1. Procédure d’échantillonnage
Deux sites distants de 10 kilomètres ont été étudiés en détail par les sédimentologues de l'IFP : Long Nab (LN), près de Cloughton Wyke, et Ravenscar (RV) (figure II.1). Pour chacun d'eux, nous disposons d'observations de surface (falaise côtière) et d'un grand nombre de sondages carottés rapprochés (parfois distants de moins de 50 m), forés en arrière de la falaise. Deux catégories d’échantillons ont été analysés (figure II.8) :
• ceux issus de prélèvements disponibles qui ont été effectués pour mesurer les propriétés pétrophysiques (porosité, perméabilité, densité) : ce sont les plugs ; ils proviennent des différents sondages et sont issus des formations gréseuses et des parties cohérentes des carottes ; leur espacement est généralement de l'ordre de 25 à 30 centimètres ;
• ceux issus de prélèvements supplémentaires destinés à l'étude des variations de composition chimique à très petite échelle : ce sont les sections ; dans les sections de grès, l'espacement entre échantillons voisins est de 3 cm environ ; des sections ont également été réalisées dans les niveaux argileux, moins cohérents, l’espacement entre échantillons est alors de l'ordre de 10 cm.
Cette stratégie d’échantillonnage permet d’apprécier la variabilité chimique à diverses échelles : au sein d’un banc, en utilisant les sections, à l’échelle d’une formation avec l’aide des plugs. On pourra, par ailleurs, comparer ces deux échelles de variabilité. Enfin, le nombre important de sondages carottés rend possible l’étude de la variabilité latérale de composition des différents bancs et faciès sédimentaires.
Plug p
Plug p+1
Section S
ech. S
1ech. S
1030 cm
2. Sondages et formations étudiés
Sur le site de Long Nab, un seul sondage, LN15, a été sélectionné. Il ne traverse que les couches les plus jeunes du Ravenscar Group, à savoir celles de la Scalby Formation. Trois sections (A, B, C) ont été prélevées dans les grès estuariens du Moor Grit Member et une (D) dans un niveau argileux sus- jacent. Les plugs ont été prélevés de part et d’autre des sections.
Sur le site de Ravenscar, 18 sondages ont été réalisés suivant une grille au maillage variable. L’espacement entre deux sondages augmente au fur et à mesure que l’on s’éloigne du point de référence constitué par le puits RV1 (figure II.6). Les sondages sont situés à l’Est de la faille de Peak, où les couches présentent un pendage notable et certaines des formations s’épaississent de manière importante (figure II.7). Six sondages ont été retenus (figure II.3) :
• RV18, le plus profond de tous ; il présente l’intérêt de traverser toutes les formations du Ravenscar Group, à l’exception du haut de la Scalby Formation. Cependant, le Moor Grit Member est commun à LN15 et RV18.
• RV10, qui traverse une grande partie des Grès de Ravenscar, depuis le Millepore Bed Member jusqu’aux grès marins de l’Ellerbeck Formation.
• RV4 et RV17, pour lesquels seul le Sycarham Member été échantillonné dans sa totalité. • RV7 et RV15 dont on a retenu les grès littoraux formant la base de la Scarborough
Formation.
Les sondages du site de Ravenscar correspondent à des niveaux plus profonds qu’à Long Nab et une plus grande variété de faciès a pu y être échantillonnée. De ces six sondages, seul RV18 a fait l’objet d’un double échantillonnage (plugs et sections). Les sections prélevées dans les niveaux gréseux et argileux de ce sondage sont décrits dans le tableau II.1. Pour les autres sondages, seuls les plugs ont été utilisés. L’échantillonnage complet réalisé est récapitulé sur la figure II.3.
section granulométrie faciès formation
RV18A grès remplissage fluviatile Moor Grit Member, Scalby Formation
RV18B grès upper shoreface Scarborough Formation
RV18C grès chenal distributaire Sycarham Member, Cloughton Formation
RV18D shale argiles de plaine deltaïque Sycarham Member, Cloughton Formation
RV18F grès chenal distributaire Saltwick Formation
RV18G shale argiles de plaine deltaïque Saltwick Formation
RV18H shale argiles de plaine deltaïque Saltwick Formation
RV18I shale argiles de plaine deltaïque Sycarham Member, Cloughton Formation
RV18J shale argiles marines Scarborough Formation
RV18K grès chenal distributaire Gristhorpe Member, Cloughton Formation
Tableau II.1 : Sections échantillonnées sur les carottes du sondage RV18.
3. Description des faciès sédimentaires échantillonnés
L’interprétation sédimentologique des sondages du Ravenscar Group a été faite par Eschard et al. (1988 ; 1994). Dans ces études, les différents faciès échantillonnés sous la forme de plugs ou de sections sont numérotés de 1 à 23. Cette numérotation a été reprise ici par commodité. Ces faciès, regroupés par environnements de dépôt, sont décrits ci-dessous. On peut également se reporter à la figure II.2 pour retrouver l’organisation de ces faciès dans les différents environnements.
a. Complexe estuarien
Faciès 23 :grès propres de remplissage fluviatile
Ces grès sont visibles à la base de la Scalby Formation et constituent les grès du Moor Grit Member. Ils ont été déposés dans des chenaux fluviatiles formés dans un contexte estuarien. Ce sont des grès propres, moyens à grossiers, à stratifications entrecroisées en auges (trough cross-bedding) et très matures (quartz arénites). Ils offrent des propriétés pétrophysiques très intéressantes (porosité 20 %, perméabilité 1000 mD). Les sections A, B du sondage LN15 et la section A du sondage RV18 appartiennent à ce faciès.
b. Plaine deltaïque
Faciès 3 : grès propres de chenaux à méandres
Ces grès sont de granulométrie moyenne, à stratifications entrecroisées planes ou en auges, matures (quartz arénites faiblement feldspathiques). Leurs propriétés pétrophysiques sont moyennes à bonnes (φ = 20 %, K = 400 mD). Ces grès se trouvent dans le haut de la Scalby Formation et accessoirement dans la Saltwick Formation.
Faciès 7 : grès faiblement argileux de chenaux à méandres
Ces grès sont semblables aux grès du faciès 3, avec un contenu en argiles et/ou en micas plus important, impliquant des propriétés pétrophysiques moins bonnes (porosité < 20 %, perméabilité de l’ordre de 200 mD). Ces grès sont présents essentiellement dans le Gristhorpe Member et la Saltwick Formation et échantillonnés sous la forme de sections (K et F) sur le sondage RV18. On peut également les trouver dans le haut de la Scalby Formation. Les dimensions de ces grès sont variables ; Mjos & Prestholm (1993) montrent que les grès des chenaux deltaïques de la Saltwick Formation ont une puissance de 4 à 20 m et une extension latérale de 100 à 600 m.
Faciès 2 : grès propres de chenaux distributaires
Ce faciès de plaine deltaïque caractérise l’ensemble des grès du Sycarham Member (échantillonnés via la section C, sondage RV18). Ils présentent la particularité d’être amalgamés. Ceux-ci sont des sublitharénites faiblement feldspathiques, moyens, à stratifications entrecroisées en auges. Ils peuvent être riches en ciment ferrifère (sidérite généralement oxydée). L’abondance de ce ciment est cependant très variable comme le montrent les variations de coloration brune à l’échelle du centimètre. La perméabilité est assez élevée, de l’ordre de 500 mD.
Faciès 13 : dépôts de débordement, épandages de crevasse
Ce sont des grès fins et des silts, argileux et micacés, déposés sur la plaine deltaïque, lorsque le cours d’eau quitte son lit du fait d’un apport d’eau important. Leur épaisseur est faible, de 0,5 à 1 m environ. Ils peuvent s’étendre latéralement sur plusieurs centaines de mètres. Les porosités et perméabilités de ces niveaux sont faibles. Une des particularités de ce faciès est de contenir une fraction feldspathique plus importante que les grès de chenaux.
Faciès 18 : boues continentales, plaine d’inondation
Ces niveaux fins sont déposés dans la plaine deltaïque, entre les chenaux distributaires. Ils sont homogènes, sombres et constitués essentiellement de matrice argileuse. Leur contenu en débris ligniteux peut être parfois élevé. Ce faciès a été échantillonné sous la forme de sections (D, I, H et G) dans le sondage RV18.
c. Lagon
Faciès 6 : grès lagunaires faiblement argileux
Ce faciès se rencontre dans les formations Scalby et Cloughton. Il consiste en des silts et des grès fins, argileux ou parfois propres, de faible épaisseur. Les grès constituent des objets tabulaires de puissance décimétrique et continus sur plusieurs centaines de mètres.
d. Littoral et avant-côte (shoreface)
Faciès 9 : grès de plage
Ces grès, plutôt micacés et parfois riches en fer, présents dans la formation Ellerbeck sont fins à moyens, bien classés et présentent des stratifications entrecroisées planes obliques. La présence de traces de racines permet de conclure au développement d’un sol sur ces sédiments.
Faciès 1 : grès propres d’avant-côte (upper shoreface)
Ces sédiments se sont déposés dans la zone de battement des vagues. Ils sont constitués de grès fins, propres, à stratifications entrecroisées en mamelons (hummocky cross-bedding) ou à rides de vagues. Ces grès sont peu perméables. On les trouve dans la formation d’Ellerbeck.
Faciès 5 : grès faiblement argileux d’avant-côte (middle shoreface)
Ces sédiments, fins à très fins, sont semblables aux sédiments du faciès d’upper shoreface mais contiennent plus d’argiles et de micas. Ils peuvent être également riches en feldspaths (Scarborough Formation, voir la section B du sondage RV18). Les grès présentent des figures sédimentaires de type rides de vagues et stratifications entrecroisées en mamelons.
Faciès 11 : grès très argileux d’avant-côte (lower shoreface)
Ce sont des sédiments riches en argiles et micas et dont les caractéristiques sont voisines de celles du faciès précédent.
Ces deux derniers faciès caractérisent les grès littoraux des formations Scarborough et Ellerbeck.
Faciès 14 : grès à ciment ferrifère, hardground
Il s’agit de grès totalement imperméable, du fait de l’importante cimentation ferrifère. Ce faciès se rencontre dans les niveaux littoraux tels que le Millepore Bed Member ou l’Ellerbeck Formation, tout en restant relativement rare.
e. Zone maritime (offshore)
Faciès 8 : grès argileux, marin
Ce faciès est caractéristique d’un environnement marin peu profond. Il est constitué de grès fins plus ou moins argileux, à très faible perméabilité. Il constitue un des faciès rencontrés dans le Millepore Bed Member.
Faciès 15 : boues marines
Il s’agit de niveaux argileux sombres, déposés dans un contexte purement marin. Ces niveaux sont laminés et faiblement bioturbés. Ils sont présents dans le Millepore Bed Member.
Faciès 20 : carbonates marins sableux et argileux
Ce faciès est caractéristique de la passée franchement marine de la Scarborough Formation.
Cet inventaire montre qu’un très grand nombre de faciès, depuis le milieu continental jusqu’au domaine marin peu profond, ont pu être échantillonnés sur plusieurs sondages, afin de caractériser le mieux possible les variabilités de composition chimique et minéralogique. Cet échantillonnage dense représente près de 500 prélèvements dont plus d’une centaine sous la forme de sections. Le lecteur peut se référer directement au chapitre III consacré à l’étude et à l’interprétation de ces résultats.