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Cours Stratigraphie Chapitres II et III BCG S3

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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 :
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