CHAPITRE II LITHOSTRATIGRAPHIE ET BIOSTRATIGRAPHIE I. INTRODUCTION Lorsque le géologue se trouve en face d’un affleurement observable, il doit décrire les différentes couches qu’il découvre, les échantillonnées et mesurer leur caractéristiques, épaisseur, direction, pendage. A partir de ses observations, il établit une colonne stratigraphique (un « log ») dans laquelle, les différentes couches, remises à l’horizontale, sont représentées avec leur épaisseur. Exemple de transformation d’une coupe de terrain en log La démarche consiste à : 1 – Décrire le contenu lithologique des couches : la lithostratigraphie, c’est-à-dire l’étude des empilements sédimentaires d’un point de vue géométrique et pétrographique. 2 – Décrire les fossiles que les couches contiennent : la biostratigraphie, (faune et flore relatives à un temps). Celleci est basée sur le principe d’irréversibilité du mécanisme d’évolution des espèces au cours des temps géologiques. Elle utilise la paléontologie pour déterminer une chronologie relative, c’est-à-dire la succession de l’apparition des espèces. 3 - Définir les intervalles de temps : la chronostratigraphie. Dans l'analyse et la description des unités stratigraphiques, le respect des lois et principes de la stratigraphie est fondamental II. LA LITHOSTRATIGRAPHIE Définition La lithostratigraphie étudie les caractères lithologiques des ensembles rocheux et de leur organisation. La lithostratigraphie constitue le fondement de la géologie descriptive. Elle est à la base des levés de terrain, de la représentation et de la formation de cartes géologiques. La lithostratigraphie est, de ce fait, essentiellement un outil de corrélation régionale 2) Les unités lithostratigraphiques Les unités lithostratigraphiques sont : Groupe Groupe Formation Formation Membre Membre Strate Strateou oucouche couche Lamine Lamineou ouvarve varve La Formation : C’est Unité de base de la lithostratigraphie. La formation a une histoire géologique régionale. C’est l’unité stratigraphique fondamentale pour décrire et interpréter la géologie d’une région. C’est un paramètre cartographiable. Les Formations ont des limites non isochrones. On ne retrouve pas tous les membres partout pareils.  Sa puissance est variable  Souvent figurée sur les cartes géologiques  Reconnaissance internationale (publication) 3 . Faciès, séquences et discontinuités sédimentaire 3.1 Faciès : Le faciès correspond à la description de l'ensemble des caractères:  lithologiques (lithofaciés),  paléontologiques (biofaciès)  sédimentologique (marin, continental, littoral, …) d'un dépôt. Chaque milieu de dépôt laisse une empreinte spécifique et distincte sur le sédiment . Un faciès est donc un type de roche, témoignant d’un certain environnement de dépôt. Les faciès peuvent horizontalement varier verticalement et Dépôt marin peu profond, mer chaude 3.2 Discontinuités sédimentaire La sédimentation est un phénomène discontinu et la duré enregistrée sous forme de dépôts ne représente qu’une très faible fraction du temps écoulé, la période de non dépôt étant généralement plus grande que celle des périodes de dépôt. À certains endroits dans une série sédimentaire l'information est absente ; soit que les roches ont disparu suite à l'érosion, soit que la sédimentation s'est interrompue. Ces manques, ces absences d'information correspondent à des intervalles de temps dans la succession des événements géologiques. L'intervalle de temps peut être restreint et ne toucher qu'une localité (lacunes), ou peut être de longue durée et s'étendre à toute une région (discordance). Une lacune ( Pl. S5 Fig.1) peut s’expliquer par:  Une érosion : c.à.d que dans la localité II la couche B à été déposée, puis érodée avant même que la couche C se dépose.  Non dépôt : pendant que se déposait la couche B dans la localité I, la zone II était émergée. 3.2.2 Discordance = est une discontinuité : Lorsque la surface de discontinuité ne suit pas la couche. Les discordances ou discontinuités de sédimentation peuvent être mises en relation avec différents événements. + Déformations tectoniques (exemple plissement ) suivis d’érosion, puis reprise de sédimentation ; c’est le cas des discordances angulaires. + Variations relatives du niveau marin qui entraînent les modifications dans le milieu de sédimentation. Ces changements correspondent à des événements géologiques majeurs désignés par transgressions et régressions. La base des dépôts qui marque ces phénomènes est souligné par une discontinuité sédimentaire. 4. transgression et régression Ce sont des processus sédimentaires qui se matérialisent par le déplacement vers le continent ou vers le large, de la ligne de rivage 4.1 La transgression C’est la progression du milieu marin vers le continent. La transgression résulte soit d’une élévation du niveau marin (eustatisme) soit d’un affaissement du continent (subsidence). C B A 4.2 La régression C’est le phénomène inverse de la transgression : retrait de la mer par abaissement du niveau marin ou surrection du continent. 4.3 Loi des faciès de Walther ( Johannes Walther (1860-1937) Des environnements sédimentaires qui se trouvent latéralement les uns à côté des autres aujourd’hui, se trouvent en superposition dans les archives sédimentaires. Ce phénomène est causé par les transgressions et régressions successives. Fig.6 Le résultat est une séquence verticale de couches sédimentaires différentes. Cette séquence reflète la répartition latérale des environnements sédimentaires dans le passé. 5. Séquences, cycle et rythme Structure concordante: Lorsque les formations rocheuses sont disposées régulièrement les unes sur les autres sans qu'il manque d'étage. Lacune: lorsqu'un étage est absent, en tout ou en partie. Une lacune suppose l'interruption provisoire de la sédimentation (lacune de sédimentation) ou une période d'érosion (lacune d'érosion) d'une durée inconnue. II. LA BIOSTRATIGRAPHIE 1. INTRODUCTION Définition: caractérisation des couches par leur contenu paléontologique  Basée sur le principe de l’évolution des espèces (processus continu , non répétitif dans le temps = chronomètre) Domaine d’application : roches sédimentaires (ou volcano-sédimentaires) Utilisations - Corrélation - Datation Fig. 9 Corrélation de zones fossilifères Le faciès lithologique seul est peu fiable car peut se répéter dans le temps et est très dépendant du milieu considéré. Par conséquent il ya des phénomènes sédimentaires diachrones. De plus, les lacunes sont l’expression de discontinuités temporelles dans le dépôt. Il faut donc un marqueur irréversible du temps = BIOSTRATIGRAPHIE 3. Unité biostratigraphique La biostratigraphie est le découpage biozones. du temps en Biozone = division de base biostratigraphique correspondant au volume de terrains correspondant à l’extension verticale et horizontale (géographique) de deux ou plusieurs taxons chacun d’eux n’occupant pas obligatoirement le même espace. Le taxon est un groupe d'organismes vivants qui descendent d'un même ancêtre et qui ont certains caractères communs. Les embranchements, classes, ordres, familles, espèces sont des taxons La biozone est fondée sur l'apparition ou la disparition d'espèces. Fig.10 Limite d’apparition et de disparition d’une Biozone • Apparition = FAD " First Appearence Datum " (limite inférieure) • Durée de vie = extension verticale (épaisseur) • Disparition = LAD " Last Appearence Datum " (limite supérieure).  Différents types de biozones On distingue plusieurs types de biozones : (Fig.11) ; (Pl.11 ; Fig. 4) 4. Evolution On distingue deux types d’évolution : (Fig.12) Evolution anagénétique : Le passage d’une espèce à une autre se fait progressivement dans le temps, d’une seule lignée par la dérive morphologique de la population : la sélection joue au niveau des individus. Evolution cladogénétique : Le passage d’une espèce à une autre se fait brutalement. C’est l’éclatement d’une lignée en plusieurs rameaux qui sont généralement divergent. Les causes peuvent être des facteurs géographiques ou écologiques. Fig.12 Evolution anagénétique et cladogénétique III LA CHRONOSTRATIGRAPHIE 1- Définition 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 .  Chaque unité chronostratigraphique qui représente un ensemble de couches équivaut au temps nécessaire à son dépôt. Possibilité de découpage du temps géologique Echelle chronostratigraphique  Objet : « Établissement d ’une hiérarchie complète et structurée de toutes les unités stratigraphiques »  Chaque unité chronostratigraphique représente un ensemble de couches  La durée correspondant au dépôt des-dites couches est une unité géochronologique. 2- Les unités chronostratigraphiques Chronostratigraphie Géochronologie  Eonothème  Eon  Erathème  Système  Série  Etage  Chronozone : Protérozoïque  Ere : Paléozoïque  Période : Crétacé  Epoque : Néogène  Age : Cénomanien  Chron (correspond en général à la durée d’une biozone) Voir Fig.13 Fig. 14 Principales catégories d’unité dans la classification stratigraphique (d’après Hedberg, 1976 in Ch. Pomerol 1987). Fig.15 la relation entre la lithostratigraphie ; la biostratigraphie et la chronostratigraphie EXERCICES Datation relative: exemple 3 D E C B A ABCDE Sont des couches sédimentaires Application du principe de superposition recoupement Une structure (plis, faille, intrusion magmatique) qui en affecte une autre est plus récente que celle qu ’elle affecte Présent E D C B Passé A Erosion (émersion préalable) Plissement Le plissement affecte les couches ABCD. Il est donc postérieur La surface d ’érosion tranche les plis. Elle est donc postérieure aux plis qu ’elle affecte La couche E recouvre la surface d ’érosion. Elle est donc postérieure Récapitulation Datation relative: exemple 4 F C B A G ABC Sont des couches sédimentaires G est un pluton granitique. La zone de cuisson (= thermométamorphisme = métamorphisme de contact) affecte les couches ABC) La faille recoupe le pluton et les strates ABC La surface d ’érosion recoupe la faille Récapitulation Application Application du du principe principe de de superposition recoupement Surface d’érosion F Présent G (métamorphisme de contact) C B Passé A 1 2 Discordance angulaire Dépôt d ’une strate sur des couches géologiques plus anciennes qui ne lui sont pas parallèle. Évènement tectonique intermédiaire. Retrouvez les étapes qui se sont succédées pour mettre en place ce paysage source manuel SVT TS Bordas 2002 CHAPITRE III CHRONOLOGIE ABSOLUE ET RADIOCHRONOLOGIE 1) Introduction Pour repérer un événement passé (=Paléogéographie), on peut:  le situer par rapport à un autre c'est-à-dire établir sa chronologie relative (les mammifères sont apparus après les reptiles).  ou bien indiquer la date à laquelle il s'est produit c'est-à-dire établir sa chronologie absolue (les mammifères sont apparus il y a 200 millions d'années). La chronologie absolue est exprimée par des durées chiffrées en millions d’années. La radiochronologie est la méthode de datation absolue la plus utilisée en géologie. C’est une méthode physique qui analyse des phénomènes irréversibles qui se traduisent par la transformation d’un élément radioactif en élément stable. 2) Rappels fondamentaux a) La structure atomique Z est le nombre de charges ou « numéro atomique ». C'est le nombre de protons présents dans le noyau. A est le nombre de nucléons appelé aussi « nombre de masse ». N = A - Z est donc le nombre de neutrons du noyau. b) Les isotopes Les isotopes d’un élément chimique sont des atomes dont le noyau renferme le même nombre de protons donc le même nombre atomique Z, mais un nombre différents de neutrons, donc des nombre de masse A différent A Z X. Exemple : pour l’élément hydrogène on distingue trois isotopes Certains isotopes sont stables (208Pb), D’autre sont radioactifs Uranium (234U).  On appelle atomes stables les atomes qui ont autant de protons que de neutrons se sont des atomes légers (N=P).  On appelle atomes instables, les atomes qui renferment beaucoup plus de neutrons que de protons, se sont des atomes lourds (N >P). Les éléments radioactifs. Ils instables sont des éléments subissent au cours du temps une désintégration nucléaire progressive pour donner une forme stable ou radiogénique. La transformation se fait par émission de particules α et β ou encore des rayonnements γ. Par exemple, le rubidium 87Rb donne 87St+β. Pour les mêmes atomes, la vitesse est invariante géologique. : c’est donc un chronomètre 3 Les différents types de désintégration radioactive  Radioactivité  Radioactivité  L'émission 4- Principe de la radiochronologie On assimile l'échantillon à une "boîte" fermée depuis sa formation jusqu'à aujourd'hui. La fermeture du système correspond à l'arrêt de tout échange d'isotopes avec l'environnement extérieur. La population de noyaux radioactifs restants est donnée par la loi de décroissance radioactive (Fig.2) : Constante de temps La constante de temps (en s) est définie par : . C'est la durée de vie moyenne d'un noyau. (On parle de "moyenne" car certains noyaux se désintègrent plus rapidement que d'autres.) La loi de décroissance radioactive est donc :