Transcript I. Les bassins sédimentaires

Bassins sédimentaires, faciès
sédimentaires et paléoenvironements
Hervé GILLET
UMR 5805 – EPOC
Université de Bordeaux 1
Bassins sédimentaires, faciès
sédimentaires et paléoenvironements
CM
TD
TP
- Les bassins sédimentaires :
moyens d'étude
1
Initiation au
- I. Les bassins sédimentaires
pointé
Sismique réflexion, principe et sismique
méthode
-I. Les bassins sédimentaires
(suite)
2
- II. Faciès sédimentaires et
paléoenvironnements
- Pétrologie sédimentaire:
Roches, faciès et environnements de dépôt
(échantillons macro. et microscopiques)
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
Définition : Les bassins sédimentaires sont des dépressions présentes à la surface de
l'écorce terrestre où s'accumulent, et où se sont accumulés dans le passé, des sédiments.
On y distingue :
- Le réceptacle, ou contenant, délimité par le substratum du bassin, généralement appelé
socle.
- Le remplissage, ou contenu, qui correspond à l'accumulation de dépôts (couverture
sédimentaire) qui repose sur le socle.
. Bassin fonctionnel
. Bassin résiduel
• Dépressions souvent
remplies d'eau :
Sédimentation
ou lacustre
marine
• Sédimentation
continentale
seulement
cours
d'eau
sédimentation éolienne
si
où
Variation niveau d'eau :
Variation des
dimensions du
bassin
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
Définition : Les bassins sédimentaires sont des dépressions présentes à la surface de
l'écorce terrestre où s'accumulent, et où se sont accumulés dans le passé, des sédiments.
On y distingue :
- Le réceptacle, ou contenant, délimité par le substratum du bassin, généralement appelé
socle.
- Le remplissage, ou contenu, qui correspond à l'accumulation de dépôts (couverture
sédimentaire) qui repose sur le socle.
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
A. Diversité des bassins : genèse et remplissage
A. Evolution des bassins : contenant / contenu (prochain CM)
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
Les bassins sédimentaires ne pourraient se former et fonctionner durablement sans une
aptitude de la lithosphère à se déformer en creux :
création d'espace disponible
Subsidence
Comprendre la subsidence :
• Présenter caractéristiques thermo-mécanique de la lithosphère
• Présenter les mécanismes de déformation
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
Comportement thermo-mécanique de la lithosphère continentale
• Croûte sup. 0 – 20 km
Comportement cassant
• Croûte Inf. 20 – 40 km
Comportement ductile
• Manteau sup. 40 – 50 km
Comportement cassant
• Manteau sous 50 km
Comportement ductile
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
Les mécanismes de déformations de la lithosphère
Trois principaux mécanismes de déformation
de la lithosphère :
• Fracturation : déformation cassante
• Fluage : déformation ductile (sans
fracturation)
•Flexuration : déformation à grande
longueur d'onde affectant toute l'épaisseur
de la lithosphère.
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
Les mécanismes de déformations de la lithosphère
Trois principaux mécanismes de
déformations de la lithosphère :
• Fracturation :
• Fluage :
•Flexuration :
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
Les mécanismes de déformations de la lithosphère
Trois principaux mécanismes de
déformations de la lithosphère :
• Fracturation :
Surcharge
• Fluage :
•Flexuration :
Flexuration
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
La subsidence
La subsidence est l'enfoncement progressif du fond d'un bassin au cours du
temps.
Elle est à l'origine de la création du bassin et permet son fonctionnement, si elle se
poursuit dans le temps, en permettant la création d'espace disponible pour la
sédimentation.
Contrôlé par trois phénomènes :
- Phénomènes géodynamiques
Subsidence tectonique
- Phénomènes thermiques
- Surcharge sédimentaire
Subsidence
totale
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
La subsidence
Phénomènes géodynamiques : tout les phénomènes tectoniques (distension,
compression, cisaillement) qui sont à l'origine soit de la fracturation et de
l'effondrement de la partie supérieur de la lithosphère (rift, pull-apart), soit à
l'origine de sa flexuration (collision - chevauchement).
Phénomènes thermiques : échauffement localisé par remonté du manteau
(bombement) suivie d'un refroidissement, ou "point froids" du manteau (sous les
grands craton stable).
Réajustement thermique / isostasique
subsidence thermique
Surcharge sédimentaire : flexuration de la lithosphère sous le poids des
sédiments.
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
La subsidence
- Phénomènes géodynamiques
Subsidence tectonique
- Subsidence thermique
- Surcharge sédimentaire
Subsidence
totale
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
A. Origine des bassins : déformation de la lithosphère
La subsidence
Subsidence
totale
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
B. Diversité des bassins : genèse et remplissage
La diversité des bassins sédimentaires est liée à :
- la position des bassins
• Frontière de plaques
• Intraplaque
• Distention - Extension
- leur contexte géodynamique
• Compression
• Cisaillement
- la nature de la lithosphère
• Continentale
• Océanique
Classification simplificatrice reposant sur ces 3 critères.
I. Les bassins sédimentaires: genèse, diversité, évolution
B. Diversité des bassins : genèse et remplissage
La diversité des bassins sédimentaires :
Intraplaque
Frontière de plaques
Position
Contexte
géodynamique
Nature lithosphère
Distension
Continentale
Type de bassin
- Rifts
Rifts avortés
Océanisation -> Marges passives
-
Subduction -> - Fosses, Prismes d'accrétion
- Bassins avant-arc et arrière-arc
Compression
Continentale
Collision -> - Bassins flexuraux (avant et arrière pays)
Cisaillement
Continentale
- Pull-aparts
Héritage
Déf. intraplaque
Continentale
- Bassins cratoniques / plateformes (épicontinentaux)
-
Océanique
- Bassins océaniques
Classification simplificatrice reposant sur ces 3 critères.
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Genèse
La formations d'un rift fait intervenir deux phénomènes :
- Etirement lithosphérique (divergence)
- Amincissement crustal
Conjugaison de ces 2 phénomènes aboutie à la formation en surface d'un fossé
d'effondrement :
Fossé d'effondrement
Dépression
par :
caractérisée
• Blocs
basculés
failles listriques.
• Alternance
grabens.
horsts
sur
et
Amincissement
crustal
Etirement lithosphérique
Structure d'un rift continental
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Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Genèse
Modèles de rifting basés sur 2 grandes conceptions de l'étirement lithosphérique :
Cisaillement
pur
Cisaillement simple
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Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Genèse
Modèles de rifting basés sur 2 grandes conceptions de l'étirement lithosphérique :
Cisaillement
pur
Doming
Croûte sup.
(cassante)
Fracturation
Cisaillement pur
homogène
Croûte inf.
(ductile)
Fluage
Etirement identique dans
la croûte et le manteau
Manteau sup.
(ductile)
Flux thermique "centrale"
Evolution symétrique du rift
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Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Genèse
Modèles de rifting basés sur 2 grandes conceptions de l'étirement lithosphérique :
Cisaillement
pur
Soulèvement des bordure du rift Fracturation
Croûte sup.
(cassante)
Cisaillement pur non
homogène
Croûte inf.
(ductile)
Fluage
Etirement du manteau
Manteau sup.
(ductile)
>
Flux thermique latérale
Evolution symétrique du rift
Étirement de la croûte
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Genèse
Modèles de rifting basés sur 2 grandes conceptions de l'étirement lithosphérique :
Cisaillement simple
Fracturation
Extension non uniforme
faisant intervenir un
Croûte sup.
Croûte inf.
grande faille cisaillante
(faille de détachement)
Manteau sup.
Faille de détachement
(cisaillement)
Evolution Dissymétrique du rift
Ce modèle explique particulièrement la structure de la province "Basin and Range" (USA)
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Bassin and Range
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Bassin and Range
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Subsidence
Modèles de rifting basés sur 2 grandes conceptions de l'étirement lithosphérique :
Cisaillement
Cisaillement simple
pur
Dans ces deux modèles, 2 phases de subsidences se succèdent dans l'évolution
du rift au cours du temps :
Profondeur (km)
• La subsidence initiale rapide
(fracturation – effondrement)
• La subsidence thermique lente
(rééquilibrage thermique et isostatique)
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Remplissage
Rifts continentaux caractérisés par sédimentation particulière :
• Phase initiale : sédimentation continentale fluvio-lacustre (cônes alluviaux
s'appuyant sur les failles bordières) + dépôts volcaniques (si activité volcanique)
• Début d'océanisation : sédimentation fluvio-deltaïque + formations évaporitiques
dans le bassin (Ex: potasses d'Alsace)
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Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Exemples actuels
Lac Baïkal
Rift est-africain
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Les bassins en contexte divergent : les rifts continentaux
Exemples anciens
(rifts avortés)
Mer du Nord
Coupe de la mer du Nord
Fossé Rhénan
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Genèse
Les marges
Rift continental
passives sont issues de
l'évolution d'un rift lorsque celui-ci
atteint le stade de l'océanisation
(accrétion de croûte océanique).
Les marges continentales
Marges continentales passives
passives correspondent alors aux
deux bordures, désormais
tectoniquement calme, de l'ancien
rift qui s'écartent de part et
Croûte océanique
d'autre de l'océan en formation.
Marge continentale passive
Rift océanique
Du rift continental à l'océan
Accrétion
océanique
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Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Genèse
Rift continental
IMPORTANT :
• On parle de marge continentale
dès la croûte continentale est
"déchirée" et quelle laisse place à
de la croûte océanique
• La
marge
continentale
correspond au domaine de
transition
entre
la
croûte
continentale
et
la
croûte
océanique
Du rift continental à l'océan
Marges continentales passives
Croûte océanique
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Subsidence
Apports sédimentaires
Comblement
de l'espace
disponible
Création d'espace
disponible
Charge sédimentaire
Dérive
Refroidissement
Subsidence
thermique
Flux thermique
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Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Subsidence
thermique
Subsidence totale = subsidence thermique + charge sédimentaire
Subsidence totale
Sur une marge passive :
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Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Structure
Structure profonde : la structure profonde d'une marge passive reflète celle d'une
bordure de rift (héritage de la phase de rifting):
Couverture sédimentaire
Faille listrique
Blocs basculés
Amincissement
crustal
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Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Structure
Structure superficielle :
Les sédiments s'organisent en séries dites anté-rifts, syn-rifts et post-rift
Post-Rift
Syn-Rift
Anté-Rift
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Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Structure
Structure superficielle :
Les sédiments s'organisent en séries dites anté-rifts, syn-rifts et post-rift :
Anté-rifts : séries déposées sur le craton avant la phase de rifting
Reconnaissance : séries affectées par la déformation cassantes
Syn-rifts : séries déposées durant la phase de subsidence initiale (effondrement)
Reconnaissance : séries disposé en éventail sur les blocs basculés
Post-rifts : toutes les séries déposés après la fin de la phase de rifting continental
Reconnaissance : séries recouvrant les têtes de blocs basculés
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Remplissage
Selon l'importance des apports sédimentaires, on va distinguer 2 types de marges
passives :
• Les marges maigres (affamées), où les dépôts post-rifts sont peu épais soit
parce que les apports sont faibles et/ou le taux de sédimentation faible soit que
l'érosion ou le transit (by-pass) sont forts.
charge sédimentaire faible
Les marges grasses (nourries), où les dépôts post-rifts sont très épais (plusieurs
km) avec des apports détritiques et/ou une production biogène importante qui
constitue une marge progradante et/ou aggradante.
charge sédimentaire forte
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Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Remplissage
Exemple de marge maigre :
La Marge Nord-Gasgogne
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Remplissage
Exemple de marge grasse : Le delta du Niger
0
10 km
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Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Remplissage
Apports détritiques prédominants :
- Progradation deltaïque sur la marge
- Système turbiditique en pieds de pente
Progradation
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Les bassins en contexte divergent : les marges passives
Remplissage
Zone intertropicale et faible apport terrigène :
- Forte production biogéne -> plate-forme carbonatée aggradante
- Implantation de récifs en bordure de plate-forme
Récif
Aggradation
Dépôts carbonatés
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / subduction :
Diversité des bassins
Arc volcanique
Bassin arrière-arc
Bassin avant-arc
Prisme
d'accrétion
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / subduction :
Bassin arrière-arc
Bassin distensif en relations avec trois phénomènes pouvant interagir :
- Anomalie thermique
- Distention
- Amincissement crustale
Pouvant aboutir à rifting / accrétion océanique
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / subduction :
Remplissage
Les bassins arrière-arc sont comblés essentiellement par des sédiments volcanoclastique et accessoirement par des calcaires de bordure déstabilisés.
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / subduction :
Exemple
L'arc des
petites Antilles
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / collision : les bassins flexuraux
Genèse
Les bassins flexuraux se forment en contexte de collision continentale. Leur
formation est liée au chevauchement successif d'écailles crustales et au ploiement
(flexuration) de la lithosphère sous l'effet de surcharge.
Collision
Surcharge
Chevauchements successifs
d'écailles crustales
Subsidence
(création du bassin)
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / collision : les bassins flexuraux
Structure profonde
La structure profonde d'un bassin flexural se caractérise par la présence de faille
inverse (chevauchement) et d'empilement d'écailles tectoniques au front de la
zone subsidente.
Ecailles
Chevauchements
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / collision : les bassins flexuraux
Remplissage
Déplacement du dépôt centre
Bassin
flexural
bassin d'avant pays
(foreland, fordeep)
bassin d'arrière pays
(hinterland)
Déplacement du dépôt centre vers l'avant pays
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / collision : les bassins flexuraux
Remplissage
La sédimentation des bassins flexuraux résulte de l'érosion des reliefs générés
par les chevauchement tectoniques. Il s'agira donc essentiellement de
sédimentation détritiques.
Cette sédimentation peu être extrêmement varié : des faciès continentaux
jusqu'aux turdidites.
Molasses
:
dépôts
détritiques continentaux
ou marin peu profond.
Flysch
:
dépôts
turbiditiques profonds
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte convergent / collision : les bassins flexuraux
Exemples
Bassin molassique péri-alpins
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte cisaillant : les pull-apart
Génése
Le long de grandes failles transformantes ou d'accidents décrochants majeurs,
peuvent se développer, selon la géométrie de la frontière coulissante, des bassins
rhombaédriques (rhombochasmes) qui sont des bassins en extension liée à un
mouvement longitudinale.
Bassin en Pull-apart
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte cisaillant : les pull-apart
Structure
La structure longitudinale est semblable à celle d'un rift continentale (failles
transversales d'effondrement )
Structure cependant
transversalement.
souvent
Largeur souvent limitée à 10 km.
dissymétrique
tant
longitudinalement
failles transversales
d'effondrement
que
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte cisaillant : les pull-apart
Remplissage
• De nature détritique continentale grossier (sur les bordures) à fluvio-lacustre fin
voir marin (centre des bassins).
• Variations latérale de faciès et d'épaisseur de sédiments abruptes
• Nombreuses discontinuités liées à l'activité tectonique saccadée.
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins en contexte cisaillant : les pull-apart
Exemple
Faille du Jourdain
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques continentaux : bassins cratoniques
Définitions
Cratons (boucliers): Vastes étendues de roche très anciennes (antérieur à 600
Ma) généralement intensément plissées, métamorphisée, granitisées. On peut les
assimiler à des affleurements de la partie supérieur du socle continentale.
Plateformes : ce sont des secteurs de craton recouverts par des séries
sédimentaires, essentiellement marines, accumulées depuis plus de 600 Ma. Ces
accumulations peuvent atteindre des épaisseurs considérables, mais la profondeur
de l'environnement de dépôt n'y a jamais dépassée quelques centaines de mètres.
On parle aussi de bassins cratoniques ou bassins épicontinentaux.
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques continentaux : bassins cratoniques
Génése
Il s'agit de légères dépressions au sommet de la croûte en plein domaine
intracontinental entretenues par de la subsidence lente et par la charge
sédimentaire.
- La dépression initiale peut avoir comme origine :
Structures tectoniques héritées (exemple du bassin Parisien développé sur un socle
hercynien découpé par des fossés distensifs permiens).
Structure héritée d'un très ancien rift continental : Aulacogéne
-La subsidence peut être entretenu par :
• Déformations intraplaques et/ou variation de flux thermique sous la plaque
continentale
+ Charge sédimentaire
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques continentaux : bassins cratoniques
Subsidence
La subsidence y est faible (subsidence thermique modérée + charge sédimentaire).
L'espace disponible pour la sédimentation reste modéré en tout temps.
Si l'épaisseur de sédiments est importante, c'est que le bassin est très anciens.
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques continentaux : bassins cratoniques
Remplissage
Dépressions topographiques de faible profondeur, bassin fonctionnel jamais
profond. Accumulations dominées par les processus continentaux, littoraux ou
plate-forme néritique :
• Grands épandages fluviatiles (ex: contients des vieux grès rouges du Dévonien)
• Bassins lacustres endoréiques (ex Lac Tchad, mer d'Aral, …)
• Grands réseaux éoliens (ergs Sahariens)
• Mers épicontinentales (grandes plaines américaines, bassin parisien)
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques continentaux : bassins cratoniques
Remplissage
Variations du niveau de la mer + variations des flux sédimentaires :
• Nombreuse variations de faciès sédimentaires
• Discontinuités et érosion fréquentes
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques continentaux : bassins cratoniques
Exemple
Bassin parisien
mer épicontinentale - succession de cycles transgressifs / régressifs
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques continentaux : bassins cratoniques
Exemple
Sillon Aulacogène d'Athapuscow
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques océaniques
Définitions
Bassins océaniques : bassins développés au sommet d'une croûte océaniques
mince, en excluant les nombreux cas de bassin marginaux (bassin arrières-arc).
Ils représentent la catégorie de bassins la plus importante en surface sur le globe.
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques océaniques
Genèse
Ils sont l'évolution logique d'un rift continentale -> Océanisation
La cuvette océanique et due :
• La densité de la croûte océanique (en contrebas des continents)
• La subsidence thermique (éloignement de la dorsale)
Dérive
Refroidissement
Subsidence
thermique
Flux thermique
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques océaniques
Remplissage
• Environnement de dépôt profond
•Les cuvettes océaniques sont séparées en deux sous-bassins de part et d'autre de
la dorsale
• Remplissage sédimentaire réduit en raison de l'éloignement des sources d'apports
terrigènes (exception des systèmes turbiditiques puissants)
Charge sédimentaires très faible
I. Les bassins sédimentaires, B. diversité
Les bassins intraplaques océaniques
Remplissage
Nature des sédiments:
• Sédiments biogéniques
planctoniques
(carbonatés ou siliceux)
•Argiles profondes