Diagenèse carbonatée - partie 2

La calcite granulaire

En lame mince, la calcite granulaire se présente sous forme de mosaïques de cristaux xénomorphes, généralement grossièrement équigranulaires, avec parfois une phase de taille nettement inférieure localisée aux épontes des fractures et cavités. Ce ciment est caractérisé par l'absence d'inclusions.

A: calcite fibreuse (radiaxiale); les flèches indiquent la direction de croissance des fibres. B: calcite équigranulaire.

Diagenèse carbonatée - partie 1

INTRODUCTION

La "diagenèse" se rapporte à l'ensemble des modifications physico-chimiques que subit un sédiment, après dépôt, dans les conditions de pression et température "faibles" qui règnent en environnement de sub-surface. La diagenèse n'englobe pas les modifications du sédiment liées uniquement aux facteurs biologiques (bioturbation, bioérosion) et s'arrête là où commence le métamorphisme. Pour dissiper l'impression d'incertitude qui se dégage de cette frontière qualitative, disons qu'en pratique, dans l'étude de faciès carbonatés, la diagenèse traite de problèmes de cimentation, dissolution, recristallisation et remplacement affectant les phases carbonatées, siliceuses ou sulfatées.

Ces dernières années, de nombreuses études de bioconstructions paléozoïques d'Europe, des Etats-Unis, d'Australie et du Canada ont traité de ce sujet, suite à l'intérêt des compagnies pétrolières pour tous les phénomènes intervenant dans la formation et l'évolution des réservoirs. Ces travaux s'attachent principalement à préciser la nature et l'origine des divers types de ciments qui se succèdent dans les cavités. Ces séquences peuvent ensuite être interprétées en termes d'évolution du milieu de diagenèse: "Chaque milieu principal (sous-marin, littoral et continental) se caractérise par une diagenèse distincte conditionnée à la fois par la qualité des eaux parentales et par le degré de saturation" (Purser, 1980 p. 342). L'étude diagénétique s'inscrit donc aussi dans un cadre de reconstitution des paléoenvironnements d'enfouissement.

Enchaînement vertical des milieux de dépôt

INTRODUCTION

S'il est indispensable de pouvoir reconnaître les divers milieux du domaine marin par l'interprétation des faciès, il n'est pas moins important de comprendre leur enchaînement vertical et latéral dans le temps et l'espace. Cette connaissance s'avère indispensable à la compréhension de l'évolution d'un bassin (aspect dynamique).

Dans l'ensemble des séries sédimentaires, la succession des termes lithologiques ou faciès caractérise l'évolution des milieux de dépôt. Cette évolution verticale présente des coupures "naturelles", définissant des séquences. Chaque séquence est caractérisée par ses limites, son contenu (faciès) et la nature et le sens de ses variations (Fig. I.1). Une autre caractéristique importante des séquences est leur emboîtement à plusieurs échelles d'observation (caractère fractal): ceci a donné lieu à une hiérarchisation des séquences avec la définition de séquences d'ordre 1, 2, 3, 4,... d'épaisseur décroissante et de fréquence croissante.

Enfin, je voudrais rappeler que l'on doit voir en A. Lombard, naguère professeur à l'ULB, un précurseur dans le domaine de l'étude des séquences et des corrélations stratigraphiques basées sur leur identification: la séquostratigraphie (cf. Errera, 1976).

Fig. I.1: schématisation d'une séquence élémentaire régressive classique.

L'eau dans les roches et les sédiments

Les eaux souterraines se trouvent dans les pores des sédiments et des roches, ou encore dans les fractures de la roche. On appelle porosité le volume de vides par rapport au volume total d'un matériau, roche ou sédiment. La porosité s'exprime en pourcentage. Certains sédiments sont très poreux, comme les sables et les graviers, d'autres très peu, comme les argiles. La porosité d'un sable dont les particules sont de taille uniforme peut être très élevée.

Par exemple, si on empile des sphères (particules) de taille égale de sorte que leurs axes forment un réseau cubique, le pourcentage des vides, soit l'espace disponible pour le fluide, est de 47,6%. C'est un tassement cubique, un tassement lâche.

Roches Ferrifères

L'hématite (rouge vif en réflexion) se présente surtout en ooïdes et imprégnations secondaires de fossiles, sauf dans les BIF's où elle peut former des lamines ou des niveaux massifs.

La goethite (couleur jaune brunâtre) forme en général des ooïdes. La limonite, un mélange de goethite, d'argiles et d'eau, est un produit de l'altération subaérienne des oxydes de fer.

La sidérite remplace généralement des ooïdes et des bioclastes et peut former des ciments. On observe soit des cristaux de grande taille à clivage rhomboédrique (comme la calcite), soit des micro-rhomboèdres de taille micronique, soit encore des fibres regroupées en sphérulites.

La pyrite est facilement reconnaissable par ses cristaux cubiques et sa couleur jaune vif en réflexion; elle peut former des agrégats de microcristaux appelés "framboïdes". La marcassite n'est fréquente qu'en nodules dans les craies et les charbons.

La berthierine est un phyllosilicate du groupe des serpentines (espacement réticulaire de 7 Å), riche en fer, tandis que la chamosite est une chlorite (espacement réticulaire de 14 Å), avec Fe++ comme cation principal dans les sites octahédriques. La berthierine est un minéral primaire qui se transforme en chamosite à partir de 120-160°C. Berthierine et chamosite (toutes deux vertes et à faible biréfringence) forment souvent des ooïdes (déformés) dans les sédiments ferrifères phanérozoïques.

La greenalite est un minéral probablement très proche de la berthierine-chamosite, verte et isotrope. on la trouve généralement en péloïdes.

La glauconite est généralement observée sous la forme de péloïdes, de couleur verte, souvent pléochroïque et d'aspect microcristallin. La glauconite est fréquente dans les sables et grès (faciès de plate-forme "ouverte").

Évaporites

Baryte BaSO4

Orthorhombique; n= 1,64; 2V= 36-37°; opt (+); extinction // au meilleur clivage; incolore en lame; biréfringence faible (cf. quartz); généralement en "amas plumeux".

Célestite SrSO4

Orthorhombique; n= 1,62; 2V= 51°; opt (+); extinction // aux clivages et aux faces; incolore en lame; biréfringence faible (cf. quartz); généralement en cristaux tabulaires.

Anhydrite CaSO4

Orthorhombique; n= 1,57-1,61; 2V= 42°; opt (+); extinction // aux clivages; incolore en lame; biréfringence forte (couleurs vives du 3e ordre); généralement en cristaux anhédraux à subhédraux, en lattes.

Gypse CaSO4.2H2O

Monoclinique; n= 1,52-1,53; 2V= 58°; opt (+); extinction // au meilleur clivage; incolore en lame; biréfringence faible (cf. quartz); généralement en cristaux anhédraux à subhédraux, allongés, en masses fibreuses.

Sédimentation évaporitique

GENERALITES

 Lorsque l'eau s'évapore, elle dépose ses particules détritiques et les ions qu'elle contient précipitent sous forme de sels. Les matériaux déposés constituent une séquence évaporitique. L'ordre de précipitation des sels est le suivant:

                    CaCO3 - CaSO4 - NaCl - MgSO4 - sels de Br et K


 Figure 11-1: masse de sels précipitée dans une saumure en cours d'évaporation.

 On distingue 2 types d'évaporites actuelles:
* les évaporites d'eau libre, provenant de l'évaporation d'un corps d'eau;
* les évaporites capillaires provenant de la précipitation des sels d'une saumure intertitielle dans les pores d'un sédiment.

Estuaires et deltas

GENERALITES

L'embouchure d'un cours d'eau dans la mer représente un domaine intermédiaire où s'affrontent les influences marines et fluviatiles. Le fleuve apporte des matériaux qui s'accumulent et gagnent sur la mer; la mer déblaie et remanie les matériaux apportés. Le résultat dépend du rapport de force existant entre le fleuve et la mer. Lorsque le fleuve a une influence dominante, il construit un delta; lorsque la mer est dominante, l'embouchure est un estuaire. Il existe en fait des intermédiaires entre ces deux types.


LES ESTUAIRES

 L'embouchure est un estuaire quand le fleuve apporte peu de matériaux grossiers, surtout des suspensions fines et des matières en solution, et quand l'hydrodynamisme marin est fort: fortes marées, forte houle, courants littoraux. Ces conditions sont réalisées sur les côtes françaises de la Manche et de l'Atlantique: estuaire de la Seine, de la Loire.
 La circulation de l'eau salée et de l'eau douce suit un trajet complexe qui dépend du cycle des marées. La marée montante refoule l'eau douce en amont sur une distance qui peut être importante (100 Km dans l'Hudson sur la côte est des Etats Unis): c'est le mascaret. La vitesse du courant fluviatile diminue et les matériaux en suspension se sédimentent; les argiles s'agglomèrent en flocons (floculation) sous l'action des ions de l'eau de mer et forment un "bouchon vaseux". Le sédiment caractéristique est la vase. La vase est formée de particules fines de la classe des lutites (limons, argiles), de sulfures et d'hydroxydes de fer et de colloïdes organiques. Comme dans les vasières littorales, qui sont souvent des dépendances d'estuaires, la marée délimite la schorre, zone supratidale couverte de végétation, et la slikke, vase non fixée de la zone intertidale. Dans les régions équatoriales, les estuaires sont colonisés par la mangrove.
 Dans le chenal fluviatile peuvent se déposer des barres sableuses; quand celles-ci deviennent importantes au point de prograder vers la mer, l'estuaire se transforme en delta. C'est le cas actuel de la Gironde.

Talus et bassin océanique

LE TALUS ET LE GLACIS

Structure

 Le talus borde l'extrémitée distale de la plate-forme. Il est généralement entaillé par des canyons sous-marins par où transitent les matériaux qui sont épandus sur le glacis et la plaine abyssale.

 Figure : Morphologie d'une marge continentale passive.

Sédimentation littorale carbonatée

CARACTERES GENERAUX

 Les sédiments littoraux des régions de basses latitudes sont à dominance carbonatée. La raison en est le faible apport silico-clastique venant du continent, dû aux conditions topo-graphiques et climatiques, et surtout l'intensité de la production de carbonates d'origine biologique. Sous ces latitudes, les organismes marins côtiers prolifèrent et précipitent l'ion calcium prélevé de l'eau de mer sous forme de carbonate qui s'accumule puisque moins soluble dans les eaux chaudes. Le bilan du calcium en solution dans l'eau de mer reste plus ou moins équilibré : les fleuves apportent des ions calcium issus de l'altération continentale, une partie des carbonates marins est dissoute en eau froide.

 La précipitation biologique de carbonate de calcium se fait de diverses façons.
 * Des animaux fixés fixent le calcium dans leur squelette et édifient des constructions carbonatées (bioconstructions): c'est le cas des coraux (coelentérés), des bryozoaires, de certaines éponges.
 * des animaux benthiques fabriquent des coquilles ou tests calcaires qui sont transportés, brisés et accumulés après leur mort, par exemple: mollusques littoraux (gastéropodes, bivalves), oursins, foraminifères benthiques.
 * des micro-organismes et organismes planctoniques accumulent le carbonate de calcium dans leur test ou leur coquille qui tombent sur le fond après la mort: exemple des foraminifères planctoniques, des coccolithophoridés (à l'origine de la craie), des ptéropodes (gastéropodes pélagiques). Leur contribution
devient prépondérante en haute mer.
 * des algues et des cyanobactéries (ou "algues bleues") précipitent le carbonate autour de leur thalle et agglomèrent les particules calcaires par des mucilages pour  former des constructions appelées stromatolites.

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