre de succession d’origine – quelle est la polarité. Si les couches
ont leur succession d’origine – couches normales, sinon « inverses ». Les couches peuvent
être complètement retournées à cause des boulversements géologiques.
Critère de polarité
Techniques pour déterminer la polarité (haut-bas) :
Ordre bio – trouver un arbre (charbon) ou bien trouver des organismes qui
creusent la roche, ou des organismes en position de vie (assez rares).
Géopète (ou structure géopétale).
Coquillage
1. Fond de la mer et sédiments
2. Soit cela reste vide soit il se forme de la calcite
3. Calcite blanche
4. Rouille - Grès
Granulo classement vertical
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Turbidites
b)
Le principe de continuité
Une couche sédimentaire limitée par un plancher et un toit et définie par un facies donné est
de même âge en tous ces points. On peut faire des corrélations à distance.
Exemple des sables de Fontainbleau :
Facies homogène – sable à lentilles de grès.
2 sols
a.
changement latéral de facies, pour prouver cela il faut trouver des fossiles de même
âge.
b.
quelque chose c’est peut-être déposé (ou érodé) : hiatus4. pas de continuité.
Limites de validité du principe :
Pas applicable si on a le lithofacies uniquement.
Plus on remonte dans le temps, moins on a de fossiles.
NB : Fossile de méduse : Faune d’Ediacara (~800 Ma).
c)
Principe d’identité paléontologique
(signification des fossiles).
o 1er principe : (Smith 1815)
Deux couches ou deux séries de couches de même contenu paléontologique ont le même
âge.
4
Interruption (manque)
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Ex : Marnes dièves (bleues) caractérisées partout par un brachiopode « Terabratulina
rigida ». Ce sont donc des fossiles stratigraphiques.
Dans le Dévonien belge : l’étage Giventien est caractérisé par « Stringocephalus Burtini »
et le Couvinien (ou le Eifelien) par « Calciola Sandalina ».
Une plateforme carbonatée comme le Givetien peut se former grâce à un conglomérat de
base qui précède la mer lorsqu’elle remonte vers la terre (transgression).
Si le principe s’applique à deux couches : couches synchrones.
Si deux couches ont le même lithofacies mais le principe 3 (même contenu
paléontologique) ne s’applique pas, alors : couches diachrones.
Cycle sédimentaire : (schéma de plusieurs Ma) :
Sédimentation tectonique érosion périplination réavancée de la mer cycle
fermé.
En Belgique, on connaît 3 cycles : Calédonien (600-400), Hercynien (400-200) et Alpin (qui
n’est pas venu 200-now).
o 2nd Principe : Les fossiles stratigraphiques
Idéalement :
Une grande répartition géographique (1)
Une faible extension verticale dans les dépôts (2)
(1) = Plus de chances si de type planctonique ( ! la répartition dépends de la t°, de la
profondeur,…)
On utilise pas trop les microfossiles car ils dépendent trop du milieu.
Les conodontes :
Microfossiles
Incertae sedis (choses incertaines)
Taille : 1mm en apatite
Méthode pour les isoler : on dissous 1kg de roche dans de l’acide – il
reste les insolubles – on voit flotter les éléments légers (dans un
liquide d =3 ou 8) et les conodontes flottent.
On suppose que ce serait des dents d’une sorte de ver.
(2) = Quelque chose qui évolue très vite, pour avoir la meilleure résolution de temps possible.
Un organisme faiblement évolué (micro-organisme) évolue très vite. Ordre de grandeur : les
meilleurs entre 100 et 200 mille ans.
On définit des biozones : ce sont des tranches de 2 à 3 cent mille ans déterminées entre deux
couches volcaniques (par ex.).
Autre fossiles : Fossiles de facies :
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Ex : écosystème « récifal » = plateforme carbonatée. Milieu marin très peu profond fortement
oxygéné avec beaucoup de lumière (t° élevée). Le plus proche milieu de ce type est la mer
morte. 100% de roche biogène : Stromatophores, Chrinoïdes, Brachiopodes, Algues,
Coraux.
3ieme type : ni stratigraphique, ni facies :
Exemple : la limule (arthropode) et le, la cante : poisson qui n’a pas beaucoup évolué.
I.5
De la notion de formation à celle d’étage
a)
La formation
Cartographie – donc des corrélations régionales.
La démarche pour faire une carte est la suivante : il faut utiliser quelque chose de normatif
(coupe de base). Exemple : le long de la vallée de la Meuse (coupe naturelle). On essaye de
sélectionner de belles coupes (lithofacies et fossiles).
Exemples :
Craie grise de Rouen
Craie de Sens
Calcaires de 3 Fontaines
Calcaires du mont d’Haurs
Calcaires et schistes de Couvin
Grès de Vireux
Formation :composée de séries lithologiques remarquables(càd des couches sédimentaires
dont on peut décrire le faciès), choisie comme référence dans une région (donnée +restreinte).
Définition moderne : La formation est une série de couches sédimentaires définie
géographiquement par un nom de lieu et qui présente une somme de caractères lithologiques
homogènes et suffisants pour être régionalement un élément repère.
La description d’une formation ne tient pas compte des fossiles, c’est purement lithologique et
régional ( => différence pour chaque pays).
Exemple de la Formation de 3 Fontaines
On se trouve en bord du synclinal (synclinorium) de Dinant. Elle est formée d’un ensemble
de couches de 40 à 80 cm d’épaisseur avec quelques niveaux de Biostromes5 et on y trouve
aussi des Stringocéphalus Burtini, on peut suivre ce fossile sur 200km sur le bord sud, elle
varie en épaisseur mais elle a toujours le même lithofacies.
5
Bancs plus gros pleins d’organismes brisés
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b)
L’étage
On pourrait trouver plusieurs formations dans une même région, ce qui constituerait un repère
international ainsi qu’un repère de temps. Cela s’appelle un « Stratotype ».
Les stratotypes ont donné leur nom à une des divisions les plus fondamentales du temps en
géologie : l’étage. Le nom de l’étage est obtenu en ajoutant le suffixe –ien au nom
géographique du stratotype. (Ex : Givet Givetien).
Les principales découvertes de stratotypes datent du XIXie siècle en Europe, dans les bassins
sédimentaires où l’on peut appliquer les deux premiers principes sans ambiguïté. Ce choix fut
affiné au cours du temps et de plus, il était nécessaire pour faire avancer la science.
Aujourd’hui on utilise plus ceci car avant on ne séparait pas bio et litho stratigraphie ce qui
pouvait mener à certaines confusions. Exemple : dans le Givetien on regroupe 3 formations (3
Fontaines, Mont D’Haurs, Frommelenne). Depuis on a séparé les aspects bio et litho.
Un groupe : un ensemble de formations servant de repère lithostratigraphique.
Un étage : n’est plus définit par des stratotypes mais par des limitotypes à leur base et au
sommet de l’étage et marqué par l’apparition d’un fossile stratigraphique.
!! La base du groupe peut être différente de la base de l’étage
Exemple : Le Givetien
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c)
Série et système
SYSTEME
Devonien
SERIE
Dev SUP
ETAGES
| Famenien
| Frasnien
* Givetien
* Eifelien
/ Emsien
/ Praguien
/ Lochkovien
Dev MOY
Dev INF
Un étage couvre quelques millions d’années.
II
Brève introduction à la géologie de la Belgique
II.1
Vue d’ensemble
En Belgique, on trouve deux ensembles tectoniques.
a)
Une couverture6 de terrain post-paléozoïque7.
Ces terrains sont non plissés et ont une pente NNE de ~2°.
Sur la carte de la Belgique en annexe :
Les terrains datant du tertiaire sont en
Gris clair
Olocène
Côte
Gris vert
Pleistoncène Knokke-Gand
Jaune
Eocène
Violet (Campine)
Miocène
Zones du nord
Ce qui est en vert est du Secondaire (crétacé).
Lithologie : roches meubles terrigènes, car pas de lapidification.
Age : mézo- et cénozoïque.
Situation : au nord du sillon Haine-Sambre-Meuse-Vesdre, soit, la Faille du
Midi
b)
Un socle formé par du paléozoïque plissé.
Socle : toujours plissé
Situation : sous la couverture, l’érosion fait apparaître les couches plissées.
Le domaine schisteux rhénan apparaît sous la couverture par endroits (fond des vallées de la
Senne, de la Dyle,…).
Sur la carte de la Belgique : le cambrien, l’ordovicien ainsi que le silurien sont en mauve (pas
bleu). Nb : en rouge ce sont les roches magmatiques (Quenast).
Dans le socle paléozoïque on trouve deux sous unités, deux segments orogéniques séparés par
une discordance angulaire de premier ordre. On trouve la discordance à la base de
6
7
Terrain horizontal recouvrant quelque chose qui généralement était plissé
Après le paléozoïque
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l’ordovicien. Notons également que le segment calédonien se retrouve partout, mais à des
profondeurs variables. Dans le segment Hercynien, on a deux unités :
Au sud du la faille : les formations ont été plissées à la fin du Carbonifère
(Westphalien). Il s’agit d’une phase de plissement très importante. Le synclinorium de Dinant
en est une des conséquences.
Au nord de la Faille : à partir du synclinorium de Namur le plissement westphalien n’a
pas eu lieu car l’onde n’a pas passé la faille. Les sédiments n’ont subi que de larges
odulations, ce qui a conduit à la couverture de segment Calédonien.
II.2
Le segment Calédonien
Du nord au sud : Massif de Brabant, Bande du Condroz, Massif des Ardennes(Massif de
Stavelot, Massif de Rocroi, Massif de Serpont, Massif de Givonne). Le Massif de Brabant,
aussi appelé Brabant-London est presque partout recouvert par du céno-, mésozoïque, sauf sur
les flancs des rivières qui entaillent la couverture tertiaire. Le Condroz est constitué par des
lambeaux de chariages, cad des morceaux du Massif du Brabant rabotés par le plissement et le
chevauchement. Le Massif des Ardennes sont des « boutonnières d’érosion » apparues dans le
cœur des anticlinaux du 1ier ordre Hercynien.
a)
Sédimentation Calédonienne
La sédimentation dure du Cambrien inférieur au Ludlow. Il s’agit d’une sédimentation
terrigène, ce sont des grès, shales, … car les roches se sont déposées dans des milieux plus
profonds. Ce sont des terrains faiblement métamorphiques (il n’ont été chauffé que deux fois)
et on observe des roches magmatiques à Quenast, à la Tonalite de la Helle ou à Stavelot
(cuivre et molybdène).
b)
Enregistrement sédimentaire
La fin des enregistrements sédimentaires correspond au début de la tectonique. Dans le Massif
de la Haute Ardenne, il ne va que du Cambrien inférieur au Dévonien moyen alors que pour le
Massif de Brabant il dure jusqu’au Ludlow. Les différences des enregistrements sédimentaires
peuvent permettre de conclure que l’orogenèse Calédonienne s’est faite en deux phases (en
Belgique). On remarque aisément que tout a été raccourci (Ard
Brab). Et qu’il y a eu
8
une transgression vers la base du Dévonien.
Deux phases :
Phase Ardennaise : a érigé le Rameau ardennais vers
l’Ordovicien supérieur.
Phase Acadienne : a érigé le Rameau Campino-Branbançon vers
le sommet du Dévonien inférieur (Emsien).
Nb : les ondes de plissement gagnent maximum cinq à six cm par an.
8
Mer qui avance sur un continent.
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Au Lochkovien (quasi) tout l’Ardennais est recouvert, à la fin du Lochkovien la mer atteint le
flanc sud du Rameau Campino-Brabançon, la mer tourne par l’est et envahi le bassin de
campine. Une grande partie de la Belgique-Luxembourg va rester émergée pendant le
Dévonien et une bonne partie du Carbonifère. (Continent des vieux grès rouge).
II.3
Le domaine et le segment Hercynien, ou Varisque
Le domaine contient deux entités : le segment Varisque au sens strict (allochtone ardennais) et
le segment de couverture (para autochtone ardennais – synclinal de Namur) (non plissé, par
définition).
Segment Varisque : cet endroit formait la partie la plus profonde du bassin océanique, et donc
comporte une énorme épaisseur de sédiments.
Segment de couverture (autochtone ardennais) : au nord de la Faille du Midi il n’a presque
pas été affecté par le plissement Hercynien, on trouve juste quelques exemples : le synclinal
de Namur et le bassin de Campine.
a)
Sédimentation
1.
Transgression terrigène :
Devonien inférieur : venant du Sud et avançant sur le segment ardennais, la mer érode et les
sédiments viennent du nord. Grande transgression.
2.
Plateforme carbonatée :
Dévonien moyen (Couvinien, Givetien, …) : sorte de barrière de Corail.
3.
Molasse houillère :
Carbonifère (Namurien, Westphalien) : les forêts sont en bord de mer. Sédimentation de
molasse houillère (sédimentation avec forte subsidence).
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Transcription

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