Sédimentation rythmique dans la nappe de Morcles-Aravis (chaînes subalpines de Haute-Savoie, France)

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Sédimentation rythmique dans la nappe de Morcles-Aravis (chaînes subalpines de Haute-Savoie, France)

CAROZZI, Albert V.

CAROZZI, Albert V. Sédimentation rythmique dans la nappe de Morcles-Aravis (chaînes

subalpines de Haute-Savoie, France). In: Proceedings of the Third International Congress of Sedimentology . The Hague : Martinus Nijhoff, 1951. p. 81-89

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:128132

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s'EDIMENTATION RYTHMIQUE DANS LA NAPPE DE MORCLES-ARAVIS

(CHAlNES SUBALPINES

DE

HAUTEmSAVOIÉ, FRANCE)

INTRODUCTIOlll

PAR

ALBERT CAROZZI GENÈVE

Dans le cadre des étades de sédimentologie effectuées à l'Institut de ^~ologie de l'Université de Genève, ^so~s la direc- tion de M. le prof. Ed. PAREJAS, nous présentons ici un essai de synthèse de l'évolution lithologique dans le bassin de la Nappe de Morcles (en ce qui concerne le cadre général, consulter COLLET 1943, PARÉJAS 1938) pendant le Crétacé. Il met en évidence les divers milieux de sédimentation qui se sont suecédé et le~ varia~

tions rythmiques de leurs composants minéraux et organiques.

Les méthodes d'étude et d'interprétation ainsi que la des- cription des coupes stratigraphiques détaillé~s servant de base à cet exposé ^on~ été publiées ailleurs (CAROZZI , 1950).

Précisons que les séries décrites se trouvent dans un péri- mètre assez restreint pour permettre de les juxtaposer en une coupe générale composite atteignant 1200 m d'épaisseur. Plus de 1000 coupes minces ont été analysées; leur densité variant d'un étage à l'autre suivant la variabilité des faciès. En effet, la construction des courbes exige comme condition absolue un-échan- tillonnage auss~ serré que possible. Il doit €tre d~ l'ordre du décimètre au mètre dans les séries comp~éhensives et de un ou plusieurs échantillons au minimum par niveau lithologique, sui- vant son épaisseur, dans les séries rythmiques. .,

A,. LES RYTHMES DE LA SEDIMENTATION MINERALE 1. Les composants d'origine détritique.

Les principaux sont le quartz et la glauconie, les acces- soires: les micas, l'argile et les minéraux lourds. Les courbes de cl ^astit!i~é et de fréquence (l) du quartz détritique (fig. )

( l) La cl asti ci té (ou ind~ce de cl asti ci tt!) " d'un mint!ral donné dans un ni veau donnt!, (fig. 1 et 2) est (sui te page sui vante)

81

• 111 J !

,.s

l) dessinent trois grandes oscillations, la première est ri! 1v⁰ irnportante que J a seconde, mais les deux sont relativement i <'1 : "' Ps par rapport à 1 a troisième. Ainsi se trouvent définis 4

ryii•1nes de sédimentation dont les trois premiers sont complets et l e dc:rnier seulement amorcé. Us subdivisent logiquement la série

cr~tacée en autant d'éléments constitutifs poaisédant des caracté- ristiques lithologiques et pal éogéographiques bien défini es . (fig. 2).

La glauconie (fig. 1, courbes 2) est limitée, d'après nos oLservations aux trois derniers rythmes; il est cependant p6ssi- Lle qu'elle puisse exister en faible quantité au sonmet du pre- mier. Çuoiqu'il en soit, elle s'étend successivement A l'inté- rieur de chacun d'eux l un nombre croissant d'étages. Dans le m&1e sens, sa , clastici té et sa fréquence augmentent; la glauconie est d'origine autochtone seulement l la limite entre III en IV.

Les micas (fig. 1, courbes 3) sont représentés par la muscovite et la biotite, cette ^derni~re prédominant dès le sonmet du rythme II (Hauterivien supérieur).

Ce

fait est l mettre en rapport avec la formation à partir de cet étage d'une partie de la glauconie par altération sous-marine de la biotite; il témoigne d'autre part d'une importante modification dans la nature des roches- mères en voie d'érosion, cette dernière ayant sans doute percé dès l'Hauterivien les schistes cristallins de couverture des mas- sifs hercyniens et atteint leurs noyaux granitique~. Les courbes de clasticité et de fréquence des micas s'opposent à celles du quartz dans les deux premiers rythn1es, les maxima se plaçant au milieu des oscillations du quartz. Cette opposition. est due au fait qu'en milieu carbonaté relativement pauvre en apports détri- tiques, les eaux littorales agitées ne permettent pas la sédimen- tation des paillettes de mica qui sont transportées et déposées plus au large en milieu tranquille. Cependant, l'apport n'est pas suffisant pour leur permettre d'atteindre les plus grandes pro- (suite de la page précédente) définie par le diamètre maximum ap- parent exprimé en mm du plus gros élément de ce minéral visible en coupe mince. La pratique montre que l'écart qui en résulte par rapport au diamètre maximum riel (obtenu par l'analyse micimique) ne modifie pas de ^fa~on appréciable l'expression des conditions naturelles.

La fréquence (ou indice de fréquence) d'un minéral donné d ans un niveau onne eat e 1n1e par e nom re e graina preaente . d , t: d 'f' . 1 b d • , dans un volume préalablement bien défini. Dana notre ltude (fig.

l et 2) la frt!quence des mint!raux e,t dea organisme• eat expri111,e par le nombre de grains ou d•indiYidua rencontr'• sur un diamltre

de ^l~. 2 mm uniforme pour chaque pr,paration.

fondeurs. Les micas s'éteignent pendant la durée du faciès réci- fal urgonien, p<Nr réappa~aftre brusque1nent A l'Aptien supérieur et

A

l'Albien oà leur maximum coïncide avec celui du quartz. En effet, lors d'apports clastiques massifs, les phénomènes de transport sont inefficaces et il en résulte un parallèlisme entre les courbes des minéraux en grains et en paillettes. te& ^min~rBUx lourds (fig. 1, courbes 4) sont repr~sëntl.~Lpar le z.irçon auquel s'associent de façon sporadique la tounnaline et le rutile. Les courbes sont semblables l celles du quartz détritique, sauf que le rythme II montTe une valeur plus ^~ew que le prenier; coome ce fut le cas pour ^l~s micas, les ^min~raux lourds disparaissent pendant la durée du ^faCi~s récifal urgonien. La courbe de la te- neur en argile (fig. 1, courbe 6) est ^basé~ sur les analyses mi-

croscopiques et chimiques.

Elle s'oppose compl~tement l celle du CaC03 , ce qui n'a rien de surprenant puisque ces deux composants exigent des condi- tions de dép6t s'excluant r~ciproquement. En outre, la courbe de la teneur en argile s'oppose l celles .du quartz détritique-dans les deux premiers rythmes et la base du troisième, les maxima ar- gileux se plaçant au milieu des oscillations du quartz. Cette po- sition médiane des argiles coïncide avec celle des micas et pro- vient des meries causes: forte agitation des eaux littorales et apport insuffisant pour atteindre les grandes profondeurs.

En

re- vanche dans les rythmes III et IV essentiellement gréseux et glauconieux, le maximum des courbes du quartz s'identifie presque avec celui de l'argile, cette dernière occupant ^~n milieu détri- tique une position bath~trique succédant presque inmédiatement vers le large à celle des s~s littoraux.

2. Les composants dPorf&ine chimique.

Le principal est le carbonate de calcium qui forme seul ou associé à l•argile le ciment de la plupart des roches crétacées.

Le fer, malgré son r6le lithologique évident, n'est qu'·un élément accessoire. La courbe de la teneur en CsC0³ (fig. 1, courbe 5) cOIRDe celle de l'argile est baseé sur les analyses microscopiques et chimiques. A partir d'une valeur ^élev~e correspondant à l'In- fravalanginien, la teneur diminue d'abord, puis augmente vers le haut dans les deux premiers rythmes ainsi ·que dans le dernier.

Des conditions inverses règnent dans le troisième o\\ les extrênes se touchent: teneurs maximales des calcaires récifaux urgoniens et minimales des grès glauconieux de l'Àptien supérieur - Albien.

Ainsi dans les deux premiers rythmes calcar~o-argileux la courbe du Q(X)³ suit la clasticité <kt quartz détritique, du reste relativement peu ^~lev~e. car dans ces conditions, le ^pr~cipita­

tion du calcaire ^au~ènte d'importance avec la diminution de pro- 83

Fig. 1. Les rythmes des composants minéraux et organiques du Cré- tacé de la Nappe de Morcles.

Pour les composants détritiques, les courbes de clasticité sont en trait plein et les courbes de frêquence en pointillé.

1. Courbes de clasticité et de fréquence du quartz détritique.

2. Courbes de clasticité et de-fréquence de la glauconie détriti- que.

L'aire d'extension de la glauconie autochtone est marquée par un trait double, les phosphates de chaux par un cercle (o).

3. Courbes de clasticité et de fréquence des micas.

M: Muscovite prédominante, B: Biotite prédominante.

4. C.Ourbes de clasticité et de fréquence qu zircon.

S. Courbe de la teneur en CaC0^{3 •}

U échelle indique les valeurs en % des analyses chimiques.

6. Courbe de la teneur en argil.e.

L'échelle indique les valeurs en% des analyses chimiques. La présence de quartz secondaire est marquée par un trait double et celle des feldspaths authigènes par un point(.).

7. Courbe de la teneur en fer.

L'échelle indique des degrés d'importance relative allant de 0

~ 10.

8. Courbes de fréquence de la microfaune benthique (trait plein) et pélagique (tireté).

L'échelle est la suivante: 0: absence, TR: très rare, R: rare, PN: peu nombreux, N: nombreux, TN: très nombreux.

Les chiffres romains (I, II, III, IV) indiquent les rythmes. Les étages sont abrégés comme suit: IV: Infravalanginien, VS: Valan- ginien schisteux, VC: Valanginien calcaire, HI: Hauterivien infé- rieur, HM: Hauterivien moyen, HS: .Hauterivien supérieur, BIM:

Barrémien inférieur marneux, BSU: Barrémien supérieur à faciès urgonien, AIU: Aptien inférieur à faciès urgonien, AS: Aptien su- périeur, AL: Albien, CE: Cénomanien, 1U: Turonien, SE: Sénonien (CO: Coniacien, SA: Santonien, CA: Campanien).

Fig. 2. Coupe stratigraphique montrant les rapports entre ies courbes de clasticité et de fréquence du quartz détriti- que et la courbe bathymétrique relative.

L'échelle bathymétrique est construite par juxtaposition des deux milieux de sédimentation définis dans le texte, les profondeurs sont décroissantes de gauche à droite.

Fn ce qui concerne les courbes du quartz, ainsi que la désignation des rythmes et des étages, voir fig. I.

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0,5

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0,1 40 Omm.O

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FIG. l

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IV. VS. VCI Hl. Ht1.HSI Blt1.BSU.AIU.AS. ALI CL TU. SE

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IV.

1 1 1 ! _.L...J 111111111 0 0.1 0.51111. CC.Al.11. MC. CO. llG.CCdi&.GP.

0 50 250

FIG. 2

foodeur pour aboutir aux faciès récifaux c2>tiers. Mais, dès ^q111•

l'apport clastique prédomine conme dans les rythmes Ill et IV, la fomation du calcaire se trouve entravée et les carbonates s'op- posent au quartz détritique. Ils ne peuvent dès lors se dévd op- per que loin des app0rts détritiques, à savoir en milieu isolP (Urgonien) ou plus profond (Crétacé supérieur). La courbe de ] a teneur en fer (fig. l, courbe 7) suit en tous points les cou rlies de fréquence des minéraux clastiques.

Les rapports entre le fer et les courbes de la teneur e11 CaC0³ et en argile sont identiques à ceux de la fréquence du quartz par rapport

à

ces dernières. Ainsi la courbe du fer suit celle du CaC0³ dans les deux premiers rythmes et s'y oppose dans les derniers. De même, le fer s'oppose à l'argile dans les deux premiers rythmes et les maxima coïncident presque dans les deux derniers.

TABLEAU MOOTRANT LE COMPORTEMENT DU CaC0³ ET DE L'ARGILE PAR RAP·

PœT AU GROUPE: (lJARTZ + GLAUCCJUE + FER.

Rythmes caro³ Argile 1

I variation variation en parallèle sens inverse

'

II

.. .. l

III variation en variation sens inverse parallêle

IV

..

"

3. Les composants d'origine autbigène.

Il s'agit des phosphates de chaux, du quartz secondaire et des feldspaths authigènes. Les indications concernant ces miné- raux sont placees en surcharge sur les courbes des composants dé- tritiques ou chimique auxquels ils paraissent le plus étroitement liés par leurs conditions génétiques. Les phosphates de chaux (fig. 1, courbes 2) sont localisés dans les milieux littoraux du sommet de tous les rythmes, presque toujours associés à la glau- conie. La majorité du quartz secondaire (fig. 1, courbe 6) semble d'origine minérale, sa présence correspondant aux maxima de la courbe de l'argile dans les trois premiers rythmes. ^Abse~t pen- dant une longue période, il ne r~apparaî tra liue dans les calcai- res

A

grain fin du Crétacé supérieur. Il en est de même des feld- spaths authig~nes (fig. 1, courbe 6), qui montrent une réparti-

tion analogue. Dans le milieu carbonaté des t rois premiers ryth- mes leur présence coïncide avec les condi t ions d'appor t argile'ux maxinrum. A la fin du rythme III essentielletJlent détritique, l ' ap ..

port argileux est intense, mais il correspond à un minimum de la teneur en CaC0³ et les conditions de fonnation ne sont pas ^r~ali­

s~es. Elles ne le seront qu'à la subsidence terminale IV où le milieu redevient calcaire, bien que l'apport argileux soit de nouveau en baisse.

B. LES RYTHMES DE LA SEDIMENTATION ORGANIQUE.

1. La microfaune benthique.

La courbe de ^fr~quence (fig. 1, courbe 8) suit étroitement celle de la teneur enCaC03 , à savoir qu'elle augmente vers le haut dans les rythmes I, II et IV, tandis qu'elle diminue dans III. Ce comportement montre bien que les conditions de vie de la microfaune benthique (Textularidés, Miliolidés, Orbitolinidés etc.) sont liées à celles de la fonnation du calcaire.

De

ce fait, dans les deux premiers rythmes à apport clastique rrv:>déré, la fré- quence de la microfaune benthique suit la courbe de clasticité du quartz. Mais, lorsque l'apport détritique s'accentue et devient prédominant, le milieu est alors défavorable à la vie benthique e t l es deux cou rbes en question var i ent en sens inverse. Du res- te, la courbe de fréquence de la microfaune benthique est tou- jours en opposition par rapport à la teneur en argile, quel que soit le milieu de sédimentation, les eaux troubles étant néfastes à ce type d'organismes.

2. ^L~ microfaune pélagique.

Largement représentée dans le Malm et l'Infravalanginien par les Calpionellid~s, elle disparaît rapidement pendant que le premier rythme se développe (fig. 1, courbe 8). En fait, dès la partie inférieure du Valanginien schisteux la faune est essen- tiellement benthique, C'est seulement au Cénomanien moyen que la faune pélagique (Globigerinidés, etc.) réapparaît pour retrouver au Turonien et au Sénonien une ampleur égale à celle qu'elle avait au début du Crétacé.

C. LES RYTHMES LITHOLOGIQUES.

On peut distinguer deux grands .milieux de sédimentation dans le Crétacé de la Nappe de Morcles. Le premier .calcaréo-argi- leux comprend les rythmes I, II ainsi que la base de III. (Infra·

86

valanginien • Aptien inférieur à faciès urgonien). Le second mi•

lieu calcaréo-gréseux comprend le somnet du rythme III et le IV (Aptien suptfrieur - Campanien). La courbe bathym~trique relative (fig. 2) met en évidence les variations rythmiques de profondeur au cours du te!llps. Elle est basée sur une échelle bathyméLr~que

relative résultant de la juxtaposition qes deux milieux définis plus haut. Les indications faunistiques et minérales ont permis d'établir à l'intérieur de chacun d'eux, la succession bathymê·

trique des diff~rents termes lithologiques constitutifs (CAIIDZZI, 1950).

1. Le milieu calcaréo•argileux.

La succession lithologique est la suivante par ordre de profondeur dicroissante: 1. Calcaires compacts (CC).

2. Alternances r~gulières de calcàires

comp~cts et de marnes schisteuses (AL).

3. MaIT1es schisteuses (M).

4. Calcaires marneux schisteux (MC) •

S.

Calcaires pseudo-oolithiques ou spa•

thiques, localement récifaux (CO).

Au point de vue bathym~trique, la succession est sym~trique en s'exprimant collllle suit:

CC - AL - M - MC - CO

phase -._______ phase < phase calcaire calcaire ---argileuse littorale

profonde médiane

Nous avons déjà exposé les raisons de la position bathymétrique

interm~diaire des ^faci~s argileux.

2. Le milieu calcaréo-gréseux.

La su·ccession lithologique est la sui vante par ordre de profondeur décroissante: 1. Marnes gréseuses schisteuses et glau-

conieuses (MG) •

2. Calcaires gréseux et glauconieus(CG).

3. Grès glauconieux à ciment calcaire (GG).

4. Grès glauconieux phosphatés à ciment calcaire ( GP).

Cette succession peut aussi être qualifiée de symétrique au point de vue bathymétrique en s'expriment comme suit:

MG • CG • GG • GP

phase >phase

<:

^{1 phase}

argileuse calcaire gréseuse

profonde médiane littorale

La position de la phase calcaire entre les claatiques grossiers et fins exige un complément d'explication. Dans un milieu calcai- re où l'apport détritique est intense, les marnes repr~sentent le faciès le plus ^prof~nd et ^l~s grès le faciès le plus littoral.

Cependant, il n'y a: pas de passage graduel entre deux termes, mais une discontinuité ^tr~s nette. Dans l'intervalle ainsi créé, les particules grossières arrivent en petit nombre et le milieu est encore trop agité pour permettre le ^d~p8t des fines particu- les, la phase calcaire peut alors s'y développer sous la forme de calcaires gréseux et glauconieux.

3. La succession stratigraphique des ryth• es.

Rythme I.

Les calcaires compacts de la phase profonde correspondent à ceux du Malm et de l'Infravalanginien. Les premières arrivées de matériel argileux engendrent inmédiatement des alternances régu-

lières de calcaires compacts et de marnes schisteuses, puis ces dernières prédominent (Valanginien· schisteux) avant de passer graduellement vers le haut à des marno-calcaires schisteux et en- fin à des calcaires zoogènes bréchiques et pseudo-ooli~hiques,,

localement récifaux (Valanginien calcaire). Ce premier rythme montre une diminution graduelle de la profondeur vers le haut, pouvant aboutir localement à des surfaces d'érosion ou à des émersions dans le Valanginien calcaire.

Rythme II.

Au soul~vement du premier . rythme succède une subsidence re- présentée par la partie inférieure de l' Hauteri vien, ·mais qui ne ramène cependant pas des profondeurs aussi grandes que celles ayant régn~,~ l~Infravalanginien.

La suc!'c.ession lithologique de . l ' ensemble haute r i vien ne comprend que les tennes de la partie médiane de la série calca-

réo-argileuse, mais caractérisés par une abondance de minéraux détritiques. Ch trouve d'abord des alternances de calcaires et de marnes gréseuses schisteuses, puis ces dernières prédominent avant de passer à des marno-calcaires gréseux schisteux, locale- ment bréchiques et accidentellement récifaux. Ce rythme témoigne d'une nouvelle diminution de profondeur, mais moins accentuée que la précédente; cependant des phénomèn~s de remaniement et d'émer- sion s'observent au sonmet de l'Hauterivieri calcaire.'

Rythme III.

l.kie nouvelle subsidence succède au second soulèvement, éine- nant les couches marneuses du Bartémien inférieur qui passent ra- pidement aux calcaires récifaux

à

^faci~s urgonien. (Barrémien su- périeur). Ce milieu pratiquement isolé des apports détritiques t&noigne d'un développement inusité de la phase calcaire littora- 88

le. Il sera brusquement interrompu dans sa partie me'diane par des couches marnosableuses lumachelliques (niveau à Orbitoli~es).

Puis, la sédimentation calcaire récifale reprend (Aptien infé- rieur), un peu siliceuse, sunnontée par des calcaires grossiers, gréseux et glauconieux, passant localement à des brèches et con- glomérats à éléments urgoniens. Ces faciès annoncent le régime détritique calcaréo•gréseux représenté par les grès gl auconieuc et phosphatés de. l' ^~ptien supérieur et de l 'Albi en. Par eux s'achèvent la plus importante phase de soulèvement de tout le Crétacé. L'anpleur du phénomène est encore soulignée par la lacu- ne stratigraphique locale de l'Aptien supérieur.

Rythme IV (subsidence teiminale).

Une subsidence rapide succède ~u sommet de l'Albien donnant lieu à la transgression cénomanienne. Elle montre presque sans intermédiaires, le passage des ^gr~s glauconieux littoraux au calcaires pélagiques qui vont se développer pendant le Crétacé supérieur. Cet enfon~ement se poursuit de façon plus lente pen- dmit le Turonis, les profondeurs maxi•les étant réalisées à la limite Turonien-toniaciea. Pendant ce dernier étage, il se pro- duit un l~ger soul~vem~t suivi par une stabilisation générale.

L'~ilibre ne sera

romi>u

qne par des l~mersions locales pendant l e $antoni~n et le Campanien qqi donnent lieu à des amorces de

aidérolithi.~ation

précédant

l'~rsiœ

eénérale qu:l achève l'his- toire de la ^~ri.ode crétacée dans le bassin de la Nappe de Mor- cles •.

CONCLUSIONS:

La série lithologique du milieu calcaréo•argileu.x a été realisée deux fois, d'abord au cours du rythme I. ensuite pendant le

rythme

Il et la base de III. Quant

A

la série lithologique du milieu calcar~o-gréseux, elle ne s'est développé entièrement qu'une seule fois pendant le rythme III. En effet, lors de la subsidence terminale IV, s'est déposée une série r~duite ne com- portant que les tennes extrêmes des deux milieux juxtaposés.

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