GEOLOGIE HISTORIQUEGEOLOGIE HISTORIQUE

Année 2003-2004

GEOLOGIE HISTORIQUEGEOLOGIE HISTORIQUE

Discipline scientifique basée sur- La stratigraphie- La Paléogéographie

Fait appel à la Géodynamique, la Géologie structurale, la Paléontologie, la Sédimentologie

ObjetsObjets

– Reconstituer à chaque période ou tranche de temps, le paysage géologique, les manifestations géodynamiques La population animale et végétale

– Retracer les différentes évolutions paléogéographiques paléocourantologique, paléoocéanographique, paléoclimatique, paléoécologique…

STRATIGRAPHIESTRATIGRAPHIE

Mars 2004

A. Randrianasolo

GénéralitésGénéralités

Etymologiquement = description des couches de terrain qui constituent l’écorce terrestre

Objectif : donner une explication de l’organisation et de l’agencement des divers éléments de l’écorce terrestre.

N-B : Ces éléments ont subi des transformations et ne sont pas dans leur contexte de formation initiale

Rôles de la stratigraphieRôles de la stratigraphie

Faire abstraction des transformations ultérieures

Remonter à travers le temps pour retrouver l’état initial et les événements qu’il a enregistrés

Replacer cet « état initial » dans un cadre spatio-temporel.

PréoccupationsPréoccupations

Temporelle : – Datation des objets et événements par

différentes méthodes (paléontologie, sédimentologie, pétrographie, tectonique, géophysique, géochimie …

Spatiale :– Paléogéographie au sens large

Le temps en stratigraphieLe temps en stratigraphie

Durée :– Vitesse de mise en place / valeur de l’élément

mesuréSimultanéité

– Besoin de marqueur– Corrélation stratigraphique– notion d’isochrones

Succession– Ordre de déroulement des événements

1er Principe fondamental1er Principe fondamental

Principe de superposition– « de deux strates superposées, la strate

supérieure est la plus récente »– « une structure ou événement qui recoupe,

métamorphise ou affecte une autre structure lui est postérieure.

2e principe fondamental2e principe fondamental Principe de continuité latérale :

– « Une strate continue est de même âge sur toute son étendue, quel que soit le faciès »

– Cette notion implique que l’on prenne en compte un intervalle de temps équivalent au temps nécessaire au dépôt de la strate considérée.

– Le faciès apporte des informations sur les conditions et l’environnement de dépôt

– L’épaisseur n’est pas forcément proportionnelle à la durée qu’elle représente

– Notion d’isochrones

33ee principe fondamental principe fondamental

Principe de l’identité paléontologique :– « Deux strates contenant les mêmes fossiles

sont de même âge ».– N-B : il s’agit généralement de fossiles

stratigraphiques (à voir ultérieurement). Les autres fossiles de faciès peuvent être utilisés mais dans des conditions particulières.

Les catégories stratigraphiquesLes catégories stratigraphiques

La lithostratigraphieLa biostratigraphieLa chronostratigraphie

LITHOSTRATIGRAPHIELITHOSTRATIGRAPHIE

LithostratigraphieLithostratigraphie

Description d’une couche par son contenu lithologiques, minéralogique et paléontologique s.l.

Les unités :– Groupe, formation, membre, strate ou couche,

lamine ou varve …– Unité de base = La Formation

La formationLa formation

On regroupe en général au sein d’une formation des couches déposées dans des conditions semblables et se présentant sous des faciès voisins. (On évite de mettre au sein d’une même formation des dépôts continentaux et marins)

Elle est définie dans une localité bien définie appelée stratotype

Sa puissance est variable

StratotypesStratotypes

Coupe type choisie comme référence pour la définition et l’identification d’une unité ou d’une limite stratigraphiques.

Un stratotype doit obéir à plusieurs critères pour être retenu

Reconnaissance internationale (publication)

Stratotypes (critères)Stratotypes (critères) Repérage géographique indispensable de la coupe

sur une carte (coordonnées) : Localité type A défaut : description précise de sa localisation Bonne définition géologique de son contenu

(lithologique, minéralogique, paléontologique) Photos légendées ou coupes ou logs lithologiques Bonne définition des limites inférieure et

supérieure Accès facile (au moins aux chercheurs) Information de la communauté scientifique

(publication officielle).

Les différents (strato)typesLes différents (strato)types Holo(strato)type : stratotype originel défini par

l’auteur Para(strato)type : stratotype supplémentaire utilisé

par l’auteur pour complément d’info Lecto(strato)type : stratotype choisi a posteriori

faute d’une bonne définition du stratotype Néo(strato)type : nouveau stratotype choisi pour

remplacer un stratotype disparu Hypo(strato)type : stratotype défini a posteriori

pour compléter la connaissance d’une unité ou d’une limite (domaine paléogéographique différent)

FormationFormation

Unité stratigraphique de base. Une certaine homogénéité faciologique Souvent figurée sur les cartes géologiques Épaisseur variable : du mètre au kilomètre! Nomenclature : Le mot Formation (et Membre)

ainsi que le nom de l’unité commencent toujours par une majuscule (Les Marnes bleues d’Argenteuil…, Cn2, etc. …)

Horizon repèreHorizon repère

Formation très caractéristiqueSert de repère

– à l’échelle locales (niveau condensé) ou – Globales (niveau cinéritique, niveau argileux à

fort taux d’iridium…)

Faible épaisseur

Sous-unitésSous-unités

Membre :– Les formations sont subdivisées en membres ;

ex.: Grès armoricains inférieurs, Grès armoricains supérieurs

Couche ou strate : – Les membres sont subdivisés en couches ou

strates, eux-mêmes subdivisés en lits ou lamines ou varves

Limites d’utilisationLimites d’utilisation

Lithologie (nature des dépôts) = fonction des conditions et environnement de dépôts– Agent de la géodynamique externe– Bassin sédimentaire– Climat et tectonique ….

Extension limitée à l’échelle régionaleUtilisation dans la confection des cartes

géologiques régionales (1/50.000)

BIOSTRATIGRAPHIEBIOSTRATIGRAPHIE

Biostratigraphie Biostratigraphie Dollo 1909Dollo 1909

Déf.: caractérisation des couches par leur contenu paléontologique

Basée sur le principe de l’évolution des espèces

Domaine d’application : roches sédimentaires (ou volcano-sédimentaires)

Utilisations – en vue de corrélation– En vue de datation

Unité biostratigraphiqueUnité biostratigraphique

La Biozone, souvent simplement appelée zone quand le contexte est connu.

Il existe différent type de « zones »– Zone d’association ou d’assemblage– Zones d’extension– Zone d’abondance

Zone d’associationZone d’association

« Un zone d’association peut être fondée sur toutes les catégories de formes fossiles présentes, ou bien sur certaines seulement ». « Ainsi, une zone d’association peut s’appuyer uniquement sur la faune fossile, une autre sur la flore : une zone d’association de coraux, de foraminifères, de mollusques ou d’algues … » Hedberg 1976

Zone d’association (suite)Zone d’association (suite)

Une zone d’association est désignée par deux ou plusieurs de ses constituants marquants :– Zone à Orbitolites complanatus et Nummulites

variolatus (sédiments carbonatés où abondent également Milioles et Mollusques)

Désignation par un indice littéral– Zone Cn1 pour la première zone du

Cénomanien

Zones d’extensionZones d’extension

Il existe trois types de zones d’extension– Zone d’extension totale (T.R.Z.)– Zone d’extension intervallaire (I.Z.)– Zone d’extension concomitante

Zone d’extension totaleZone d’extension totale Autre écriture : T.R.Z. ou Total range zone Ensemble des couches représentant l’extension

totale de l’espèce indice Définie à la base par l’apparition de l’espèce

et au sommet par sa disparition. Ex.: Macrocephalites macrocephalus TRZ

Rotalipora cushmani TRZ

Globotruncanita calcarata TRZ Zone intimement liée au concept du taxon Avantage : zone très fiable

Zone d’extension intervallaireZone d’extension intervallaire

Zone d’intervalle, Interval zone (I.Z.)Définie

– À sa base par une apparition (FAD) ou disparition (LAD) d’une espèce

– Au sommet par une disparition ou apparition d’une autre espèce

Dénomination : pas de règle stricte. Choix en général d’un taxon facile à identifier

Zone intervallaire (suite)Zone intervallaire (suite)

Les Phyllozones ou « zones de lignage » = cas particulier de zone intervallaire

Caractérisée – à la base par l’apparition (FAD) d’une espèce– Au sommet par l’apparition d’une espèce - fille

En général il existe plusieurs zones successives (3 au moins)

Avantage : plus fiable qu’un I.Z. ordinaire

Zone d’extension concomitanteZone d’extension concomitante

Zone d’extension concomitante (ou concurrent rage zone) désigne l’intervalle de temps pendant laquelle coexistent deux ou plusieurs taxons

Définie - à la base par l’apparition d’un taxon• Au sommet par la disparition d’un

autre taxonIl s’agit en fait d’un cas particulier d’I.Z.

Zone d’abondance (acmé zone)Zone d’abondance (acmé zone)

Correspond à un intervalle de temps inférieur à la zone d’extension totale.

Dénomination liée au taxon abondantEx.:

– Zone à Didymograptus

Les découpages Les découpages

Deux zones successives ne présentent aucun hiatus.

La définition de la base d’une « biozone » doit donc absolument coïncider avec le sommet de la zone précédente et ainsi de suite.

CHRONOSTRATIGRAPHIECHRONOSTRATIGRAPHIE

ChronostratigraphieChronostratigraphie

C’est la catégorie stratigraphique la plus importante car la plus complète, la plus abstraite donc globale et universelle.

« Les unités chronostratigraphiques sont des unités de référence servant de base aux corrélations » RAT

Chaque unité chronostratigraphique qui représente un ensemble de couches équivaut au temps nécessaire à son dépôt.

Possibilité de découpage du temps géologique

Echelle chronostratigraphiqueEchelle chronostratigraphique

Objet : « Établissement d ’une hiérarchie complète et structurée de toutes les unités stratigraphiques » Pomerol et al.

Chaque unité chronostratigraphique représente un ensemble de couches

La durée correspondant au dépôt des-dites couches est une unité géochronologique.

Les UnitésLes Unités

Chronostratigraphie Eonothème Erathème Système Série Etage Chronozone

Géochronologie Eon : Protérozoïque Ere : Paléozoïque Période : Crétacé Epoque : Néogène Age : Cénomanien Chron (correspond en

général à la durée d’une biozone)

Unités dérivésUnités dérivés

Sous-étage : L ’Aptien est subdivisé en Bédoulien, Gargasien, Clansyesien

super étage : Néocomien regroupe le Berriasien, Valanginien, Hauterivien, Barremien

EtageEtage

C’est l’unité chronostratigraphique la plus employée et la plus ancienne

« Historiquement, deux étages successives sont séparés par des hiatus, lacunes de sédimentation, discordances … » et sont associées à des cycles sédimentaires.

D’où redéfinition suivant des règles strictes

Etage (suite)Etage (suite)

Définit un intervalle de temps bien limitée aussi bien à sa base qu’au sommet par des apparitions/disparitions d’espèces (cf. biozones)

Présence de plusieurs biozones Sa durée est matérialisée par une série

stratigraphique de référence (= stratotype ; cf. lithostratigraphie) avec un contenu paléontologique permettant une corrélation à grande distance, et dont les limites sont bien définies.

Derivatio nominisDerivatio nominis

Le nom d ’un étage est dérivé d ’un terme géographique (localité type ou région type) suivi du suffixe « -ien ».

Le terme géographique est le plus souvent issu du nom latin s ’il existe. Ex.: Cenomanien, de Cenomanum = ancien nom latin de la localité type = Le Mans

Il existe des exceptions, ex.: Tithonien

RèglesRègles

Coupe unique (dans une localité type = stratotype d’étage)

Coupe exposée en totale continuité Coupe choisie dans des faciès marins* (pour cause

de corrélations à grande distance) Définition au besoin de stratotypes de limites

– mêmes exigences (séquence de dépôts continus …)– Présences de plusieurs biozones

(* il existe encore des exceptions : Sparnacien défini en milieu lagunaire)

Différence avec la Différence avec la lithostratigraphielithostratigraphie

Si la dénomination d ’un étage est liée à une localité type (stratotype d ’étage), donc à une formation géologique (cf. lithostratigraphie), l ’étage désigne le TEMPS nécessaire au dépôt de cette formation et fournit donc un cadre chronologique utilisable partout dans le monde.

La Craie de Tours n ’a pas la même signification que le Turonien

Eonothème et EonEonothème et Eon

Eon = C ’est la plus grande unité géochronologique . Sa durée est de plusieurs centaine de millions d ’année.

Il est subdivisé en Eres

EresEres

L ’Eon Phanérozoïquqe est subdivisé en 3 ères :– Le Paléozoïque– Le Mésozoïque– Le Cénozoïque

Leurs limites sont marquées par de grands bouleversements biologiques (grandes extinctions), paléogéographiques (Orogenèse) ...

Systèmes et PériodesSystèmes et Périodes

Subdivision des Eresdurée moyenne entre 20Ma et 70MaSa limite inférieure est celle de l ’étage le

plus jeune et sa limite supérieure celle de l ’ étage le plus vieux

Regroupe des étages sur des références lithologiques (Carbonifère, Crétacé), paléontologiques (Nummulitique = Paléogène) ou autres

Séries et époquesSéries et époques

Subdivisions des périodes :Durée moyenne : environ 15Ma

– (sauf pour le Quaternaire)

Limites (même règle que pour la Période)Désignation : adjectif inf., moyen, sup.

(Crétacé inf., sup.) ou encore « -cène » (Eocène, Oligocène ….)

DISCONTINUITESDISCONTINUITESSTRATIGRAPHIQUESSTRATIGRAPHIQUES

Il existe presque toujours des discontinuités au sein d ’une série stratigraphique apparemment homogène

Les différentes catégoriesLes différentes catégories

Discontinuités sédimentaires– absence de dépôt pendant un temps relativement

court

Discontinuités stratigraphiques– absence de dépôt appréciable (absence d ’un ou

plusieurs biozones)

Discontinuités diastrophiques :– absence de dépôt + déformation tectonique

avant recouvrement par le dépôt suivant

NomenclatureNomenclatureDiscontinuité conforme (paraconformity) :

– bref arrêt de sédimentation sans déformation tectonique (les bancs restent // entre eux)

Disconformité (disconformity) : couches parallèles de part et d ’autre de la surface de discontinuité qui elle est érosive

Discordance angulaire (angular unconformity) : déformation + érosion = pendage différent entre couches supérieures et inférieures (de part et d ’autre de la surface)

Discontinuités (suite)Discontinuités (suite)

Discordance progressive (progressive unconformity ou cumulative wedging) : dans blocs basculés suivant des failles listriques.

Onlap : recouvrement transgressif (débordement)

Offlap : recouvrement en retrait, régressif

Discontinuité et DuréeDiscontinuité et DuréeAbsence de sédiment correspond également

à une duréejoint de stratification : durée très courtediastème : notion très voisine de la

précédente (mêmes conditions de sédimentation de part et d ’autre)

hiatus = courte duréelacune : durée plus longue, mise en

évidence par l ’absence de biozone (s).