Contribution à l'étude des propriétés géométriques des oolithes: l'exemple du Grand Lac Salé, Utah, USA

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Contribution à l'étude des propriétés géométriques des oolithes:

l'exemple du Grand Lac Salé, Utah, USA

CAROZZI, Albert V.

CAROZZI, Albert V. Contribution à l'étude des propriétés géométriques des oolithes: l'exemple du Grand Lac Salé, Utah, USA. Bulletin de l'Institut national genevois , 1957, vol. 58, p.

3-52

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CONTRIBUTION

A L'ÉTUDE DES PROPRIÉTÉS GÉOMÉTRIQUES DES ^OOLIT~S

L'EXEMPLE DU GRAND LAC SALÉ, UTAH, USA

par Albert CAROZZI

Tirage à part du

Bulletin de l'Institut National Genevois Tome LVllI

1957

CONTRIBUTION A L'ÉTUDE DES PROPRIÉTÉS GÉOMÉTRIQUES DES OOLITHES

L'EXEMPLE DU GRAND LAC SALÉ, UTAH, USA

par

Albert CAROZZI

*

ABSTRACT

Little attention has been paid to the geometrical properties of the oolites both in geological and present-day formations. A review of the litterature indicates however a few scattered evidences of clear relations between the behavior of oolites and nuclei size.

The uniform characters of oolitic sediments of any age support the classical theory of a chemico-physical origin in which the oolites are considered as concretions generated in subaqueous conditions through a combination of accretion and abrasion phenomena.

Lack of interest in the problem has arisen out of the widely differing use of the terms « oolite » and « pseudoolite » combined to an almost absence of systematic investigations. The adopted definitions are following :

pseudoolite : calcareous elliptical or spheroidal grain, devoid of particular structure and with no concentric layers.

superficial oolite : calcareous elliptiq1l or spheroidal grain with one concentric layer.

normal oolite : calcareous elliptical or spheroidal grain with at least two concentric layers.

Number of geometrical relations appear as soon as studies are focused not on the entire oolitic sediment but only on the coarsest oolites or pseudoolites as has been done similarly by the author with detrital minerals under the name of « clasticity index ». Thus, a maximal oolite is defined as the biggest oolite of a sediment regardless of the fact that it may be superficial or normal ; in the same way a

* Chargé de cours à l'Université de Genève, Associated Professor of Geology, University of Illinois, U.S.A.

•

maximal pseudoolite is defined as the biggest calcareous grain devoid of concentric layers in a sedirnent. The genetical relation between pseudoolites and oolites is emphasized, the former being the future nuclei of the latter.

It is of the utmost importance to distinguish between a sediment generated by the accumulation of oolites in their genetical environment irom deposits formed by transported oolites which do not differ essen-

tially from an usual detrltal sediment ; it is obvious tbat investigations on geometrical pr0pe1:ties of. oolites are to be restricted to the (ormer type of sediment.

The working hypothesis presented here has the main purpose to link into a simple and logica\ system all the observation facts dealing with the ge0metrical properties of oolites in their genetical envirOnment.

Two m.;ri.n and independent factors are considered, the combination of which, in time and space is tboroughly analyzed and appears able to explain the whole set of observations. The two factors are :

1. The clasticity index or maximum size of the pseudoolites brought by the cuuents into the supersaturate<;l environment where accretio11 takes place. The clasticity index is a expression of the maximum intensity of sub-aqueous currents.

2. The maximum size of the oolites expressing the agitation of the supersaturated environment, particularly the oscillatory movement of the waves over the ripple-marked bottom.

The accretion tends towards an equilibrium between agitation and oolite size which proceeds from the coarsest grades towards the fine grades 0f the sediment. An oolitisatio11 index is proposed to define the stages rcached by the process in a given sediment.

The litto.ral and shallow-water character of oolitic sediments is again emphasized as well as their bathymetrical interpretation under severâl geological conditions leading to simple or eomplicated rhythms of sedimentation.

The present work arose from the author's studies of the Alpine Mesozoic limestones to which . were added investigations along the beaches of the Great Salt Lake, Utah. In the latter region, the action of the two considered factors ; oscillatory movement of the waves and variations of the nuclei size are clearly ^disp~ayed as was already noticed, since 1938, by A. J. Eardley to whom the author is greatly indebted for his illuminating paper.

Attention is stressed on the absolute necessity of clean-cut defini- tions and systematic investigations of recent oolitic sediments.

« L'oolithe est, à mes yeux, une simple concrétion et rien de plus.»

L. CAYEUX, 1935.

INTRODUCTION

L'étude des sédiments oolithiques anciens et actuels ne semble pas avoir révélé jusqu'à ce jour des lois d'ensemble qui puissent exprimer de façon simple les propriétés géométriques des oolithes et de leurs noyaux.

La littérature géologique contient cependant de nombreuses obser- vations sur le comportement des oolithes, mais sans qu'un lien général ait été établi entre elles. Certains auteurs ont été frappés, par l'asso- ciation en apparence contradictoire d'une anarchie totale dans le comportement des oolithes et d'une amorce locale de certaines lois.

Nous aimerions citer ici, à titre d'exemple, les quelques remarques faites à ce sujet par Lucien Cayeux (193~) :

«La taille est des plus variables dans l'ensemble du groupe (des oolithes), mais d'une façon générale, dans un calcaire donné, elle change peu d'un individu à l'autre .... la taille des corps oqlithiques, réunis dans un même dépôt, voire même dans un petit échantillon, est sujette à variations. Tel calcaire est formé d'oolithes subsphériques de grandeur comparable, comme c'est fréquemment le cas pour

!'Oolithe miliaire ; tel autre accuse des écarts vraiment considérables dans les dimensions des oolithes d'une même coupe mince ; ces diffé- rences restent pour le moment inintelligibles ... Les dimensions respec- tives des noyaux et des enveloppes sont très variables, dans un échan- tillon donné et dans chaque coupe mince, quel que soit le type de nucléus. Ici, le noyau, de dimensions très exiguës, ne représente

· qu'une fraction insignifiante des individus, là il en constitue à lui seul la presque totalité, c'est-à-dire que les tailles ·respectives des parties en présence ne sont régies par aucune loi. N'empêche qu'il existe des calcaires dont les oolithes ont des dimensions proportionnelles à celles des noyaux ... Un fait ressort clairement de l'analyse des noyaux ooli- thiques, c'est que la plupart, doués de contours irréguliers dès le principe, ont été convertis en pseudoolithes avant de jouer le rôle de centres d'attraction. Aussi, l'association de vraies et de fausses oolithes (pseudoolithes) est-elle loin de constituer une exception. ^~ Depuis de nombreuses années, nous avons été préoccupé par la recherche d'une hypothèse de travail qui serait capable de rendre compte simplement de l'ensemble des caractères des sédiments ooli- thiques autant en ce qui concerne le comportement individuel des corpuscules que les propriétés d'ensemble, en particulier la rythmicité.

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La Jemarquable constance des caractèxes des dépôts oolithiques pendant Loute la durée de l'histoire de

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Teue, semble indiquex, qu'à part quelques rares exceptions, ce soot des facteurs physico-chimiques plutôt que biologiques qui règlent l'ensemble du processus. (L. Cayeux, 1935 ; A. J. Eardl.ey, 1938 ; L. V. IU:ing, 1954), l'oo)iU1e n'est en fait qu'une simple concrétion.

Afin de réduire l'influence biologique au minimum, nous avons choisi d'étudier Le Grand Lac Salé, Utah, U.S.A., qui présente un développement de sédiments oolithiques actuels aussi grandiose que facile à observer. Examiner à loisir les oolithes en formation sous une mince tranche d'eau est un spectacle des plus révélateurs qui nous a conduit à l'hypothèse de travail décrite dans les lignes qui suivent.

Lors de notre étude, au cours du printemps 1956. nous avons contracté de nombreuses dettes de reconnaissance. Nous tenons tout d'abord à exprimer notre gratitude à la « Stiftung für Stipendien auf den Gebieten der Mineralogie, Kristallchemic und Petrographie » à Zurich, à MM. les professeurs Ed. Paréjas et M. Gysin à Genève, G. W. White à Urbanà et au « Graduate Committee » du Département de Géologie de l'Œ1iversité d'lJlinois pour leur généreuse assistance qui nous o_nt permis d'effectuer nos recherches dans des conditions matérielles parfaites. Nous exprimons au professeur A. J. Eardley de l'Université de Utah, à Salt Lake City, notre sincère reconnaissance pour son aide de tous les instants ; sa grande amabilité et sa profonde connaissance du Grand Lac Salé nous ont évité bien des déboires en permettant de choisir à coup sür les meilleurs emplacements pour la récolte des échantillons. Nous lui devons également la possibilité d'avoir pu disposer d'une vedette pour nos sondages au large et pour accéder en particulier à Antelope Island sous l'adroite conduite de son assistant M. Bob Cohenor. D'autre part, l'ensemble de nos recher- ches a été effectué avec l'aide de M. Paul Hughes, assistant infati- gable dont le dévouement a transformé ce travail de terrain pénible et particulier en autant d'heures agréables dans un cadre par ailleurs aussi sauvage que grandiose.

DÉFINITIONS

Le terme oolithe a été utilisé dans des sens très différents suivant les auteurs. Etymologiquement, la désignation devrait s'appliquer aux corpuscules de la taille d'un grain de sable, constitutifs de n'importe quelle roche détritique, qui seraient sphéroïdaux et à surface exté- rieure lisse. Cependant, l'usage courant du terme implique un certain degré de régularité dans la structure interne, à savoir l'existence d'un noyau entouré par de fines couches concentriques ; la structure

- 7 -

radiale, acquise secondairement, ne doit pas intervenir dans la défi- nition. D'autre part, il ne semble pas utile d'établir des limites à l'épaisseur de l'enveloppe et à la ta.ille du noyau, car tous les termes de passage existent. Cependant, L. V. JIJing (1954) a trouvé utile de faire une distinction entre les individus qui ont des couches concen- triques peu nombreuses, donc üne mince enveloppe qu'il appelle

« oolithes superficielles » et les individus avec nombreuses couches concentriques donc à enveloppe épaisse, qu'il appelle « vraies ooli- thes ». Dans son travail sur les sables calcaires des Bahamas, L. V. Illing a noté que les sables modernes sont formés d'oolithes superficielles tandis que les dépôts analogues, mais consolidés du Pleistocène sont composés de vraies oolithes. L'utilité de cette distinc- tion est évidente dans le cas particulier, mais au point de vue géné- tique, la définition donnée par L. V. Illing n'est pas assez précise et nous serons amenés à lui donner une acception plus stricte.

Dans ce travail, une oolithe normale est définie comme suit : cor- puscule calcaire, ovoïde ou sphéroïdal à structure originellement concentrique développée autour d'un noyau de nature quelconque.

Celui-ci est une particule minérale ou organique montrant souvent

elle-même des traces d'abrasion. ·

Cette définition de l'oolithe n'implique pas une composition déter- minée du noyau, encore moins une dimension, mais exige qu'il y ait autour de lui au moins deux couches concentriques de calcite bien visibles. Ces couches, déposées par une combinaison de phénomènes de concrétionnement et d'abrasion, sont responsables de raspect lustré extérieur des corpuscules.

Nous appellerons « D », le diamètre extérieur d'une oolithe et

« d » le diamètre de son noyau.

Une oolithe superficielle est définie comme suit : corpuscule cal- caire, le plus souvent irrégulier ou ovoïde, montrant un noyau minéral ou organique entouré par une seule enveloppe concentrique de calcite.

Celle-ci peut être souvent discontinue à la suite d'un concrétionne- ment incomplet ou de phénomènes d'abrasion.

Il s'agit en fait d'une oolithe naissante dont la distinction hous semble capital pour la compréhension de l'ensemble du mécanisme de formation.

Nous appelons oolithe maximale, la plus grande oolithe d'un dépôt envisagé indépendamment du fait qu'elle soit superficielle ou normale. La notion d'oolithe maximale représente la transposition à la sédimentation oolithique de l'indice de clasticité des minéraux détritiques. (A. Carozzi, 1950.)

Disons d'emblée que pour la recherche des lois générales concer- nant le comportement des oolithes, ce ne sont pas toutes les particules d'un sédiment qui doivent retenir notre attention, mais uniquement

-

la plus grande telle qu'elle vient d'être définie. Si l'on ignore ce point de vue, le comportement des oolithes ne semble répondre à aucune loi, alors que l'étude de l'oolithe maximale révèle une situation bien différente. En outre, il est primordial de distinguer les sédiments formés par l'accumulation d'oolithes dans leur propre milieu générateur de ceux résultant d'une concentration d'oolithes transportées après leur formation. La plus grande partie de notre étude est consacrée au premier cas dans lequel apparaît tout un faisceau de lois particu- lières ; en dernier lieu sera examiné le cas des oolithes remaniées, qui ne diffère pas essentiellement de celui d'un sédiment détritique ordi- naire.

Nous appelons pseudoolithe, un élément clastique calcaire, orga- nique ou non, sub-arrondi mais complètement dépourvu de couches concentriques. Les pseudoolithes, étroitement liées aux oolithes du point de vue génétique, sont en fait des noyaux d'oolithes non encore concrétionnés, ils sont associés à n'importe quel type de minéral détritique.

Dans les calcaires anciens, les pseudoolithes forment la majorité des noyaux d'oolithes car les faciès oolithiques se développent dans des bassins appauvris en minéraux détritiques à la suite de phénomènes d'isolement. Dans le Grand Lac Salé, en revanche, la presque totalité des noyaux est formée de minéraux détritiques, mais leur rôle dans la genèse des oolithes est semblable.

Nous appellerons pseudoolithe maximale, la plus grande pseudo- olithe d'un dépôt envisagé dont le diamètre est « p ».

Dans l'exposé théorique qui suit, les postulats de base admis sont les suivants :

1. Existence d'un milieu littoral agité par les vagues et saturé en carbonate de chaux à la suite de la concentration des eaux par évaporation.

2. Existence d'un stock granulométrique homogène de particules roulées (pseudoolithes).

3. Les particules roulées sont apportées dans le milieu saturé par des courants sub-aquatiques, elles proviennent d'apports fluviatiles ou de l'érosion littorale, leur clasticité est variable dans l'espace et dans le temps.

4. Les particules roulées sont considérées comme sphériques, leur densité est constante et leur fréquence n'intervient pas.

5. Les phénomènes d'oolithisation sont considérés se poursuivre jusqu'à leur achèvement dès l'instant où ils sont déclenchés, les 9olithes ne. sont pas soumises à des phénomènes de remaniement.

Dans la représentation graphique des phénomènes d'oolithisation, les conventions suivantes ont été utilisées :

En abscisse est portée la série des <dimensions du stock granulo- métrique envisagé. Les dimensions sont croissantes de droite à gauche, elles sonl arbitraires mais toujours séparées par un intervalle constant (ki 0,2 mm.) qui est supposé représenter l'épaisseur d'une couche concentrique de l'enveloppe, bien qne celle-ci soit en réalité de l'ordre de 0,005 mm.

Dans les diagrammes oi:1 la clasticité varie, nous avons adruis un dépô't constitué par un ensemble de six clàsses granu.lométriques se déplaçant régulièrement sur l'échelle des dimensions. Il est évident, qu'en envisageant un stock granuJ0111étcique donné auquel on ajoute ou retranche régÜJièrement des classes, le résultat obtenu serait identique.

En ordonnée figment dix zones qui représentent une superposition stratigraphique quelconque, chaque zone pouvant être autant une formation qu'une couche millimétrique.

Dans les tableaux, les figurés schématiques sont les suivants :

pseudoolithe: boule noire

oolithe superficielle: noyau blanc à enveloppe noire oolithe normale : noyau blanc à enveloppe hachurée

obliquement.

Dans les colonnes lithologiques, les figurés schématiques sont les suivants:

sédiment pseudoolitbique : boules noires

sédiment pseudoolithique-oolithique: boules noires et blanches sédiment ooJithique : boules blanches

L'agitation de l'eau comme l'intensité des courants qui apportent les particules sont exprimées par la taille des particules qui sont remises en mouvement ou transpôrtées, par ex. : 2,2 mm ; toutes les autres propriétés des particules sont supposées constantes. Ainsi dans 11otre exposé, l'intensité de l'agitation ou la puissance des courants

seront exprimées en mm. à la :>uite de cette convention.

ASPECT STATIQUE DE L'OOLITHISATION

L'essentiel de l'hypothèse génétique présentée est d'envisager l'existence de deux facteurs dont le jeu réciproque permet de rendre compte, de façon aisée, de la totalité des caractères géométriques des oolithes et de leurs noyaux, tels qu'ils ont été signalés dans les sédi-

ments actuels et anciens.

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Les deux facteurs sont les suivants :

1. La clasticité maximale (c) ou taille maximale des particules apportées par les courants dans le milieu générateur. Cette clasti- cité exprime l'intensité maximale des courants distributeurs des futurs noyaux d'oolithes.

2. L'agitation (a) du milieu saturé qui conduit à l'oolithisation. Cette agitation est représentée par le mouvement oscillatoire des vagues en milieu littoral.

Envisageons, dans quelques cas typiques, les conséquences des rapports réciproques entre « a » et « c ».

Supposons l'agitation « a » plus forte que l'intensité « c » des courants ayant apporté les particules (fig. 1, 6). Dans le stock granulométrique présent, aucune particule n'échappe à l'oolithisation qui se poursuit jusqu'à ce que toutes les particules, en partant des plus grossières pour aller aux plus fines, aient atteint le diamètre extérieur « ^D » correspondant à l'agitation « a ». Lorsque chaque corpuscule a été nùs en équilibre, il tombe sur le fond et n'est plus remis en mouvement.

Le sédiment ainsi constitué est un dépôt entièrement oolithique avec une taille maximale des oolithes constante et correspondant à l'agitation « a ». Il est évident que le nombre de couches concentriques variera dans de très fortes proportions, ce nombre indique les inter- ruptions qui se sont produites dans les phénomènes de concrétionne-

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ment, mais il n'est pas spécifique à d'autres points de vue. En prin- cipe, le dépôt envisagé devrait avoir des oolithes maximales normales, mais si « a » est voisin d'une classe de « c », les oolithes maximales pourraient être superficielles. (Fig. 1, 5).

Supposons l'agitation « a » égale à l'intensité « c » des courants (fig. 1, 4), les particules dont la taille est maximale seront remises en mouvement par l'agitation, mais ne seront pas oolithisées car elles sont en équilibre. En revanche, toutes les particules dont les tailles sont inférieures à « a » seront remises en mouvement et oolithisées jusqu'à ce qu'elles atteignent la taille limite des pseudoolithes.

Le sédiment ainsi formé est pseudoolithiqlie-oolithique, en ce sens que ses plus grosses particules sont des pseudoolithes, limitées d'ailleurs à une seule classe granulométrique correspondant à la plus grande taille du stock, les oolithes ayant les plus grands noyaux sont superficielles tandis que toutes les autres sont normales.

Supposons l'agitation « a » plus faible que l'intensité des courants

« c » (fig. 1, 3) ; au-dessous de la valeur limite correspondant à l'agi- tation, les oolithes superficielles et normales se développent jusqu'à atteindre cette valeur. Au-dessus de celle-ci, règnent les pseudoolithes.

Le sédiment ainsi formé est pseudoolithique-oolithique mais avec des pseudoolithes qui ne sont plus limitées à une seule classe granulo- métrique.

Si l'agitation « a » est supérieure d'une classe à la plus petite particule du stock granulométrique présent, le sédiment formé sera pseudoolithique-oolithique, toutes ses oolithes seront superficielles et limitées à une classe granulométrique, les oolithes normales feront complètement défaut (fig. 1, 2).

Si enfin l'agitation « a » est inférieure ou égale à la plus petite particule du stock granulométrique présent, le dépôt formé sera entièrement pseudoolithique (fig. 1, 1).

Ainsi se trouvent réalisés les principaux types de sédiments ooli- thiques et pseudoolithiques que l'on reconnaît dans les séries actuelles et anciennes, par le simple jeu réciproque de deux facteurs : l'agitation du milieu et la clasticité des particules présentes. On saisit également les relations étroites qui lient les pseudoolithes aux oolithes au point

de vue génétique.

AGIT A TION ET CLASTICITÉ

La clasticité d'un dépôt, exprimant l'intensité maximale des courants distributeurs de particules, est mesurée, pour un minéral donné, par la taille du plus gros grain du dépôt envisagé (indice de clasticité).

Lorsque le sédiment est entièrement oolithique ( « a » plus grand que

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c » ), la clasticité sera donnée par la mesure du plus grand noyau « d » rencontré dans les oolithes, celui-ci étant à l'origine la plus grande partîcule apportée par les courants dans le milieu géné- rateur (fig. 2, 1, 2, 3).

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Explications dans le texte.

Lorsque le sédiment est pseudoolithique-oolithique, l'indice de clasticité du dépôt sera forcément donné par la mesure de la plus grande pseudoolithe (fig. 2, 4, 5). Notons que dans ce cas, la mesure de « d » ne présente aucune signification, car cette valeur suit le diamètre de la plus petite pseudoolithe en accord avec les possibilités granulométriques du stock présent.

Lorsque le sédiment est entièrement oolithique ou bien pseudooli- thique-oolithique, la mesure de la taille « D » de la plus grande oolithe indiquera toujours l'intensité de l'agitation (fig. 2, 1 à 5).

Conclusions :

La mesure du diamètre « D » de la plus grande oolithe d'un sédi- ment indiquera toujours l'agitation ; en revanche, la mesure du dia- mètre du plus grand noyau « d » n'est utilisable comme indice de clasticité que dans les dépôts entièrement oolithiques, autrement c'est ]a plus grande pseudoolithe qui doit être utilisée.

ASPECT DYNAMIQUE DE L'OOLITHISATION

Nous envisageons de suivre en verticale, dans une série stratigra- phique, toutes les possibilités de variations réciproques de « a » et

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de « c .,, afin de rendre compte des propriétés géométriques des oolithes et de leprs 11oyaux ainsi que des rapports entre oolithes et pseudoolithes. Jl est évident que tous les résaltats obtenus sont valables non seulement dans le temps mais également dans l'espace, lors des passages latéraux.

a) Considérons une superposition de dépôts dont la clasticité maxi- male « c » est constante mais . dans laquelle l'agitation « a » augmente graduellement vers le haut (fig. 3). Si nous suivons l'accroissement de l'intensité « a » vers le haut, nous constatons que lorsque celle-ci est inférieure on égale à la plus petite particule du stock granulométrique envisagé, le sédiment reste entièi:ement pseudoolithique (fig. 3, 1 et ^2~. Ensuite, Le sédiment devient

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pseudoolithique-oolithique ; les oolithes maximales sont toujours superficielles. D'abord limitées à une seule taille, les oolithes ont une extension dimensionnelle qui aug01ente peu à peu vers le l1aut ; parallèlement, « D » et « d » s'accroissent. En revanche, l'extension dimensionnelle des pseudoolithes diminue bien que leur taille maximale « p » reste constante (fig. 3, 3 à 8).

Dès le niveau 9, le sédiment est entièrement oolithique ^ave~

des oolithes maximales superficielles puis normales dont la taille extérieure « D » augmente vers le haut tandis que celle du noyau

« d » est égale à ,. p » et reste constante (fig. 3, 9 et 10).

Conclusions :

En faisant augmenter à travers une série l'intensité « a » de l'agitation mais avec une clasticité constante, on produit une succession lithologique qui est la suivante de bas en haut (fig. 4) :

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1. Do11wi11e r/c,ç p.re11doolitl1es n\leC <liamè11·e 111t1xim11111 « µ > co11.vtt1111.

2. Domaine des oolithes 111<1ximnlt!s s11perficit•llès1

«

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3. Domaine des oolithes maximales normales, « D » augmente vers le haut,

« d » reste constant.

1. sédiment entièrement ps~udoolithique ;

2. sédiment pseudoolithique-oolithique à oolithes maximales superficielles ;

3. sédiment entièrement oolithique à oolithes maximales normales.

-15-

Cette succession lithologique est entièrement réversible si l'agitation diminue vers le haut. Dès lors se trouve réalisé le cas d'oolithes maximales dont la taille extérieure « D » augmente ou diminue tandis que celle de leur noyau « d » reste constante.

b) Considérons une superposition de ·dépôts dont la clasticité maxi- male « c » augmente vei:s .le haut graduellement tandis que l'intensité « a » de l'agitation reste constante (fig. 5).

En sui.vant le phénomène, on constate tout d'abord que le sédiment est entièrement oolithiqùe (fig. 5, 1 à 3), les oolithes

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maximales sont normales (sauf au stade 3 où elles sont superfi- cielles). La taille maximale des oolithes reste constante mais leur neyau augmente g~aduellement de taille vers le haut.

Lorsque « a» égalise « c » (fig. 5, 4), des psendoolithes appa- :raissent d'abord à une seule taille, puis leur extenskm dimen- sionnelle et leur taille maximale « p » s'accroissent vers le haut.

Le sédiment est alors pseudoolithique-oolithique avec des 0olîrhes maximales superficielles dont le diamètre extérieur « D , et le diamètre do noyau ⁴ d > reste11t constants (fig. 5, 5 à 7). Cette situation persiste jusqu'au stade 8 où l'intensité de l'agitation « a ) 6galise la taille de la plus petite pat·ticule du stool:ç granolo_métrique présent, puis devient plus faible (fig. 5, 9 et 10). Dans ces deux derniers cas, le sédiment est entièrement pseudoolithique et la taille maximale « p » des corpuscules augmente toujours vers le haut.

Conclusions:

En faisant augmenter la clasticité maximale à travers une série, mais en gardant l'agitation constante, on produit une succession lithologique qui est la suivante de bas en haut (fig. 6) :

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1. Domaine des oolithes maximales normales, « D » constant et « d » augmen- tant vers le haut.

2. Domaine des oolithes maximales superficielles avec « D » et « d » constants.

3. Domaine des pseudoolithes avec diamètre maximum « p » augmentant vers le haut.

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1. Sédiment entièrement oolithique à oolithes maximales nor- males.

2. Sédiment pseudoolithique-oolithique à oolithes maximales superficielles. ·

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Cette succession lithologique est entièrement réversible si la clasticité maximale diminue vers le haut. Dès lors se trouve réalisé le cas d'oolithes maximales dont la taille extérieure « D » reste constante tandis que celle de leur noyau « d » augmente ou diminue ..

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c) Considérons une superposilion de dépôts dont la clasticité maxi- male augmente graduellement vers le haut tandis que !.'intensité

« a » de l'agitation augmente également vers le haut, de façon variable mais en restant toujours supérieure à la clasticité maxi- male (fig. 7).

Dans ces conditions, les sédiments formés sont entièrement oolithiques et les oolithes maximales normales. Dans les zones 1 à 4 (fig. 7), nous voyons la taille maximale des noyaux « d » augmenter vers le haut plus rapidement que l'agitation exprimée par « D ». Dès lors, l'épaisseur de l'oolithisation des oolithes maximales paraît varier en sens inverse du diamètre de leur noyau.

Dans les niveaux 5 à 7 (fig. 7), l'agitation augmente parallè- lement à Ja clasticité max_im(\le, en conséquence (/ D » et « d » varient missi parallèlement et l'épaisseur de l'oolithisation des oolithes maximales reste constante. Dans Je cas particulier illustré ici où « a » est voisin de « c » d'une classe granulom,étrique, les oolithes maximales sont superficielles, mais elles seraient normales si l'agitation n'était pas si voisine de la clasticité maximale. Dans les niveaux 8 à 10 (fig. 7), l'agitati,on augmente vers le haut plus rapidement que la cJasticité maximale, l'épaisseur de l'oolithisation des oolithes maximales paraît s'accroît(e proportionnellement à Ja taille de letu·s noyaux.

Conclusions:

En faisant augmenter vers le haut, dans une série, la clasticité maximal,e et l'intensité de l'agitation à condition que cette dernière soit toujours supérieure à la clasticité maximale, on produit un sédiment entièrement oolithique dans ]equel l'épaisseur de l'ooli- thisation des oolithes maximales varie de bas en haut, comme suit (fig. 8) :

1. Sédiment à oolithes maximales dont l'éoaisseur de l'oolithi- sation diminue vers le haut. -

2. Sédiment à oolithes maximales dont l'épaisseur de l'oolithisa- tion est constante (oolithes superficielles possibles).

3. Sédiment à oolithes maximales dont l'épaisseur de l'oolithi- sation augmente vers le haut.

Cette succession lithologique est entièrement réversible si les deux facteurs diminuent d'intensité vers le haut dans des condi- tions analogues. Dès lors, se trouve réalisé le cas d'oolithes maxi- males dont la taille extérieure « D » et celle de leur noyau « d » varient parallèlement ou dans le même sens avec une propor- tionnalité possible.

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Fig. 8

1. Domaine des oolithes maximales norniales, « D » augmente vers le haut moins rapidement que « d », l'oolithisation diminue d'épaisseur vers le haut.

2. Domaine des oolithes maximales superficielles, « D » et « d » augmentent parallèlement vers le haut, l'oolithisation est d'épaisseur constante.

3. Domaine des oolithes maximales normales, « D » augmente plus rapidement que « d » vers le haut, l'oolithisation augmente d'épaisseur vers le haut.

d) Considérons une superposition de dépôts dont la clasticité maxi- male augmente graduellement vers le haut tandis que l'intensité

« a » de l'agitation augmente également vers le haut, de façon variable, mais en restant toujours inférieure à la clasticité maxi- male (fig. 9).

Dans ces conditions, les sédiments sont pseudoolithiques- oolithiques et les oolithes maximales superficielles.

Le niveau 1 (fig. 9) dans lequel, « a » égalise « c » est forcé- ment entièrement pseudoolithique, les niveaux 2 à 4 (fig. 9) cor- respondent à un dépôt dans lequel les oolithes maximales super- ficielles augmentent de taille extérieure vers le haut ; le diamètre _, maximum des pseudoolithes en fait autant et celles-ci ont une extension dimensionnelle également croissante vers le haut du fait que la clasticité maximale augmente plus rapidement que l'agi- tation.

Dans les niveaux 5 à 8 (fig. 9), le phénomène est analogue, mais l'augmentation parallèle des deux facteurs conduit à une extension dimensionnelle constante des pseudoolithes: Dans les

niveaux 9 et 10 (fig. 9), l'augmentation plus rapide de l'agitation que de la clasticité maximale conduit à une diminution vers le haut de l'extension dimensionnelle des pseudoolithes.

Conclusions:

En faisant augmenter vers le haut, dans une série, la clasticité maximale et l'intensité de l'agitation, mais à condition que celle-ci soit toujours plus faible que la clasticité maximale, on produit

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Fig. 9

Explications dans le texte.

un sédiment pseudoolithique-oolithique dans lequel l'extension dimensionnelle des pseudoolithes est variable (fig. 10). Le phéno- mène est entièrement réversible si les deux facteurs diminuent vers le haut dans des conditions analogues.

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2,4- 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4- 0,2 Omm Fig. 10

1. Domaine des pseudoolithes avec diamètre maximum « p » augmentant vers le haut.

2. Domaine des oolithes maximales superficielles avec « D » et « d » augmen- tant vers le haut parallèlement.

e) Considérons une superposition de dépôts dont la clasticité maxi- male augmente graduellement vers le haut tandis que l'intensité de l'agitation augmente également vers le haut mais beaucoup plus rapidement que la clasticité (fig. 11).

L'évolution que l'on observe est la suivante: tout d'abord le sédiment est entièrement pseudoolithique car l'agitation est plus faible que la plus petite particule du stock granulométrique pré- sent, puis égale à celle-ci (fig. 11, 1 à 3) ; la taille des pseudo- olithes maximales augmente vers le haut ainsi que leur extension dimensionnelle.

Dès l'instant où l'agitation est supérieure à la plus petite parti- cule du stock granulométrique présent, le sédiment devient pseudo- olithique-oolithique et ces conditions persistent jusqu'à ce que l'intensité de l'agitation devienne égale à la clasticité maximale réalisée localement (fig. 11, 4 à 6). Les pseudoolithes maximales augmentent de diamètre vers le haut, mais leur extension dimen- sionnelle diminue jusqu'au niveau 6 où elles sont réduites à une taille qui est d'ailleurs la taille maximale. Les oolithes maximales sont superficielles, leur diamètre extérieur « D » et celui de leur noyau « d » augmentent parallèlement vers le haut. Dès le

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Fig. 11

Explications dans le texte.

niveau 7 (fig. 11, 7) le sédiment est entièrement oolithique, les oolithes maximales sont d'abord superficielles, . puis normales, leur diamètre extérieur « D » et celui de leur noyau « d » augmen- tent vers le haut et une proportionnalité est possible.

Conclusions :

En faisant augmenter vers le haut, dans une série, la clasticité maximale et l'intensité de l'agitation, mais à condition que cette dernière augmente plus rapidement que la c~asticité maximale, on produit une succession lithologique qui est la suivante de bas en haut (fig. 12) :

Fig. 12

1. Domaine des pseudoolithes avec d⁰iamètre maximum « p » augmentant vers le haut.

2. Domaine des oolithes· maximales superficielles avec « D » et « d » augmen- tant parallèlement vers le haut.

3. Domaine des oolithes maximàles normales avec « D » et « d » augmentant vers le haut, proportionnalité possible.

1. Sédiment entièrement pseudoolithique.

2. Sédiment pseudoolithique-oolithique à oolithes maximales superficielles.

3. Sédiment entièrement oolithique à oolithes maximales normales.

Cette succession lithologique est entièrement réversible si les deux facteurs diminuent vers le haut dans des conditions analogues.

Dès lors se trouve réalisé à nouveau le cas d'oolithes maximales dont la taille extérieure « D » · vaüe proportionnellement à celle de leur noyau ; en effet nous retrouvons ici des conditions semblables à celles décrites dans la figure 7.

f) Considérons une superposition de dépôts dont la clasticité maxi- male augmente graduellement vers le haut tandis que l'intensité de J'agitation « a» diminue vers le haut (fig. 13). L'évolution que l'on observe débute par un dépôt entièrement oolithique avec des oolithes maximales normales (fig. 13' 1 · à 3). leur diamètre extérieur «'D » diminue vers le haut tandis que le diamètre de four noyau « d » augmente dans le même sens, cette variation en sens inverse des deux ¹ dimensions peut se faire de faÇon · propor- tionnelle.

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Fig. 13

Explications dans le texte.

Dès l'instant où « a» égalise « c » (fig. 13, 4), le dépôt devient pseudoolithique-oolithique avec des oolithes maximales superfi- cielles dont les dimensions « D » et « d » diminuent parallèlement vers le haut. Quant aux pseudoolithes maximales, elles augmentent de diamètre vers le haut, leur extension dimensionnelle générale en fait de même (fig. 13, 4 à 5). Dès le niveau 6 où l'agitation égalise la plus petite particnle du stock granulométrique présent, le dépôt est entièrement pseudoolithique avec des pseudoolitbes maximales .augmentant de taille vers le haut.

- 25 - Conclusions :

En faisant augmenter vers le haut, dans une série, la clasticité maximale et en faisant diminuer l'intensité de l'agitation, on pro- duit une succession lithologique qui est la suivante de bas en haut (fig. 14) :

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1. Domaine des oolithes maximales normales avec « D » diminuant vers le haut et « d » augmentant vers le haut.

2. Domaine des oolithes maximales superficielles avec « D » et « d » diminuant parallèlement vers le haut.

3. Domaine des pseudoolithes avec diamètre maximum « p » augmentant vers le haut.

1. Sédiment entièrement oolithique avec oolithes maximales normales.

2. Sédiment pseudoolithique-oolithique avec oolithes maximales superficielles.

3. Sédiment entièrement pseudoolithique.

Cette succession est entièrement réversible si les deux facteurs varient en sens inverse dans des condition analogues. Dès lors se trouve réalisé le cas d'oolithes maximales dont la taille extérieure

« D » varie en sens inverse de celle de leur noyau « d » avec une proportionnalité possible.

Les différertts cas qui viennent d'être examinés rendent compte' de l'ensemble des observations qui ont été . faites jusqu'à ce jour . stir les propri~tés géométriques liant le diamètre extérieur des oolithes à

celui de leur noyau ; les variations de ces propriétés dans l'espace et

.~ans. le temps conduisent à des successions lithologiques s.imples qul

~w;nl:iinées entre elles produisent des r,ytbmes de différents ordres de 8fapdeur.

RYTHMICITÉ DES SÉDIMENTS OOLITHIQUES

Dans l'ensemble des sédiments oolithiques et pseudoolitbiques, les phénomènes de sédimentation rythmique sont très fréquents, voire catactéristiques. Les uns, à petite échelle, se prodnisent ^~ lil'hologie constante et sont exprimés par les vaJiations de la taille des oolithes et pseudoolithes maximales ; nous venons de les examiner.

Cependant, les rythmicités Jes plus frappantes s0nt celles qui se traduisent par des répétitions de niveaux oolithiques, pseudoolit)liques- oolithiques et entièrement pseudooli.thiques. Ces rythmes mineurs, qui cooiprennent deux à quatre termes suivant les cas, présentent des épaisseurs variant du décimètre au mètre ; ils se groupent d'ailleurs en rythmes majeurs englobant parfois des formations entières.

Cet ensemble de variations rythmiques allant des variations de texture à l'intérieur d'un niveau jusqu'à des rythmes épais de plusieurs centaines de mètres, répondent à des lois simples qui résultent de la combinaison des principes théoriques énoncés plus haut.

En faisant varier rythmiquement l'intensité de l'agitation « a » dans le tenips et dans l'espace, par rapport à la clasticité qui reste constante, augmente ou dinùnue régulièrement, iJ est possible de re11dre compte des ryt:I:unes mineurs. En effet, à cette échelle, la variation rythmique tie l'agitation, exprimant le mouvement oscillatoire des vagues dont la périodicité est relativement cou.rle, représente le phénomène prin- cipal tandis que la clasticité est constante ou varié très lentement.

En faisant varier rythmiquement la clasticité par rapport à l'agi- tation qui reste constante, augmente ou dirninue lentement, il est possible de rendre compte des rythmes majeurs. En effet, à cette échell.e, la variation de l'agitation, vue dans son ensemble, est peu importante vis-à-vis des grandes oscillations de la clasticité exprimant Je phénomène principal.

a. Rythmes mineurs 1. Rythmes à deux termes

Considérons que l'intensité de l'agitation « a > varie régulièrement ff d'une valeur supérieure à la clasticité maximale du dépôt jusqu'à une valeur comprise dans le stock granulométrique. 11 se produira des.

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Considérons que l'intensité de l'agitation varie régulièrement d'une valeur comprise dans le stock granulométrique jusqu'à une valeur inférieure à la plus petite particule du stock. Il se produira des alter- nances de niveaux pseudoolithiques-oolithiques et de niveaux entière- ment pseudoolithiques (fig. 15, ~-

Considérons que les variations de l'intensité de l'agitation soient telles qu¹eUes passent brusquement de valeurs plus fortes que la clasti- cité maximale du dépôt jusqu'à des valeurs plus faibles q1,1e la plus petite dimension du stock granulométrique.

Il se produira des alternances de niveaux entièrement oolithiques et de niveaux entièrement pseudoolithiques, il y a téléscopage dans chaque oscillation du niveau pseudoolithique-oolithique intermédiaire (fig. 15, c).

2. Rythmes à trois termes.

Pour que des rythmes de ce type se produisent, il faut la réalisation de deux conditions particulières. Tout d'abord, l'agitation doit varier régulièrement depuis des valeurs plus fortes que la clasticité maximale du sédiment jusqu'à des valeurs plus faibles que la plus petite particule du stock granulométrique présent ; ensuite il faut que cette variation se fasse alternativement de façon lente et brusque, ainsi se trouve éliminé une fois sur deux, le terme intermédiaire pseudoolithique-oolithique.

Si la variation brusque correspond à la phase ascendante de l'oscillation, on obtiendra la superposition suivante de bas en haut (fig. 15, e) :

1. Sédiment entièrement pseudoolithique 2. Sédiment pseudoolithique-oolithique

3. Sé.diment entièrement oolithique et ainsi de suite.

Si la variation brusque correspond à la phase descendante de l'oscillation, on obtiendra la superposition suivante de bas en haut (fig. 15, d) :

1. Sédiment entièrement oolithique 2. Sédiment pseudoolithique-oolithique

3. Sédiment entièrement pseudoolithique et ainsi de suite.

3. Rythmes à quatre termes.

Ils se produisent lorsque l'intensité de l'agitation varie réguliè- rement depuis des valeurs supérieures à la clasticité maximale du dépôt jusqu'à des valeurs inférieures à la plus petite particule du stock granulométrique présent. Il se produit alors des rythmes composés comme suit de bas en haut (fig. 15, f) :

1. Sédiment entièrement oolithique 2. Sédiment pseudoolithique-oolithique 3. Sédiment entièrement pseudoolithique

4. Sédiment pseudoolithique-oolithique et ainsi de suite.

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Conclusions :

Les rythmes à deux, trois et quatre termes se produisent lorsque la clasticité maximale est constante ou variable en verticale pour autant que l'agitation subisse des variations rythmiques autour d'une valeur moyenne constante ou variant parallèlement à la clasticité maximale.

La superposition des termes lithologiques et leur texture se répè- teront indéfiniment semblables à elles-mêmes si les deux facteurs sont constants. Si, en revanche, les deux facteurs varient parallèlement, la superposition lithologique ne sera pas modifiée, mais la texture des termes variera.

b. Rythmes majeurs 1. Rythmes à quatre termes.

Les rythmes majeurs, dont celui à quatre termes est le plus fréquent, font leur appa1·ition lorsque dans une superposition de dépôts, il y a recoupement rythmique entre la courbe de variation de la clasti- cité maxim.ale et la courbe moyenne autour de laquelle l'agitation oscille régulièrement.

Considérons une superposition de dépôts dont la clasticité maxi- male est croissante vers le haut de façon régulière tandis que l'intensité de l'agitation varie régulièrement autour d'une valeur générale cons- tante (fig. 16). Dans ces conditions, le recoupement des deux courbes a lieu, la série de sédiments obtenlls débute à la base par des niveaux entièrement oolithiques qui ont tendance à diminuer d'épaisseur vers Je hau t alors qu'ils sont peu à peu remplacés par de-s ^niveau~ entière- ment pseudoolithiques dont l'épaisseur augmente dans la même direction. Entre ces deux types de sédiments et à leur intérieur s'inter- calent toujours dl(s niveaux pseudoolithiques--0olithiques qui sont plus abondants au milieu de la série et disparaissent vers Je haut et vers le bas. Lorsque la clasticité diminue régulièrement vers le haut pour revenir aux conditions de départ, une succession analogue se repro- duit, mais inversée. Le rythme majeur ainsi constitué est formé de quatre termes généraux qui sont de bas en haut (fig. 17) :

1. Série à prédominance oolithique

2. Série à prédominance pseudoolithique-oolithique 3. Série à prédominance pseudoolitbique

4. Série à prédominance pseudoolit:hique-oolitJ1iqlle et ainsi de suite.

Des rythmes majeurs identiques se produisent si l'on envisage que la clasticité maximale augmente et diminue vers le haut tandis que l'agitation varie régulièrement autour d'une valeur générale qui elle- même augmente ou diminue vers le haut au lieu de rester constante.

Une rotation de la figure 1 7 dans le sens et contre le sens des aiguilles de la montre rend conipte de ces conditions.