Certains principes qui régissent la datation relative en géologie

Fiche TD. 2 chapitre 4 TS - Fiche corrigée. Les images sont tirées de sites Internet pour l'enseignement (principales sources Pierre Thomas et P-A Bourque).

Présentation

Cette fiche présente à travers quelques exemples de terrain, les principes de superposition et de recoupement, utilisés pour appréhender une chronologie relative des évènements géologiques d’une région.
Vous remarquerez que ces phénomènes se situent aussi bien à l’échelle du paysage qu’à l’échelle microscopique.
Pour chaque exemple, en argumentant, donnez la chronologie relative des structures observées.
Figure 1 – Région de Manosque

Strates sédimentaires d’âge Oligocène à Manosque.
De bas en haut :
I. Bancs de calcaires
II. Strates de lignites
III. Bancs de calcaires

Superposition de strates sédimentaires (calcaires puis lignites puis calcaires).

Les couches supérieures sont les plus jeunes et les plus profondes sont plus anciennes. C’est le principe de superposition. Il s’applique aux formations non déformées ou légèrement basculées (dans ce cas, vérifier à l’échelle régionale).
Figure 2 – Région de Lodève

Région du bassin de Lodève
Au-dessus, des terrains triasiques horizontaux recouvrant des terrains permiens inclinés de 15°.

C’est une discordance angulaire.
Le basculement a donc eu lieu après le dépôt des terrains permiens mais avant celui du dépôt des terrains triasiques. Il est donc permien terminal.

Chronologie :
- Dépôts horizontaux au Permien
- Tectonique responsable d’une surrection accompagnée d’une régression marine
- Erosion
- Transgression marine accompagnée d’une nouvelle sédimentation horizontale au Trias
Figure 3 - Région des Sables d'Olonne (Vendée)

Roches métamorphiques (micaschistes) plissées et foliées, recoupées par un filon granitique sans foliation ni plissement.

Le filon est donc plus jeune que les roches métamorphiques.
C’est une intrusion. Le matériau intrus est toujours plus jeune que la roche encaissante. Les transformations au contact du matériau intrus (auréole de métamorphisme par exemple) peuvent dans ce cas être considérées comme contemporaines de l’intrusion.
Chronologie :
- Dépôts sédimentaires argileux
- Enfoncement et tectonique dans le cadre de la formation d’une montagne, entraînant le métamorphisme (avec feuilletage) suivi de plissements
- Intrusion de magma granitique
- Erosion de la montagne rendant visible l’ensemble

Figure 4 – Coulée de lave du volcan Paricutin (Mexique)

L' église de San Juan de Paricutin (XVIIIè siècle) est englobée dans la coulée de lave du volcan Paricutin, émise lors de l'éruption de février 1943 (Mexique).

La coulée est plus récente que l’église. C’est une inclusion. L’élément inclus ou enclavé est donc toujours plus ancien que la roche ou le cristal qui le contient.

Figure 5 – Granite de Ploumanach

Granite de Ploumanach.
Fragments de roche sédimentaire transformée en cornéenne à l’intérieur d’un granite.

Enclaves sédimentaires sombres (maintenant transformées en cornéenne) dans le granite, forcément plus vieilles que le granite. On peut noter que l'ancienne stratification est conservée. L'enclave, chauffée au sein du granite liquide, a été ramollie et s'est déformée, ce qui a permis au magma granitique de s'insinuer entre les anciennes strates.
Figure 6 - Obsidienne de l'Ile Lipari.

Une obsidienne (roche volcanique vitreuse) contenant des graviers (taches blanches).

On observe des figures de fluidalité (lignes approximativement parallèles) acquises lors de l'écoulement de cette lave visqueuse. La lave a englobé des "graviers" solides. La fluidalité est déviée et se moule sur ces graviers préexistants. Il s'agit d'une analogie "magmatique" de la déviation de la foliation

Figure 7 - Lame mince de dolérites (Douarnenez, Bretagne)

Un cristal de pyroxène observé en lumière polarisante apparaît avec une couleur cyan.
Des cristaux de plagioclase forment des baguettes blanches.

Des baguettes de plagioclase sont incluses dans un cristal de pyroxène.
Les plagioclases sont plus anciens que les pyroxènes.
Figure 8 – Granite de Flamanville (Manche, France

Gros galet de granite contenant un filon de granite clair à grains fins et un fragment de sédiment métamorphisé.

Le fragment de sédiment métamorphisé est inclus dans le granite à gros grains, il est plus ancien.

Le filon d'aplite (granite à grains fins) recoupe le granite et son enclave (sédiments métamorphisés).

Le filon est plus jeune que le granite, lui-même plus jeune que l'enclave.
Figure 9 - Lame mince de gneiss des monts du Lyonnais

On observe un cristal de disthène (silicate d'alumine de formule Al2SiO5) recouvert de fibres de sillimanite (silicate d'alumine de formule Al2SiO5).

Les aiguilles de sillimanite forment une auréole autour du cristal de disthène. Ici, l’auréole est plus récente que le cristal de disthène car la sillimanite s’est formée au dépend du disthène.
Le disthène de haute pression est donc antérieur à la sillimanite de haute température.

Figure 10a – Appalaches (Gaspésie, Québec)

Faille qui met en contact deux ensembles de roches de composition différente dans des couches ordoviciennes.

La faille est donc postérieure aux dépôts de l'Ordovicien.

Figure 10b – Conglomérats du Pléistocène et de l’Holocène (Djibouti)

Dans cette succession de strates sédimentaires, les strates conglomératiques du Pléistocène présentent une faille normale alors que les glacis conglomératiques de l’Holocène (base du glacis constituée de galets basaltiques gris) ne sont pas affectés par la faille.

La faille est donc postérieure aux dépôts pléistocène et antérieure aux dépôts holocène.
Chronologie :
- Conglomérats pléistocène
- Faille
- Conglomérats holocène
Figure 11 – Calcaires plissés (Région des Appalaches)

Pli droit dans des strates calcaires datant de l’Ordovicien.

D’après le principe d’horizontalité, les sédiments calcaires se sont déposés horizontalement. Les strates ont donc été plissées postérieurement. Le plissement est plus récent que l’Ordovicien.
Figure 12- Falaise bordant le Canal de Corinthe (Grèce)

Exercice 1. Repérer les strates et les phénomènes tectoniques. Proposer une chronologie relative en montrant aussi les limites de cette .

Dans cette série sédimentaire pliocène, on observe une grande faille (a) recoupant l'ensemble de la photo. A gauche, une plus petite faille (b) ne recoupe que la moitié inférieure des couches. Cette faille (b) est interrompue par une surface de discordance (c) qui biseaute les couches inférieures. La discordance (c) recoupe la faille (b) mais est recoupée par la faille (a).

On peut proposer la chronologie suivante (du plus vieux au plus jeune)
1- dépôt des terrains sédimentaires en bas à gauche
2- faille (b) et basculement de ces terrains en bas à gauche
3- érosion
4- dépôt des terrains en haut à gauche, en discordance (c)
5- faille (a)
On ne peut pas faite de chronologie relative entre les terrains à gauche et à droite de la faille (a)
Figure 13 (ci-contre) - Section de bord de la route de Las Vegas à la Vallée de la Mort dans le Nevada (USA).

Au-dessous la photographie interprétée

Exercice 2. Repérer les strates et les phénomènes tectoniques. Proposer une chronologie relative en montrant les limites des principes de superposition et de recoupement.
Difficultés du principe de superposition : on observe une couche noire et brillante intercalée dans deux ensembles plus clairs (terrains volcano-sédimentaires). La couche noire et brillante est formée d'obsidienne.

Cela pourrait être une coulée d'obsidienne posée par dessus l'ensemble clair inférieur puis recouvert par l'ensemble clair supérieur. Mais on constate que l'obsidienne a modifié ( métamorphisé) les terrains volcano-sédimentaires environnants, en les rendant marron. Il s'agit donc d'un filon intrusif dans les terrains volcano-sédimentaires et qui leur est donc postérieur. L'ensemble est recouvert par une coulée de lave postérieure.