GEOLOGIE STRUCTURALE

I.           INTRODUCTION

Aujourd’hui nous abordons un nouveau chapitre de la géologie, à savoir la géologie structurale. En quoi consiste-t-elle ?

On a vu dans les causeries précédentes que l’écorce terrestre est formée de roches qui se sont constituées en masses rocheuses de configuration différente. Les roches sédimentaires se disposent en couches généralement horizontales mais que l’on peut rencontrer plus ou moins fortement inclinées ou plissées. Les roches magmatiques intrusives constituent des masses en forme de dôme, dykes, laccolite, nappe et autres formes diverses. L’ensemble de ces diverses masses rocheuses attenantes est désigné par la locution, formes de disposition des roches ou formes structurales.

II.         DEFINITION DE LA GEOLOGIE STRUCTURALE

La géologie structurale se propose d’étudier ces formes de disposition des roches. Pour cela, on abordera :

–  D’abord l’aspect extérieur ou la géométrie des formes structurales. Cela permettra d’établir une classification des formes structurales d’après leurs caractéristiques morphologiques : plis en dôme, plis longs, etc.

–  Puis la cinématique ou le mécanisme de la genèse de ses formes. Pour cela on décrira les mouvements du matériau de l’écorce terrestre qui a conduit à obtenir ces dernières. L’analyse de la cinématique permet de diviser les formes structurales en primitives (originelles) ou secondaires ou dérangées (apparues de fait de transformations postérieures des structures primitives). Dans l’analyse des structures secondaires on fera apparaître des facteurs d’ordre dynamique comme les forces tectonique de compression, d’extension, de décrochement. Ainsi, quand les forces de compression ont été exercées parallèlement aux couches, les plis obtenus sont dus à une flexion longitudinale. De même, lorsque les couches plissées le sont à la suite de soulèvements de certains compartiments sous l’effet d’une pression dirigée du bas perpendiculairement aux couches, on parle de flexion transversale.

III.      ROLE DE LA GEOLOGIE STRUCTURALE

Elle facilite :

–  les levées géologiques. Le géologue doit restituer l’aspect complet d’une forme structural sur la base de quelques relevés sur le terrain. Il doit pouvoir relier ses différentes observations fragmentaires ;

–  les prospections pétrolières ou gazières. En effet, le pétrole et le gaz naturel se concentrent en général dans les voûtes des anticlinaux. Il faut donc déterminer avec précision les parties culminantes de ces structures ;

–  l’étude des conditions de formation des fissures ;

–  la solution de problèmes hydrologiques, car la circulation des eaux souterraines est fonction de la disposition des roches ;

–  la prospection des ingénieurs qui doivent déterminer les conditions nécessaires à l’édification de bâtiments.

IV.       FORMES PRIMITIVES ET SECONDAIRES DE DISPOSITION DES TERRAINS

On appelle dislocations ou accidents les déformations qui ont entraînée l’apparition de structures secondaires. L’origine des forces qui provoquent ces dislocations est variée.

  • Elles prennent naissance dans la roche même :

–         du fait de l’augmentation ou de la diminution de volume par absorption d’eau ou par dessèchement ;

–         à la suite de réactions chimiques, de recristallisation, etc.

  • Elles peuvent être dues à des actions mutuelles entre couches. Ainsi, une couche constituée d’une roche plus lourde que la couche sous-jacente, tend à s’enfoncer dans la couche inférieure, et la matière de celle-ci, après expulsion pénètre dans la couche supérieure, ce qui entraîne des déformations et dérange la disposition primitive.
  • Elles peuvent être d’origine externe. Par exemple, effet de la pesanteur sur une couche encore meuble déposée sur le fond d’une cuvette marine ou lacustre et non recouverte, qui est entraînée par glissement le long d’une pente.
  • Ce sont également des forces tectoniques qui  provoquent des mouvements tectoniques, c’est-à-dire, déplacements de matériaux de la croûte terrestre par compressions, extensions ou décrochements. Dans ce cas, ce sont des masses importantes qui sont mises en jeu.

Sur la base de l’origine des forces de dislocation, on peut répartir les formes secondaires de disposition des terrains en :

–  formes non tectoniques ;

–  formes tectoniques.

La division en formes structurales primitives et secondaires semble évidente pour les roches sédimentaires, mais l’est moins pour les roches magmatiques intrusives. En effet, le déplacement du magma au sein de l’écorce terrestre peut être assimilé à un mouvement tectonique se déroulant dans des conditions de fluidité particulière. Dans cette optique, toute forme finale, dykes, dôme, laccolite, etc. serait de nature secondaire. C’est pourquoi leur étude fera l’objet d’un chapitre séparé.

V.         ARRANGEMENT DES TERRAINS EN COUCHES

La forme primitive de disposition des roches sédimentaires la plus courante est la couche horizontale car elles s’accumulent habituellement sur un fond marin nivelé par l’érosion littorale, sur des plaines basses des continents, au fond de vallées, etc. Il existe une disposition primitive présentant un pendage : les roches volcaniques le long des pentes d’un volcan ou d’un cratère d’explosion (jusqu’à 35°) ; les dépôts fluviaux sur les flancs des vallées ; les sédiments marins sur les talus d’éboulis des récifs coralliens, etc. (fig. 1).

Fig. 1 – Disposition originelle inclinées des couches. Récif corallien du Carbonfère inférieur dans le Nouveau-Mexique (Etats-Unis)

1 – série Donna Anna ; 2 – série Arcente ; 3 – faciès de marbre gris clair d’Alamogordo ; 4 – faciès de marnes gris clair d’Alamogordo ; 5 – faciès de sables verts d’Alamogordo à crinoïdes ; 6 – faciès de dépôts gris d’Alamogordo finement lités ; 7 – faciès de marbre noir dur d’Alamogordo à gros grains ; 8 – faciès bioherme d’Alamogordo ; 9 – faciès de grès gris d’Alamogordo à grains fins ; 10 – formationde Cabaliero.

 Une couche est délimitée par des surfaces de séparation avec les autres couches ; la surface inférieure porte le nom de mur, tandis que la surface supérieure celui de toit. Au point de vue dimensions, elles peuvent atteindre des épaisseurs de quelques centimètres à quelques dizaine de mètres, et des extensions latérales de plusieurs dizaines de kilomètres. Elles se terminent latéralement toujours en biseau et passe en coin à d’autres couches. Lorsque la couche est de faible extension et qu’elle se termine en biseau dans les deux sens, on parle de lentille.  La composition d’une couche reste la même tout au long de son extension.

Une série sédimentaire est stratifiée, c’est-à-dire composée d’une alternance de couches reposant les unes sur les autres, la plus jeune étant la dernière a s’être déposée, donc la supérieure. La structure alternée peut présenter des bancs de composition différente : ainsi on rencontre fréquemment une alternance de bancs calcaires et de bancs marneux, ou de couches de grès, d’argiles et de calcaires.

On peut également observer des surfaces de discontinuité entre les couches. Elles se manifestent soit, par des fissures plus ou moins fines qui séparent les couches, soit par des traces de « traitement » de la surface supérieure d’une couche avant le dépôt de la couche suivante (faible érosion, imprégnation par des sels minéraux, traces biologiques, etc.).

VI.       STRUCTURE INTIME ORIGINELLE DES ROCHES SEDIMENTAIRES

La structure intime des séries sédimentaires dépend des conditions physico-géographiques du milieu de formation des couches. Nous nous contenterons ici de rappeler les caractères fondamentaux de la structure intime des bancs sédimentaires.

L’arrangement des grains dans la roche dépend de l’agitation du milieu de sédimentation :

–  structure imbriquée dans les conglomérats marins composés de galets aplatis, inclinaison du côté déferlement des vagues, axes oblongs des galets, parallèles au littoral ;

–  dans les cours d’eau et parties de mer à fort courant, les grains orientent leur grand axe dans le sens de l’écoulement ;

–  en eau calme et agitée, les grains aplatis (écailles de mica, par exemple) se déposent sur le fond en couches horizontales.

La schistosité

–  Les feuillets de schistosité peuvent être parallèles à la couche ; ils sont alors continus, discontinus et lenticulaires.

–  La schistosité est striée lorsque les paillettes sont disposées parallèlement les unes aux autres et à la couche.

–  Lorsque les feuillets sont disposés obliquement par rapport à la couche, on a affaire à une stratification oblique ou entrecroisée (fig. 2).

Relief du toit

–  Lorsque les feuillets se plissent à la surface de la couche lors de la formation des sables à faible profondeur dans la zone de déferlement (plage) ou dans le lit des cours d’eau à fort courant, les figures formées portent le nom de ripples-marks ou rides de sable (fig. 3) ;

–  traces de gouttes d’eau, remplissage des fentes de dessiccation à la surface d’une couche ;

–  figures de base ou « hiéroglyphes » qui forment des reliefs irréguliers et variés à la base des bancs de sable lorsqu’ils reposent sur des roches argileuses (fig. 4). Elles peuvent être dues à des traces de vers, mollusques et autres organismes.

Toutes formes intimes de la roche permettent de déterminer assez aisément le mur ou le toit des couches.

Fig. 2 – Schistosité entrecroisée. Dépôts Tchokrakskié au Daghestan.

 En haut du dessin on a figuré des ripples-marks en section transversale (d’après L. Roukhine).

 

Fig. 3 – Ripples-marks (schéma d’après Van Hise) :

                                                                                            a – surface des rides ;

                                                                                            b – traces des rides de sable au mur de la couche susjacente

Fig. 4 – Hiéroglyphes. Figures de base terrigène du Jurassique moyen.

Caucase du Nord-Ouest (vue prise par M. Lomizé)

 VII.     RAPPORT ENTRE LES COUCHES

On a vu précédemment que dans une coupe géologique, on observe généralement une alternance de couches de nature différente.

Une série intéressante en géologie structurale est la stratification en alternance répétée, dénotant un rythme. Elle présente une répétition de séquences limitées de roches. Généralement, elle débute à la base par des roches plus grossières comme des grès ou des calcaires détritiques, puis des roches à grains plus fins telles que des argiles gréseuses, des marnes ou des pélites. Cette succession se répète un grand nombre de fois (cent ou mille). L’épaisseur des rythmes varie de quelques dizaines de centimètres à 2 ou 3 m. Le passage d’un élément à l’autre au sein d’un rythme se fait progressivement, tandis chaque rythme est séparé par des frontières nettes.

Cette forme de rapport est très caractéristique des séries de flysch et de charbon.

On peut également observer entre les couches des surfaces de discontinuité marquées par des indices d’arrêt de la sédimentation. Ceux-ci sont généralement très courts à l’échelle des temps géologiques mais ils témoignent d’un processus de sédimentation discontinu.

Lors d’une régression marine, ces arrêts de sédimentation peuvent être plus importants, car ils correspondent à de longues périodes d’érection au-dessus du niveau de la mer des régions concernées. Si ensuite, une nouvelle transgression marine relance le processus de sédimentation, il se forme de nouvelles couches qui reposeront en discordance sur les anciennes. Deux séries de couches se trouvent ainsi séparées par une surface ou plan de discordance.

Si les deux séries sont dans l’ensemble parallèles entre elles, on dit que la discordance est parallèle (fig. 5a). Si la série inférieure a subit des déformations et dislocations durant la phase d’arrêt, provoquant un basculement ou un plissement des couches, puis une érosion, et, si par-dessus, une nouvelle série se sédimente, on parle de discordance angulaire (fig. 5b). Les deux séries forment entre elles un angle de discordance.

On peut également rencontrer le cas suivant. Le toit d’une série qui a subit une modification de relief avec formation de cuvettes, peut être recouvert par une nouvelle série dont le mur comblera les dépressions. Ce comblement des cuvettes de l’ancien relief est dit ingressif. Sur les marges des cuvettes ensevelies on observe un accolement de la jeune série à l’ancienne. Cet accolement peut être soit plat ou parallèle, soit discordant (fig. 6) selon que la série inférieure a gardé sa position horizontale ou a été plissée avant formation du relief.

                                                                         

                         Fig. 5 – Discordance : a – parallèle ; b – angulaire         Fig. 6 – Accolement : a – parallèle ; b – discordant

VIII.   VARIATION LATERALE DE LA COMPOSITION ET DE L’EPAISSEUR DES DEPOTS

 Une des propriétés fondamentales des séries stratigraphiques est qu’elles varient aussi bien latéralement qu’en profondeur. Ces variations concernent aussi bien la composition des roches que l’épaisseur des unités stratigraphiques. Elles peuvent être progressives et lentes, ou brusque et se réduire à de courtes distances. Il peut arriver que l’épaisseur et la composition varient pratiquement instantanément, par saut. Très souvent, cependant, il existe une zone de transition entre le passage d’une séquence à l’autre. Dans cette zone, les couches d’une composition se terminent en biseau pour passer à des couches de composition différente.

Les modifications d’épaisseur et de compositions des séries sédimentaires sont la conséquence des oscillations du sol :

–  enfoncement progressif et régulier d’un bassin sédimentaire (subsidence), accompagné d’une accumulation sur de fortes épaisseurs de sédiments,

–  ou, soulèvement à la suite de l‘abrasion du relief par des agents de l’érosion, donc avec diminution des épaisseurs des couches sédimentaires.

Lorsqu’une zone de l’écorce terrestre se soulève à une altitude dépassant le niveau de la mer, elle subit une attaque des agents d’érosion (eaux météoriques, abrasion marine, etc.). Les produits détritiques qui en d écoulent sont entraînés vers les dépressions avoisinantes et si déposent, formant un nouveau bassin de sédimentation. Un tri selon la granulométrie s’effectue naturellement : les éléments les plus grossiers s’accumulent sur les pentes immédiates, tandis que les sédiments plus fins parcourent de plus grandes distances avant leur dépôt. C’est ainsi que se forment les régions de dépôts de même âge mais de composition différente.

La variation de la vitesse de subsidence d’un secteur continental et de sa configuration, l’apparition de nouveaux compartiments émergés et la disparition d’anciens, la répartition des bassins sédimentaires à composition lithologiques différente se modifie. C’est ainsi qu’à une sédimentation fine peut succéder un dépôt de sédiments plus grossiers et que les dimensions de la zone de dépôt de telle ou telle composition autour des îlots continentaux varient.

IX.       DISPOSITION DES ROCHES SEDIMENTAIRES EN STRUCTURES MASSIVES

 On a vu que généralement les roches sédimentaires sont le résultat de dépôts en couches horizontales. Toutefois, il existe des gisements non stratifiés qui se présentent sous forme massive : calcaires récifaux formés par des colonies de polypiers, d’algues, de bryozoaires, etc. Ces accumulations portent le nom de bioherme.

Ces structures se présentent en dômes, en lentilles, en champignons. Ils sont généralement entourés de bancs de calcaires détritiques provenant du récif. Ces derniers présentent un pendage du récif vers l’extérieur. De ce fait, la disposition des roches voisines présentent non plus une position horizontale, mais sont inclinées (fig. 1 et fig. 7).

X.         BIBLIOGRAPHIE

Beloussov V. (1978) – Géologie structurale, Editions MIR, Moscou.

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Catégories : Géologie | 2 Commentaires

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2 réflexions sur “GEOLOGIE STRUCTURALE

  1. Raymond

    excellent

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