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Rythmes de sédimentation dans le crétacé helvétique
CAROZZI, Albert V.
Abstract
A new method of sedimentary rocks investigation is proposed. It illustrates by means of curves the variations in both time and space of the main mineral and organic features. By combining them together in a logical way, it is possible to decipher the relations between sedimentation and the different factors governing it: depth, distance to shoreline, direction and strength of marine currents, biological and chemical conditions, tectonics and so on. Finally a paleogeographic classiflcation of lithological facies is obtained. Some examples taken in the Gretaceous of the Swiss High Calcareous Alps are presented. The bathymetrical interpretation of their facies is in close agreement with the results of modern oceanographic investigations which have described in some cases very similar conditions.
CAROZZI, Albert V. Rythmes de sédimentation dans le crétacé helvétique. Geologische Rundschau , 1951, vol. 39, no. 1, p. 177-195
Available at:
http://archive-ouverte.unige.ch/unige:128098
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Sonderabdruck aus der Geologischen Rundschau, Band 39J 1951J Heft 1
RYTH)A-~AJ~~ DIMENTATION DANS LE CRÉTACÉ
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p4r iLBEfiT CAROZZI, Genève /9 S-1
Avec 4 figures
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:l. P.._<1,,1. _il e :~ ,~ •• l<-(. 0..- AbstractA new me1l'îo'd·- of sedimentary rocks investigation is proposed. It illustrates by means of curves the variations in bath time and space of the main mineral and organic features. By combining them together in a logical way, it is possible to decipher the relations between sedimentation and the different factors governing it: depth, distance to shoreline, direction and strength of marine currents, biological and chemical conditions, tec- tonics and so on. Finally a paleogeogrnphic classiflcation of lithological facies is obtained.
Some examples taken in the Gretaceous of the Swiss HJgh Calcarnous Alps are presented. The bathymetrical interpretation of their facies is in close ag1·eement with the results of modern oceanographic investigations which have described in some cases very similar conditions.
Introduction
Nous présentons ici quelques exemples illustrant notre m.éthode d'illter- prétation des roches sédimentaires. Elle repose entièrement sw- l'étude stat istique des principaux caractères minéraux et organiques, et leur varia- tion dans l'espace e t dans le temps fomnit les éléments de base pour ten- ter une interprétation du mi lieu de c16pôt.
Dans le faciès épicontinental helvétique; nous avons mis en évidence une relation étroite entre la lithologie d' une part, les variations de profondeur et l'intensité des courants marins d'autre part. Les interprétations proposées tiennent largement compte des études d'océanographie actuelle. Les ouvrages cités à la suite de chaque exemple géologique donnent une description de conditions actuelles comparables ou parfois absolument
identique.~.
Au po'int de vue descriptif, toute roche sédimentaire se compose de trois éléments: les minéraux, les or g CLnismes et le ciment don- nant de la cohérence à l'ensemble.
Les minéraux sont de deux types distincts, les uns d' o r i g in e dé tri - tique , indicateurs de courants, les autres d'origine au th i gène , indicateurs du chimisme du milieu de sédimentation. Mais, aucun des deux types ne peut fournir, à lui seul ou combiné avec l'autre, des indications d'ordre bathymétrique.
Les organismes pélagiques ou benthiques, sensibles aux variations phy- sico-chimiques du milieu, sont les seuls indicateurs de profondeur suscep- tibles de donner une signification bathymétrique aux renseignements
Meere, Schichten, Sedimentation
fournis par les minéraux. Tous les critères de clasl'icité et de fréquence doivent être interprétés à la lumière des observations fauoistiques.
Après l'étude des minérn\L"I: et des organismes, il est possible de com- pléter les indications données llar le ciment et de tenter l'interprétation du mode de formation et de la position paléogéographique du sédiment. Cette dernière se fait au moyen d'une ,,courbe li a thym ét riqu e r e 1 a - t i v e". Elle a pour base une succession de termes lithologiques disposés par ordre décroissant de profondeur relative. Cet ordre est défini en com- binant de façon logique les observations faunistiques et uliuérnles. La courbe obtenue montTe les variations de profondeur au cours du temps et définit la. posi tion paléogéographique réciproque <les divers sédiments de la série à l'étude.
Dans l'état actuel de nos connaissances, la. succession bathymétrique des faciès établie pour une coupe donnée, n!a de valeur que pour le bassin de sédim entation dont elle fait partie. TI est eocore prématuré de vouloir généraliser.
Lorsque nous parlons de mouvements du fond, nous entendons les vm·iations de profondeur qui en sont l'expression visible dans la lithologie, m:iis sans nous prononcer pour l'instant sur les causes premières des méca- nismes eux-mêmes. ll est encore prémaluré de délimiter les parts qui revien- nent nux forces tectoniques actives et à la compaction différentielle des sédiments.
On peul cependant affirmer que les oscillations du fond, quelles que soient leurs origines, représentent un facteur primordial agissant pour l'in- stant seul de façon mesurable. 11 se place souvent à l'origine d'autres pro- cessus physico-chimiques qui le voilent en partie et auquel ils peuvent se substituer grnduellement.
Méthode d'étude
Les principes génémux seuls seront exposés ici, les particulru-ités d'appli·
cation sont illustrées par les différents exemples. D'aub·es variantes ont été décr.ites en détail aillems 1). Précisons cependant qu'un levé stratig(aphique détaillé, dont chaque niveau doit fafre l'objet d'une coupe mince au moins, constitue la condition indispensable à L'étabUssement des combes. Faute de quoi les variations observées perdent leur signification.
1. Le s minéraux détritiqu es a) L'indice de c 1 asti cité
L'étude des minéraux détritiques ou de tout débris organique et i.norga- niq11e se comportanl comme tel se fnit en prem.ier lieu par la mesure du dia.mètre maximum a pp are n t du plus gros élément détritique visible on coupe mince. Cette rne-~ure définit I 'j n di ce d e c 1 as t i c i té du
1) CAR.OZZt, A.: ,,Contribution à l'élude des rythmes de sédimentation." Archi- ves des Sciences, Vol. 3, No. l, Genève 1950 (souJ> presse). A la fin de cet ouvrage se lrouve une liste bibliogrnphiq~1e cle tous les travaux concernant les aspecl'S théoriques et prnt·iques de la question.
178
A. CAROZZI - Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique niveau étudié. Il y a bien entendu un indice pour chaque minéral détritique.
Quoiqu'il s'agisse de la mesure d'un diamètre maximum apparent, l'écart qui en résulte par rapport au diamètre maximum réel (obtenu par l'analyse mécanique) ne modifie pas de façon appréciable l'expression des conditions naturelles.
La mesure du di am è t r e moyen des grains conduit à des résultats semblables à ceux obtenus par la mesure du diamètre maximum, mais les variations des courbes sont fortement atténuées. Nous avons toujours effec- tué les deux mesures afin de corriger certaines aberrations de la courbe du diamètre maximum. Ces anomalies proviennent en général de la présence accidentelle d'un gros élément, n'exprimant pas de ce fait les conditions générales du milieu de sédimentation.
Parmi les débris se comportant comme des minéraux détritiques, nous avons étudié de très près les pseudo-oolithes' fournissant de précieuses indi- cations sur les courants de remaniement, de même que les organismes ou fragments montrant des traces incontestables d'un transport par les eaux.
Les courbes des indices de clasticité expriment les variations dans le temps de la puissance des agents de transport, sans qu'il soit possible en l'absence des indications fournies par les organismes, d'en déduire les varia- tions de profondeur ou de distance à la côte.
b) L'indice de fréquence
Le second mode d'étude des minéraux détritiques est la détermination de la fréquence absolue, c'est-à-dire du nombre de grains d'une espèce minérale donnée présents dans un volume donné d'un niveau, ceci indé- pendamment de toute notion de clasticité.
Les mesures de fréquence indiquent la charge des courants et complètent les renseignements fournis par l'indice de clasticité.
En pratique, cela revient à compter le nombre de grains rencontrés sur un diamètre ou une surface selon une convention quelconque, préalable- ment bien définie.
Cette méthode quantitative est d'un emploi fastidieux, mais elle possède l'avantage de donner une expression fidèle de la réalité sans trop dépendre de facteurs personnels.
Pour les particules sub-microscopiques, telles que les flocons d'argile ou de fer colloïdal, la mesure des indices de clasticité et de fréquence est im- possible à effectuer. Cependant la fréquence relative peut être exprimée par un artifice. On établit une série-standard de coupes minces donnant, pour le fer par exemple, une échelle de fréquence arbitrairement subdivisée en 10 degrés. La détermination s'effectue par comparaison directe et suffit largement pour les besoins de l'étude. L'expression graphique se fait sous forme de courbes ou de traits dont l'épaisseur est proportionnelle à la fré- quence.
2. L e s m i n é r au x a u th i g è n e s
La formation ,,in situ" ne permet plus de parler d'indice de clasticité des grains, mais seulement de diamètre maximum apparent. Les mesures de
Meere, Schichten, Sedimentation
fréquence en revanche ne subissent aucune modification. Les mmeraux authigènes sont des .indicateurs physico-chimiques de granùe importance et point n'est besoin d'iosister sur l'intérêt de leur étude.
3. Les organismes
Lorsque la faune est riche en espèces ou en individus, on détermine la fréquence abso.lue des diHérents représentants et ses varintions dans l'espace et dans le temps. Dans les auh·es cas, la fréquence relative ou la notation ,,présence ou absence" suffisent pour les besoins de l'étude.
Les indications fournies par la faune donnent aux variations minérales leur signification bathymétrique ou montrent qu'il s'agit simplement de changements dans l'intensité des courants non accompagnés de mouve- ments du fond. Il est presque inutile de souligner l'importance ciqJi lale du crilère faunJstique auquel doivent élrn subordonnés tous les mitres; la notion de profondeur en dépend directement.
Nous devons rechercher des organismes-témoins largement répandus et sensibles aux changements de milieu résultnnl des variatio.ns de profondeur.
Les rapports avec les faciès mnnlrenl quels sont des types d'organismes dont le mode de vie n'est pas ambigu et qui peuvent être de ce fait des indicateurs sürs. Il est encore prématuré de dresser des listes d'organismes- témoins, cependant on peul déjà les subdiviser en trois catégories princi- pales: les formes benthiques, pélagiques et ubiquistes.
Nous avons très souvent constaté une exclll.5ion réciproque dans l'espace et dans le lemps des fau 11es benthiques et pélagiques, tandis que les orga- nismes ubiquistes persistaient sons modification. Cette conslatalion, nssoclée ou non à des variations lithologiques, montre que les proportions relatives des différents orgnnismes donnent une idée de la profondeur (température) à laquelle s'est déposé le sédiment qui les contient. Des anomalies, du reste aisément repérables, se présentent lorsque des faciès littoraux sont envahis par des organismes pélagiques, ou quand les faunes benthiques fuient un milieu subitement troublé par des courants trop violents ou par un apport détritique massif.
Les indications fournies par les courbes de fréquence des organismes- témoins peuvent être complétées par l'étude des modifications <lu test observables chez certains Foraminifères. Il s'agit en somme du problème délicat de la faculté d'adaptation de ces organismes aux variations bathy- métriques. Les cas les plus fréquents se rencontrent chez les formes ben- thiques où les tests deviennent plus épais, plus grands et plus robustes à mesure que la profondeur diminue dans l'espace et dans le temps; la réci- proque est aussi vraie. Il est évident que cette faculté d'adaptation sera réalisée à différents degrés d'intensité et de rapidité ou pourra même être absente. Dans ce dernier cas, différentes faunes benthiques se succèderont suivant les variations du milieu sans qu'aucun de leurs éléments ne soit capable de persister au travers de plusieurs changements.
Quant aux formes strictement pélagiques, elles ne semblent pas, jusqu'à plus ample informé, subir d'influences modificatrices quelconques sous
A. CAROZZI - Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique l'effet de variations bathymétriques, tant que ces dernières n'affectent pas de façon sensible les conditions physico-chimiques de surface.
4. Le ciment
Ses principales caractéristiques: la nature minéralogique, l'état de cristal- lisation et l'importance relative par rapport aux autres composants, peuvent être exprimées par les moyens décrits plus haut.
Exemples
Les trois premiers exemples sont pris dans le Crétacé de la Nappe de Morcles, élément tectonique Je plus inférieur du système des nappes helvé- tiques de Suisse rouiande et de Haute-Savoie. La dernière série a été levée dans l'Autoclitone su.r lequel n d1evauché la nappe précédente.
1. Le Berriasien et le Valanginien schisteux de la Giettaz, Haute-Savoie, France
Les deux étages sont représentés dans cette coupe par une succession de rythmes sédimentaires (fig. 1) comprenant les termes suivants:
1. Calcaires compacts (CC);
2. Alternances de calcaires compacts et de marnes (AL);
3. Marnes (M);
4. Calcaires marneux (CM);
5. Calcaires pseudo-oolithiques (CO).
a) La courbe de c 1 asti cité du quartz détritique.
Elle montre par ses variations que les indices de clasticité sont les suivants:
1. Calcaires compacts (0,046 mm);
2. Alternances (0,070 mm);
3. Marnes (0,100 mm);
4. Calcaires marneux (absents dans cette coupe);
5. Calcaires pseudo-oolithiques ou spathiques (0,230 mm).
Notons que l'allure générale de la courbe indique une augmentation de la clasticité dès la base du Valirnginien schisteux. D'autre part, les alternances se comportent comme un ensemble homogène au poinl de vue cle l'indice de clasticitè, ce qui montre que ces fines successions de calcairns compacts et de marnes ne sont pas le résultat de variations de profondeur mais de modifications dans l'équilibre chimique.
b) L a c o u r b e d e fr é q u e n c e d u q u a r t z d é t r i ti q u e.
Elle varie dans le même sens que la courbe de l'indice de clasticité, c'est-à-dire que les niveaux ayant les grains de plus gros diamètre en ont aussi le plus grand uombre. Cette analogie des deux courbes caractérise un apport détritique normal; cependant vers le haut du Vnlanginien sdiisteux,
Meere, Schichten, Sedimentation
•'! ____J.
0 10 50 0
o 0,05 0,10m"'
Fig. 1
Courbe No. 1. Fr é quence du quartz dé tri tiqu e.
Courbe No. 2. Di a m è t r e du quartz dé tri tique, les mmeraux acces- soires et les organismes benthiques on été placés en surcharge:
F: Feldspaths authigènes • Textularidés
M: Mica
+ :
MiliolidésT: Tourmaline • : Echinodermes et Bryozoaires Courbe No. 3. Qu a rt z s eco nd air e , sa présence est marquée par un trait
épais.
Courbe No. 4. Fr éq uenc e des organismes p é 1 agi que s. (Calpio- nelles.)
Courbe No. 5. Fr é que n ce des o x y des d e fer.
Courbe No. 6. Courbe bath y métrique r e 1 a t iv e.
N o t e i m p o r t a n t e.
Pour toutes les figures :
l. La fréquence des minéraux et des organismes est définie par le nombre de grains ou d'individus rencontrés sur un diamètre de 18,2 mm uniforme pour
chaque préparation. (Coutlrmcl p.183)
182
A. CARozzr - Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique la courbe de fréquence amorce une variation en sens inverse que nous ver- rons se développer dans le Valanginien calcaire et qui témoigne d'un milieu plus littoral à apports détritiques insuffisants ou excessifs.
c) Les minéraux ac ces soir es (mica, tour ma 1 in e).
Ils sont absents dans le Berriasien et n'apparaissent qu'au Valanginien schisteux au moment de l'augmentation de l'indice de clasticité du quartz détritique.
d) L a c o u r b e d e fr é q u e n c e d e s o x y d e s d e f e r.
Elle varie dans le même sens que la courbe de fréquence du quartz détri- tique témoignant ainsi d'w1e analogie d'origine et de mode de transport.
Il y a une augmentation générale très nette de la teneur en fer vers le haut de la série.
e) Les minéraux second aires.
Le quartz secondaire est systématiquement absent dans les calcaires com- pacts, mais fréquent dans les alternances et largement répandu dans les marnes et calcaires pseudo-oolithiques ou spathiques. Il paraît donc en liaison avec les apports clastiques et ferrugineux et apporté sous forme de gel colloïdal par les mêmes courants. Les feldspaths secondaires apparais- sent uniquement dans les calcaires pseudo-oolithiques et à l'intérieur des éléments.
f) La fréquence des organismes benthiques.
Leur nombre n'est pas suffisant pour établir une courbe, cependant on constate que ces organismes (Miliolidés, Textularidés, Bryozoaires et Echino- dermes) sont strictement localisés dans les alternances et les marnes à l'exclusion des calcaires compacts. Les Textularidés sont toujours plus fréquents dans les marnes que dans les alternances; dans les calcaires pseudo-oolithiques et spathiques ils cèdent la place aux Bryozoaires, aux Echinodermes et à de gros Foraminifères arénacés.
g) L a fr é q u en ce d es organismes p é 1 agi que s.
Ils sont représentés par les Calpionelles dont le grand nombre permet l'établissement d'une courbe de fréquence. Les variations montrent que la plus grande fréquence est réalisée dans les calcaires compacts, qu'elle dimi-
Continué d e p. 182:
2. La fréquence du for est exprimée par de.~ degré.~ d'importance allant de 0 à 10.
3. D ans .la courbe bathymétrique relnLive, les profondeurs sont clécroissa11tes de gaud1e i\ droite et les cl1ilfres correspondeJ1t aux différents termes des rythme.~
sédimentaires.
4. L es désignations des faciès dessinés dat)S la colonne stratigraphique placée fi. gltuche des diagrammes, sont donnés par les chiffres g ui leur foot face hori- zontalement en sttrdiarge le long de lu courbe bathymétrique relative.
Meere, Schichten, Sedimentation
nue dans les alternances pour atteindre son minimum dans les marnes. Ces VMiations se font donc en sens inverse de celles dos organismes bentluques et dn qunrtz détritique. Les organismes pélagiques s'éteigne.nt dès 1.a base du Valang inien sdüsteux et la Jaune devie1Jt dès lors exclusivement ben- thique.
h) L a fr é q u en c e des or g anis mes u b i quis tes.
Leur nombre n'est pas suffisant pour établir une courbe. Ils sont repré- sentés par des Rotali.clés à distribution très uniforme.
Conclusions:
Tous les faits nous autorisent à considérer les différents termes sédimen- taires comme correspondant à des p r o f o n d e u r s d é c r o i s s a n t e s dans l'ordre suivant:
1. Calcaires compacts;
2. Alternances des calcaires compacts et de marnes;
3. Marnes;
4. Calcaires marneux;
5. Calcaires pseudo-oolithiques ou spathiques.
Lelll' succession en rythmes sédimentaires résulte de variations de profon- dems consécutive.~ des mouvements du fond morin. La co1.trbe bafüy- métri.que relative que nous avons tracée montre que le Berriasien se com- pose à la base d'un rytJune incomplet ù deux termes suivi <le quatre ryù1me.~
asymétriques
n
trois terme.~ plus ou moins largement développés. Le passage nu Vnlanginicn schisteux se fait par un cinquième rythme asymétrique, puis la profondeur se maintient dans les alternances enb·ecoupéesiJar
deuxmouvements brusques correspon<l::mt aux bancs de calcaires spathiques.
Comparaison océanographique
Ar,i:;xANO.F.n., A. E.: A petrograph ic ;i ncl pet rologic slucly of somc contilicuta 1 shelf sedi111ents. Jonmal Sedim. Pci,r. 4, l, 193'1. - Houa11, ) , L.: Secliments of Cape Cod Day, M11ss11chossetts. Jomn. Sedim. Petr. 12, l , 1942. - S1·11w.1no, F. P., &
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Petr. Ceol. 22, 2, 1938. - VAUCllAN, T. \V. : Ecology of modern morine orgnuisms with reference to paleogeography. Bull. Soc. Geol. Am. 51, 3, 1940.
2. L e B a r r é m i en à f a ci è s u r g o n i en cl e P as -cl e - S a 1 e s , Haute-Savoie , France
Cet étage, dont la base un peu marneuse repose sur les calcaires gréseux hauteriviens, est représenté dans la Nappe de Mordes par une imposante série de calcaires récifaux, oolithiques et pseudo-oolithiques. Dans ces der- niers, une sédimentation rythmique est mise en évidence par les variations lithologiques el fa1u1!sUques; (fig. 2) nous allons en rechercher les causes.
La liaison étroite constatée dans l'exemple précédent entre la fréquence des organismes benthiques et la clasticité du quartz détritique n'est valable 184
A. CARozzr - Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique
Hr.h.irH ~. H .. ~
~ ~' ~.
Fig. 2 Q u a r t z d é t r i t i q u e.
.!J lr:i LJ LJ
~
..
F1·équence des oxydes de feL Courbe No. 1.
Courbe No. 2.
Courbe No. 3.
Courbe No. 4.
Courbe No. 5.
Courbe No. 6.
Courbe No. 7.
Courbe No. 8.
Courbe No. 9.
Courbe No. 10.
Pseudo - o o 1 i the s, la fréquence est exprimée par la valeur a.
T i g e s d' a 1 g u e s v e r t e s c a 1 c a i r e s.
E chi nid es.
Br y oz o aires.
T e s t s d e L a m e 11 i b r a n c h e s.
T e x tu 1 a r i d é s.
Mi 1 i 0 1 id é S.
0 r b i t o 1 in id é s.
Les courbes de fréquence sont en pointillé, sauf le No. 2. Les courbes de clasti- cité sont en trait plein. Les courbes No. 6, 8, 9 et 10 ont la même échelle que le No. 5.
Meere, Schichten, Sedimentation
que lorsque les Ol'ganismes ont vécu sur pince dirns des condHions normales.
Quand des remaniements se prodtûsent, les organismes sont arrachés à leur lieux d'existence et h·ansportés sur Lme dist~rnce plus ou moins longue pnr les oow·nnts. Dès lors l'on est autorisé à le.<; nssimîler à des particules détri- tiques et à tracer les courbes de leur c.lasticité et de leur fréquence. Cette méthode est parlict1lièremeut ùpplicable aux calcaires pseuclo-ooüthiques où .les organismes n'existent qu'à l'état de fausses oolithes. Il est évident que dans un sédiment de ce genre, véritable gravier organique, les vari(l- tions des courbes de clasticité des minéram< cléh·itiques et des pseudo- oolithes indiqueront uniquement les changements d'intensité des counrnts marins. En effet, pour que ces vnriabons puissent être interprétées au _poiat de vue bathymétrîque, elles doivent s'accompagner de modifications affectant la faune benthique nyant vécu sur place. Or, ces conditions ne sont pas réalisées dans les faciès pseudo-oolithiques et toute détermi- nation des variations bathymétriques s'avère impossible par nos méthodes usuelles.
Les calcaires récifaux compacts, où aucun remaniement hnportnnt ne s'est produit, contiennent les 01·ganismes suivants1 algues vertes calcaires, plaques d'Echinides, articles ùe Crinoïdes, Bryozoaires, te.~ts de Lamelli- branches (Rudistes), Brachiopodes, Gastéropodes, Orbitolinidés, Textularidés, Miliolidés, R<>tnliclés etc. Cet ensemble faunistique correspond à un habitat commun dans des c<>nditions sub-réoifales.
En revanche, dans l.es faciès pseudo-oolithiques, la distribution de la faune est toute différente:
1. Les niveaLJx. à grosses pseudo-oolithes ont leurs galets d'origine orga- nique formés uniquement par les tiges d'algues vertes, les plaques cl'Echinodennes, les articles de Criuoïdes, les Bryozoaires, divers débris
<le tests, les Orbitoliuidés et les grands Miliolidés.
2. Les niveaux à petites pseudo-oolithes ont leurs galets d'origine orga- nique formés uniquement de Miliolidés, Textularidés et Rotalidés.
Cette distribution particulière provient d'un tri age par dime n - si on s du matériel organique effectué par l'agent de transport. Ce der- nier, en remaniant l'ensemble faunistique homogène des calcaires compacts a donné naiss:tnce à cl eux s é dime nt s b i e n dis tin c t s , l'un grossier, l'autre fin, caractérisés par des associations faunistiques différentes.
En règle générale, chaque individu de Foraminifère forme à lui seul un galet de taille conespondante; il en est de même pour les tiges d'algues calcaires, les articles de Crinoïdes, les plaques d'EC:hinodermcs etc. En conséquence, pour les organismes que l'on trouve dans les pseudo-oolithes, soit à l'état d'inclividw; entiers, soit à l'état de parties composantes (valves, plaques, articles, spicules), leur distribution n'est pas fonction uniqnement des caractéristiques de l'agent de transport, mais est fonction aussi de leur dimension la plus fréquente clans le sédiment primaire (fréquence dimen- sionnelle).
Un exemple frappant parmi les Foraminifères est celui des Orbitolinidés 186
A. CAROZZI ~ Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique localisés dans les niveaux à grosses pseudo-oolithes et des Textularidés p.résents uniquement dans les niveaux â petites pseudo-oolithes.
Le remaniement d'organismes C:.'Olorùaux résultant de Ja juxtaposition <le nombreux individus conduira à leur isolement et à la formation de pseudo- ooliùms de taille correspondante; ce cas est illustré par les cellules tubu- leuses de Bqozoaires donnant lieu à la formation de gross<.>.s pseudo-ooÜÙles très résistantes à l'usure et de taille assez constante.
Il est évident que la fragmentation d'organismes à structure interne peu développée ou faiblement résistante conduira à la formation de galets de taille cléj,à plus variable que dans les cas précédents et dépendai1l presque uniquement des caractères de l'agent de transport. Le cas extrême esl illustré par les éléments purement calcaires forma11t la plus grande partie des pseudo-oolithes, grandes o'u petites, et qui proviennent du remani0me11t du cîme11t du dépôt primaire.
Il ne fait aucun clo·ute que la dfatribution particulière de.S différents débris organiques que nous venons d'examiner témoigne d'un phénon1ène de remaniement brutal et encore à ses débuts. Dans Je cas d'une action prolongée, ln réduction de volume des galets par usure agha contre cette subdivision et tendra progressivement à l'effacer. lJ en résultera des faciès pseudo-oolithi.ques ù composition faunistique semblable en tout point à celle du sédiment primaire.
a) Les courbes de clasticité et de fréquence du quartz d é t r i t i q u e.
Elles varient dans le même sens avec des indices plus faibles par rapport à l'Hauterivien supérieur, ce qui indiqu·e un apport détritique normal, mais rédttit par effet d'isolement. Les indices de clasticité sont les suivants:
1. Niveaux à grosses pseudo-oolithes: 0,27 mm;
2. Niveaux à petites pseudo-oolithes: 0,05 mm;
3. Indice moyen de la formation: 0,15 mm.
b) La courbe de fréquence des oxydes de fer.
Ses variations se font dans le même sens que celles de la fréquence du quartz détritique, il y a donc identité de transport et d'origine des deux minéraux.
c) Les courbes de clasticité et de fréquence des pseudo- o 01 i the S.
Elles varient dans le même sens en montrant 7 maxima d'intensité des courants marqués par des niveaux à grosses pseudo-oolithes. Ces variations ne sont pas toujours enregistrées par le quartz détritique du fait de son rôl tout à fait accessoire.
Le diamètre moyen des pseudo-oolithes assez important par rapport au champ d'observation microscop.ique introduit des errems de mesure que nous avons évitées en exprimant la fréquence par le rapport <les surfaces selon la formule:
187
où:
Meere, Schichten, Sedimentation k nr2
a=
--z:l2
k = Constante cle construction graphique;
n = Nomb:i:e de pl\J·ticules (fréquence);
r = Ruyon moyen des particules;
R =Rayon du champ d'observation.
d) L es cou r be s <le c 1 asti ci té et de fréquence des débris d'algues vertes calcaires, Echinides, Bryozoaires, tests d c La me 11 i branches e t 0 r bit o l i nid é s.
Les deux com·bes de chaque type de débris vm"ient en général dans le même sens; elles sont discontinues du fait que ces organismes ne donneJlt naissance qu'à de g1·osses pseudo-ooUthes. Le cas est particu- lièrement mis en. évidence pa1· les tiges d'algues vertes calcaires.
e) Les courbes de c 1 asti cité et de fréquence des Mi 1 i o - li dé S.
Les deux courbes sont conUnues, la pl'emière est cl'allme uniforme, la seconde désordonnée; d'autre part, les Milioliclés présents ont un diamètre moyen plus petit que celui des organismes précédents et ne portent que de fa i b 1 es t ra ces d'us u r e. Ces Faits indiquent que les l\•tiliolidés ne devaient pas être toujours roulés Sllr le fond, m!lis en grande partie tnu1s- portés en suspension dans les courants.
f) Les courbes de clasticité et de fréquence des Textu- 1 a ridés.
L'allure uniforme et assez continue des cieux courbes, leurs rapports réci- pt·oques désordonnés et 1 'ab s en cc c o m p l è te d e traces d, usure , même quand ces organismes -sont présents dans des niveaux où tous les autres débris organiques sont roulés, font penser à un mode de transport uniquement par suspension.
Du reste, dans les n.iveaux à grosses pseudo-oolithes et conformément à la elistribl1tion mécm1ique déjà signalée, les Textula1idés sont absents, emportés par les cour:mts.
Conclusions:
L~\ série urgonie1111e reste Jini itée au terme le moins profond (CO) de l'échelle bathymétrique définie dans l'exemJ?lC précédent. 11 y a succession rytfonique de 7 niveaux de grosses pseudo-oolithes corre.~pondant atL-;
périodes de forts courants. En toute rigueur, du fnit de l'allodlto,nie ùes organismes, il n'est pas possible cle démontrer qu'il s'agit de 7 val'iations de profondeur, 111ais ln régu larité de leur succession est une forte présomption en faveu r de cette interprétation.
Comparaison océanographique
STAm>,
J.
T., & DAPP•.Es, E. C.: Near shore corn! fogoon sediments from flainten. Society Islands. Journal Sedim. Petr. 11, l, 1941. - Tano,J.
P.: Shonl wnle1· clepositsor
Lhe Dcrmuda Banks. - Journal Sedim. Pelr. 9, l, 1939. - T1ronP, E. M.: The secliments of the Pearl and Hermes Beef. journal Sedim. Petr.6, 2, 193<1.
A. CAROZZI - Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique
3. L e C é n o m a n i e n d u C o 1 d e B o s s e t a n , d u C o 1 d e Bretolet et du Chalet de Berroy, Valais, Suisse La transgression cénomanienne s'est fortement marquée dans le bassin de sédimentation de la Nappe de Morcles. Le passage des grès glauconieux albiens au calcaire sublithographique, qui caractérise tout le Crétacé supérieur, s'effectue sur quelques mètres.
La stratigraphie est la suivante de bas en haut (fig. 3):
l. A 1 b i en su p é rie u r (A): grès glauconieux, glauconites gréseuses ou calcaires glauconieux bréchiformes;
2. C é n o m a n i e n i n f é r i e u r (CI): calcaires glauconieux ou glauco- nites à nodules phosphatés;
3. C é nom an i en supérieur (CS): calcaires glauconieux gris com- pacts passant vers le haut à des calcaires sublithographiques;
4. S é non i en in f é ri eu r (S): calcaires sublithographiques gris.
a) L e s c o u r b e s d e c 1 a s t i c i t é e t d e f r é q u e n c e d u q u a r t z d é tri t i q u e.
Dans le Cénomanien inférieur littoral, les deux courbes varient en sens inverse, puis dans le même sens dès la chute des deux indices coïncidant avec l'établissement d'une sédimentation calcaire plus profonde.
Les indices de clasticité sont les suivants:
1. Calcaire sublithographique (0,03 mm);
2. Calcaire glauconieux compact (0,10 mm);
3. Calcaire glauconieux gréseux et phosphaté (0,30 mm).
Ce terme peut passer par les variations de fréquence du quartz et de la glauconie à un grès glauconieux ou à une glauconite gréseuse.
b) Les courbes de c 1 asti cité et de fréquence de 1 a g 1 au - con i e.
Dans le Cénomanien inférieur, la glauconie possède un habitus micro- scopique indiquant une origine autochtone, dont les caractères sont:
1. Grains à contours irréguliers, résultant de plusieurs générations; pig- ments glauconieux largement répandus.
2. Diamètre maximum des grains indépendant de l'indice de clasticité du quartz détritique.
3. Diamètre maximum et fréquence varient dans le même sens.
4. Les deux courbes varient en s en s in vers e de la clasticité du quartz détritique; la synthèse de la glauconie n'est donc pas favorisée en milieu agité ou à forts courants.
Au Cénomanien supérieur, l'augmentation de profondeur ne permet plus la formation de la glauconie autochtone et cette dernière n'apparaît plus qu'à l'état de minéral détritique avec comportement et indice de clasticité semblables à ceux du quartz détritique.
Meere, Schichten, Sedimentation c.a+F
•+ Col de Bossetan
••+P
®
1 1 1 1 1 L...L..-L...J
0 0,10 o,~o mm . 0 1 2 3 0 0,10 O,'tO mm
0 10 'tO o/o o 10 ~o %
Fig.3
1
CS
----Â Cl
Bretolet
c
AL..L....J CL CG CGG 1 0 10 20 1 2 3
Courbe No. 1. Fréquence du quartz dé tri tique.
Courbe No. 2. Di am è t r e du quartz dé tri tique, les mmeraux acces- soires et les organismes benthiques ont été placés en surcha1·ge:
F: Feldspaths authigènes • : Textularidés P: Phosphates
+ :
Spongiaires T: Tourmaline • : EchinodermesZ: Zircon (Continué p. 191)
190
A. CAROZZI - Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique c) L a cour b e de fr é que n ce d es oxyde s de fer.
Elle varie dans le même sens que la fréquence du quartz détritique indiquant une identité d'origine et de mode de transport. Si l'on observe dans ce cas une relation avec la glauconie autochtone, elle est purement for- tuite et due simplement aux rapports de cette dernière avec la fréquence du quartz.
Si les oxydes de fer ne sont plus d'origine continentale, mais provien- nent de l'altération ,,in situ" de la glauconie autochtone, la courbe de fré- quence est alors indépendante de celle du quartz et directement liée à celle de la glauconie. (Albien du Chalet de Berroy.) Il en est de même de la pyrite dont la formation paraît en liaison étroite avec celle de la glauconie.
d) L e s mi n é r a u x a c c e s s o i r e s e t a u t h i g è n e s.
Les minéraux lourds disparaissent pendant le Cénomanien inférieur et parfois déjà au sommet de l' Albien. Les phosphates sont abondants dans le milieu littoral du Cénomanien inférieur, puis leur importance diminue vers le haut jusqu'à la disparition complète.
La silice secondaire et les feldspaths authigènes caractérisent les cal- caires du Cénomanien supérieur, correspondant ainsi à l'augmentation de profondeur et à la fin de la formation de la glauconie autochtone, en d'autres termes à un milieu plus calme. Une liaison entre la silice secondaire et les spicules calcifiés de Spongiaires siliceux est aussi apparente.
e) Les variations fa unis tiques.
La fréquence de la faune essentiellement formée de Foraminifères augmente vers le haut de la série. Les Lagénidés prédominent, Globotrun-
C~l!_~_t Globigerinella sont omniprésentes, ces dernières plus fréquentes à la base, tandis que les Globigerina pélagiques caractérisent le sommet.
Les Textularidés et les débris d'Echinodermes se rencontrent presque partout, tandis que les spicules calcifiés de Spongiaires n'apparaissent que lors de la chute des indices de clasticité.
f) L a courbe d e fréquence de s L a g é nid é s.
Le passage du Cénomanien au Sénonien, par approfondissement graduel, fait succéder des calcaires sublithographiques à une sédimentation très
Continué de p.190 :
Courbe No. 3. Qu a r t z sec on da ire, sa présence est marquée par un trait épais.
Courbe No. 4. Fréquence de s oxydes de fer.
Courbe No. 5. Fréquence de 1 a g 1 au con i e.
Courbe No. 6. Di am è t r e de 1 a g 1 au con i e, la limite entre la glauconie autochtone de la base et la glauconie détritique du sommet des séries est marquée par un trait horizontal muni d'une flèche.
CourbeNo.7. Fréquence des prismes d'lnocérames.
Courbe No. 8. Fréquence des La g é nid é s.
Courbe No. 9. Courbe bath y métrique r e 1 a t ive.
Les échelle de clasticité et de fréquence sont identiques pour tous les minéraux.
Meere, Schichten, Sedimentation
déh·itique. Cc ch::rngcmeut de milieu important exerce uue grande ill'fluence sur la répartition des organismes en faisant augmenter la fréquence des Lagénidés henthiques. Ces derniers apparaissent déjà dans les calcaires gréseux du Cé1101m1rtien inférieur, mais leur fréquence varie alors en sens inverse de la clasticité du quartz détritique.
Celte exception à k1 règle générale montre que les Lagénidés, bien que benthiques, ne peuvent s' accomoder d'un mi lieu détritique trop agité ou à courants !Top violents.
Ce n'est qu'à partir des calcaires glauconieux du Cénomanien supél'ieur que les Lagénidés trouvent un milieu favorable à leur développement; dès lors leur fréquence augmence et varie dans le même sens que la clasticité des minéraux détl'itiques.
g) L a c o u r b e d e f r é q u e n c e d e s p r i s m e s d ' I n o c é r a m e s.
Le comportement de ces débris est calqué sur celui des minéraux, la courbe varie dans le même sens et diminue parallèlement aux apports clasti- ques vers le haut de la sél'ie. Ces faits confirment l'opinion que ces organis- mes affectionnent les milieux littoraux détritiques, agité ou à forts courants.
Conclusions:
Les faits exposés montrent que la courbe de clasticité du quartz détri- tique exprime les variations bathymétriques et que de ce fait l'ordre relatif des faciès par profondeur décroissante est le suivant:
1. Calcaire sublithographique, 2. Calcaire glauconieux compact,
3. Calcaire glauconieux gréseux et phosphaté (p.p. grès glauconieux ou glauconite gréseuse).
En ligne générale, la profondeur augmente de la base au sommet de la série.
Comparaison océanog1·aphique
GALL!HER, E. vV.: Geology of glauconite. Bull. Am. Assac. Petr. GeoL 19, 11, 1935. - DmTz, R. S, EMERY, K. O., & S1mrARD, F. P.: Phosphorite deposits on the sea floor off Southern California. Bull. Soc. GeoL Am. 53, 6, 1942. - ALEXAN- DER, A. E.: A petrographic and petrologic study of some continental shelf sedi- ments. Journal Sedim. Petr. 4, 1, 1934.
4. Le Cr é tac é s u p é ri e u r de Ch â te 1 a rd - en - B auges , Savoie, France
Il s'agit d'une série compréhensive de calcaires blancs, parfois crayeux ou marneux, épaisse de 135 m environ. L'étude des minéraux clastiques et de la fréquence des faunes benthiques et pélagiques met en évidence une série de six rythmes de sédimentation correspondant à des soulèvements.
Trois d'entre eux se placent dans le Turonien, les autres aux trois limites
A. CA.Rozzr - Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique
(1\1
5011 SA:
2S CO.
Om TU
... ...
~--- ··=·---
--->---·li-
·--- J
--- --2 ®
--- 1
1 1 1 1 1
0 0,1 O,t,. mm L.L..J
0 20 40 L.LJ
0 20 40
0 20 80
Fig. 4
Courbe No. 1. Fréquence du quartz dé tri tique.
Courbe No. 2. Di am è t r e du quartz dé tri tique.
Courbe No. 3. Fréquence de 1 a g 1 au con i e dé tri tique.
Courbe No. 4. Di am è t r e de 1 a g 1 au con i e dé tri tique.
Courbe No. 5. Fréquence de 1 a mus c o vite d é tri t i q u e.
Courbe No. 6. D i am è t r e de 1 a mus c o vite dé tri tique.
Courbe No. 7. Fréquence des prismes d' In oc é rames.
Courbe No. 8. Fréquence des organismes benthiques (Lagemt).
Courbe No. 9. Fréquence des o r g a n i s mes p é 1 agi que s (Gümbe- lina).
Les étages sont abrégés comme suit:
TU: Turonien, CO: Coniacien, SA: Santonien, CA: Campanien.
d'étages. Ces dernières ont été détermin{~es de façon indépendante et pure- ment paléontologique par les associations des différentes espèces de Globo- truncana.
Les minéraux détritiques présents sont le quartz, la glauconie et la musco- vite (fig. 4). Le quartz est rare, sauf dans la moitié inférieure du Turnnien où il provient du remaniement des sables verts et atteint une clasticité moyenne de 0,29 mm.
Dans cette zone tous les minéraux atteignent leurs plus grandes valeurs de fréquence et de clasticité (quartz: 1,03 mm, glauconie: 0,44 mm, mica:
Meere, Schichten, Sedimentation
0,40 mm). Puis le régime cballge brusquement, la sédimentation détritique devient de plus en p lus calme el uniforme vers le haut, la clasticité moyenne du quartz tombe ô 0,085 mm dans cette partie.
Le quartz et la glauconie sont étroitement liés dans leurs variations mon- trant a.insi une origine commune, tandis que le comportement de ln musco- v.ite munifoste mie certaine indépendance. Cependant la glauconie et le mica surtout, avec en général des diamètres plus petits que ceux du quartz, suivent ses fluclimlions avec tu1 cerh\in retard. Le retard <le fo glauconie pourrnit être attribué à sa densité plus faible et celui de la muscovjte à son habitus en paillettes. Ces deux minéraux montrent parfois de fortes varia- tions non ressenties ou à peine ressenties par la courbe du quartz.
Le phosphate de chaux est omnipréS(-J.llt ~1 l'êtat de gra:ins, de nochiles, de remplissnges de loges de Foraminifères Oll encore de débris osseux phos- phatisés.
La p)1ri.te et la limonite, peu abondantes, se présentent en pigmentations ou remplissages d'organismes.
En ce qui concerne les orgunismes, il y a un rapport étTOit entre la courb~
de fréquence des Lagénidés benthiques et celle de clasticité du c:ium"l7.
détritique. Cette relation donne une valeur bathymétrique aux variations du quartz et vérifie les subdivisions stratigraphiques.
Quant à. la courbe de fréqueilce des Gümbel:im:1. pélagiques, elle varie en sens inverse de celle des Lagénidés; les deux type.~ de Foraminifères s' ex- cluent clru1s l'espace et dans le temps.
La courbe de fréquence des prismes d'Inocérames assez désordonnée n'exprime rien de clair.
Le premier so1.Llèyement se produit à la bru;e du Turonien, le quartz et la glauconie l'enregistrent par des variations très nettes dans leurs courbes de clasticité et de fré<1uence. Cela signjfie une augmentation locale de la puis- sance des courants l:iés à ces deux minéraux accompngnée d\m apport supplémentaire. En revanche, les courants apportant la muscovite n'ont pas subi de mo<lification et cette dernière est presque absente à ce niveau.
La seconde oscillation est ressenlie pnl' les courbes de fréquence et de clo.sticité des h·ois minéraux, iiinsi tous les courants d istributeu rs de par- ticules détritiques ont été englobés dam le phénomène; c'est la trace du contre-coup de la phase sub-hercynienne de H. STILLE.
Le dernier soulèvement dans le Turonien n'intéresse que les courbes de clasticité du quartz et de la glauconie, à l'exclusion de leurs courbes de fréquence. Ce comportement exprime un accroissement local de la puis- sant:e des courants liés à ces minéraux, inais sans apport supplémentaire; il s'agit d'une perturbation tout à fait localisée.
D'autre part, les courants apportant la muscovite n'ont pas été modifiés.
Dès ce moment on constate un approfondissement relativement rapide de la mer souligné par la diminution brusque et générale du diamètre des miné- raux détritiques. Les courbes de fréquence des organismes témoignent dans le même sens. en indiquant le p;tssage d'une faune benthique à une faune pélagique.
194
A. CARozzr - Rythmes de sédimentation dans le Crétacé helvétique La limite paléontologique Turonien-Coniacien correspond au quatrième soulèvement; dès lors le quartz et la glauconie deviennent peu sensibles à ce type de faibles oscillations en mer profonde. Seule la courbe de clasti- cité de la muscovite enregistre nettement le mouvement à l'exclusion de sa courbe de fréquence; ce qui indique qu'il s'agit d'un simple remaniement du matériel préexistant localement sans aucun apport supplémentaire. Cette sensibilité Q.e la muscovite doit être attribuée à son habitus en paillettes.
Les mêmes observations sont applicables aux deux dernières oscillations de la série.
Conclusions:
Le faciès compréhensif de la série ne nous permet pas de tracer la courbe bathymétrique relative, mais seulement de constater que plusieurs mouve- ments importants du fond pendant le Turonien ont précédé l'approfon- dissement de la mer caractéristique de la partie supérieure de la coupe.
Comparaison océanographique
HouGH, J. L.: Sediments of Buzzards Bay, Massachussetts. Journal Sedim. Petr.
10, 1, 1940. - NATLAND, M. L.: The temperature and depth-distribution of some recent and fossil Foraminifera in the Southern California Region. Bull. Scripps Inst. Oceanogr. Tech. Ser. 3, 10, 1933. - NoRTON, R. D.: Ecologie relations of some Foraminifera. Bull. Scripps lnst. Oceanogr. Tech. Ser. 2, 9, 1930. - PHLE- GER, F . B.: Foraminifera of submarine cores from the Continental Slope. Bull.
Soc. Geol. Am. 50, 9, 1939; 53, 7, 1942.
Z usammenf.assung
Eine Interpretationsmethode der Sedimentgesteine wird dargestellt. Mit- tels Kurven werden die zeitlichen und raumlichen Variationen der wichtig- sten mineralogischen und organischen Charaktere ausgedrückt. Die durch diese Kurven gelieferten Angaben werden unter sich in logischer Weise kombiniert und erlauben eine palaogeographische Klassifikation der ver- schiedenen lithologischen Einheiten. Hiermit ist es moglich, die Verbindun- gen zwischen der Sedimentation und den verschiedenen Faktoren, welche die letztere beeinflussen, herzustellen: Tiefe, Entfernung von der Küste, Richtung und Starke der Stromungen, physikalisch-chemische Bedingungen, Tektonik usw. Es werden verschiedene Beispiele aus der helvetischen Kreide dargelegt. Die bathymetrische Interpretation ihrer lithologischen Fazies entspricht den neuesten Arbeiten der Ozeanographie, worin ahn- liche aktuelle Bedingungen beschrieben sind.
