Morphology, lateral evolution and geodynamic significance of sedimentary discontinuities. Example from the western margin of the “Bassin du Sud-Est” (France).
Morphologie, évolution latérale et signification géodynamique des discontinuités sédimentaires. Exemple de la marge Ouest du Bassin du Sud-Est (France)
Résumé
In the Lodève region (« Caussenard High », southwestern margin of the South-East Basin), liasic deposits are composed of peritidal dolomitic facies of Hettangian age, overlained by Sinemurian shallow water carbonate ramp deposits, capped by a major hardground. A major change in sedimentation then occurred, with the development of black marls typical of deep water conditions. Detailed descriptions of eleven field sections, including a precise analysis of the sedimentary facies and of their organisation has enabled us to show that this sinemurian series can be divided in two sedimentary groups, corresponding to two types of shallow platforms.
The first group is mainly composed of low-energy facies (tidal flat and lagoonal facies). The second one is characterized by the absence of dolomitic tidal flat facies and by the increase of opened and external facies. The facies partitioning has shown that lateral facies changes occur rapidly over very short distances (100s of meter). Moreover, no consistent landward or seaward direction seems to be indicated by the pattern of facies changes. It is thus impossible to rationalise the studied facies within a traditional shoreline model as previously proposed for this region. We suggest a new carbonate platform model, based on the observations presented in this paper (Fig.11). The Lodève region platform is hence envisaged to have been a “mosaic” of shallow, intertidal to supratidal “islands” between which restricted subtidal or open conditions could coexist over very short distances (hundreds of meter). The local tectonic setting, characterized by numerous synsedimentary faults (SW-NE and NW-SE), seems to locally control the sedimentation, by defining parts of the basement on which shallow, peritidal facies are able to develop, and subsiding parts where subtidal facies occur.
Numerous sedimentary discontinuities developed in this particular setting. On the basis of several universally applicable criteria (geometry, morphology biological activity, mineralization, early diagenesis...), four groups of surfaces have been identified : 1) emersion surfaces (karstic surfaces, palaeosoils, desiccation cracks) ; 2) condensation surfaces (softgrounds, firmgrounds, different types of hardgrounds) ; 3) Submarine erosion surface ; 4) “polyphase surfaces” which exhibit emersion, erosion and condensation criteria. Detailed sedimentological study has enabled us to show the lateral continuity of these surfaces, and their morphological variations. The vertical distribution of surface types in the studied sections has also been discussed, and compared with the sequential framework.
Correlations between “Caussenard high”, “ardèche” paleomargin of the subalpine basin” and Sologne paleomargin of the Paris basin, have enabled us to distinguish major discontinuities. Lotharingian hardgound of the “Caussenard high” series seems to record a regional tectonic event, known as Lotharingian crisis and observed in the Causses Basin, the Quercy or the Paris Basin. The Hettangian-Sinemurian transition, well-known in the Paris Basin, could be more enigmatic in the Caussenard High series, consisting of a repetition of karstic surfaces in the dolomitic series.
The first group is mainly composed of low-energy facies (tidal flat and lagoonal facies). The second one is characterized by the absence of dolomitic tidal flat facies and by the increase of opened and external facies. The facies partitioning has shown that lateral facies changes occur rapidly over very short distances (100s of meter). Moreover, no consistent landward or seaward direction seems to be indicated by the pattern of facies changes. It is thus impossible to rationalise the studied facies within a traditional shoreline model as previously proposed for this region. We suggest a new carbonate platform model, based on the observations presented in this paper (Fig.11). The Lodève region platform is hence envisaged to have been a “mosaic” of shallow, intertidal to supratidal “islands” between which restricted subtidal or open conditions could coexist over very short distances (hundreds of meter). The local tectonic setting, characterized by numerous synsedimentary faults (SW-NE and NW-SE), seems to locally control the sedimentation, by defining parts of the basement on which shallow, peritidal facies are able to develop, and subsiding parts where subtidal facies occur.
Numerous sedimentary discontinuities developed in this particular setting. On the basis of several universally applicable criteria (geometry, morphology biological activity, mineralization, early diagenesis...), four groups of surfaces have been identified : 1) emersion surfaces (karstic surfaces, palaeosoils, desiccation cracks) ; 2) condensation surfaces (softgrounds, firmgrounds, different types of hardgrounds) ; 3) Submarine erosion surface ; 4) “polyphase surfaces” which exhibit emersion, erosion and condensation criteria. Detailed sedimentological study has enabled us to show the lateral continuity of these surfaces, and their morphological variations. The vertical distribution of surface types in the studied sections has also been discussed, and compared with the sequential framework.
Correlations between “Caussenard high”, “ardèche” paleomargin of the subalpine basin” and Sologne paleomargin of the Paris basin, have enabled us to distinguish major discontinuities. Lotharingian hardgound of the “Caussenard high” series seems to record a regional tectonic event, known as Lotharingian crisis and observed in the Causses Basin, the Quercy or the Paris Basin. The Hettangian-Sinemurian transition, well-known in the Paris Basin, could be more enigmatic in the Caussenard High series, consisting of a repetition of karstic surfaces in the dolomitic series.
La série liasique du Seuil Caussenard, située sur la marge Sud-Ouest du Bassin du Sud-Est Français est constituée de dépôts dolomitiques hettangiens épais, suivis de faciès à dominante calcaire, d'âge Hettangien supérieur à Lotharingien. Cette série carbonatée est coiffée par un niveau condensé durci, associé à de l'érosion, qui marque la transition Lias calcaire – Lias marneux (Toarcien). Le levé banc par banc de onze coupes géologiques balayant l'intervalle Sinémurien s.l., a permis de montrer que cette série s'organise en deux ensembles sédimentaires correspondant à deux types de plates-formes carbonatées qui se relaient au cours du temps.
Le premier ensemble voit surtout se développer des faciès de faible énergie (de replat de marée, de lagune). Le second ensemble voit la disparition des faciès dolomitiques et la multiplication des faciès ouverts, profonds. L'étude régionale de la répartition latérale de ces faciès a montré des variations rapides et sur de très faibles distances (de la centaine de mètres au kilomètre). De plus, il s'avère impossible de définir une réelle polarité « amont-aval » entre une zone continentale et un domaine marin franc à l'échelle régionale et il est rapidement apparu comme impossible de hiérarchiser les faciès sédimentaires le long d'un profil de dépôts de plate-forme barrée classique. Nous proposons donc un nouveau modèle de dépôts basé sur ces observations. La région de Lodève est envisagée comme une mosaïque de zones hautes, très peu profondes, à caractère inter- à supratidal, entre lesquelles peuvent se développer des zones plus profondes, infralittorales à circalittorales. Le contexte tectonique local, caractérisé par la présence de nombreux réseaux de failles SW-NE et NW-SE, dont certaines ont joué de façon synsédimentaire, contrôle la formation de ces zones hautes et basses, et affecte la sédimentologie et l'épaisseur de la série du Lias calcaire.
Cette première phase de l'étude a permis de définir le contexte géodynamique régional, dans lequel se développent les nombreuses discontinuités sédimentaires. En se basant sur différents critères, d'ordre morphologique, biologique ou diagénétique, les discontinuités ont été classées en quatre grandes catégories : surfaces d'émersion (surfaces karstiques, paléosols, coupelles de dessiccation) ; niveaux de condensation de différents types (softgrounds, firmgrounds, différents types de hardgrounds) ; surfaces d'érosions sous-marines ; surfaces composites présentant en association des critères d'érosion, d'émersion et de condensation. L'étude sédimentologique et le découpage en unités génétiques ont permis de proposer des corrélations régionales dans ces dépôts du Lias et d'examiner le « comportement latéral » des différentes discontinuités limitant ces unités (continuité, changement de morphologie ou de nature, maturité, etc...). Il a également été possible de discuter de leur répartition verticale dans la série en fonction du cadre séquentiel et suivant le contexte paléotopographique et tectonique local.
Les corrélations réalisées entre la série du Seuil Caussenard, la marge Ardéchoise et la marge de Sologne (Bassin de Paris) ont enfin permis de déterminer l'existence de discontinuités majeures. Le hardground au sommet du Lotharingien marque un évènement tectonique pluri-régional (connu sous le nom de crise Lotharingienne) enregistré dans les Causses, le Quercy ou encore le Bassin de Paris. La transition Hettangien-Sinémurien bien visible dans le Bassin de Paris ne se marque, sur le Seuil Caussenard, que par un « niveau diagnostique », au sein duquel s'observent plusieurs surfaces karstiques.
Le premier ensemble voit surtout se développer des faciès de faible énergie (de replat de marée, de lagune). Le second ensemble voit la disparition des faciès dolomitiques et la multiplication des faciès ouverts, profonds. L'étude régionale de la répartition latérale de ces faciès a montré des variations rapides et sur de très faibles distances (de la centaine de mètres au kilomètre). De plus, il s'avère impossible de définir une réelle polarité « amont-aval » entre une zone continentale et un domaine marin franc à l'échelle régionale et il est rapidement apparu comme impossible de hiérarchiser les faciès sédimentaires le long d'un profil de dépôts de plate-forme barrée classique. Nous proposons donc un nouveau modèle de dépôts basé sur ces observations. La région de Lodève est envisagée comme une mosaïque de zones hautes, très peu profondes, à caractère inter- à supratidal, entre lesquelles peuvent se développer des zones plus profondes, infralittorales à circalittorales. Le contexte tectonique local, caractérisé par la présence de nombreux réseaux de failles SW-NE et NW-SE, dont certaines ont joué de façon synsédimentaire, contrôle la formation de ces zones hautes et basses, et affecte la sédimentologie et l'épaisseur de la série du Lias calcaire.
Cette première phase de l'étude a permis de définir le contexte géodynamique régional, dans lequel se développent les nombreuses discontinuités sédimentaires. En se basant sur différents critères, d'ordre morphologique, biologique ou diagénétique, les discontinuités ont été classées en quatre grandes catégories : surfaces d'émersion (surfaces karstiques, paléosols, coupelles de dessiccation) ; niveaux de condensation de différents types (softgrounds, firmgrounds, différents types de hardgrounds) ; surfaces d'érosions sous-marines ; surfaces composites présentant en association des critères d'érosion, d'émersion et de condensation. L'étude sédimentologique et le découpage en unités génétiques ont permis de proposer des corrélations régionales dans ces dépôts du Lias et d'examiner le « comportement latéral » des différentes discontinuités limitant ces unités (continuité, changement de morphologie ou de nature, maturité, etc...). Il a également été possible de discuter de leur répartition verticale dans la série en fonction du cadre séquentiel et suivant le contexte paléotopographique et tectonique local.
Les corrélations réalisées entre la série du Seuil Caussenard, la marge Ardéchoise et la marge de Sologne (Bassin de Paris) ont enfin permis de déterminer l'existence de discontinuités majeures. Le hardground au sommet du Lotharingien marque un évènement tectonique pluri-régional (connu sous le nom de crise Lotharingienne) enregistré dans les Causses, le Quercy ou encore le Bassin de Paris. La transition Hettangien-Sinémurien bien visible dans le Bassin de Paris ne se marque, sur le Seuil Caussenard, que par un « niveau diagnostique », au sein duquel s'observent plusieurs surfaces karstiques.