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Doc. Lab. Géol. Lyon, n° 134

 

F. GIRAUD (1995) - Recherche des périodicités astronomiques et des
fluctuationsdu niveau marin à partir de l'étude du signal carbonaté
des séries pélagiques alternantes. Application au Crétacé inférieur
du Sud-Est de la France (bassin vocontien),de l'Atlantique
central (site 534 DSDP) et du golfe du Mexique (site 535 DSDP).
279 p., 104 fig., 16 tabl.


Résumé

Mots-clés : alternances calcaire-marne, analyse spectrale, cycles carbonatés, paramètres orbitaux, analyse d'images, flux linéaire, signal eustatique, bassin vocontien, Atlantique Central, golfe du Mexique.

Les alternances calcaire-marne d'âge crétacé inférieur des sites océaniques DSDP 534 (Atlantique Central) et 535 (golfe du Mexique) et du bassin vocontien (Sud-Est de la France), représentant de beaux exemples de cycles de productivité du carbonate de calcium, ont été choisies comme cadre d'étude pour démontrer :
- le lien entre les variations cycliques de la teneur en CaCO3 et les paramètres orbitaux (Crétacé inférieur vocontien) ;
- le lien entre les variations relatives des "flux de matière" et les fluctuations du niveau marin relatif (Crétacé inférieur des sites DSDP et du bassin vocontien).

Pour mener à bien ce travail, deux techniques d'étude : l'analyse spectrale et le traitement d'images, ont été utilisées.

L'analyse spectrale des fluctuations de la teneur en CaCO3 pour l'intervalle Berriasien-Barrémien de la série d'Angles-Vergons (bassin vocontien) a permis de mettre en évidence :
- la présence de cycles carbonatés significatifs dont les périodicités sont situées en majorité dans la bande de fréquence de Milankovitch ; le signal le plus clairement enregistré est le cycle de l'obliquité ;
- une caractérisation du passage des alternances à dominante calcaire aux alternances à dominante marneuse par une augmentation du taux de sédimentation et un changement dans l'enregistrement du signal astronomique apparent : le signal de la précession est prépondérant dans les formations à dominante calcaire alors que celui de l'obliquité ressort le plus nettement dans les formations à dominante marneuse.

L'analyse d'images, appliquée aux photographies en noir et blanc de sédiments carottés alternants et montrant une bonne différenciation lithologique, comme ceux des sites DSDP 534 et 535, est une méthode rapide permettant d'exprimer les flux linéaires et leurs variations relatives avec une résolution temporelle de 300 000 à 500 000 ans (temps moyen de dépôt d'une carotte DSDP). Cette méthode n'est par contre pas applicable aux sédiments de la série vocontienne à l'affleurement. L'étude comparée des variations relatives des flux linéaires de matière dans les sites océaniques ne permet pas d'isoler un signal eustatique global continu mais est à même de faciliter la lecture de messages variés (eustatisme, climat, tectonique) enregistrés par les dépôts profonds dans les différents sites.

 

Abstract

Key words : limestone-marl alternations, spectral analysis, carbonate cycles, astronomical parameters, image analysis, linear sedimentary fluxes, sea level fluctuations, Vocontian trough, Central Atlantic, gulf of Mexico.

The Lower Cretaceous mart-limestone alternations of the DSDP Sites 534 (Central Atlantic) and 535(gulf of Mexico) and of the Vocontian trough (SE France) representing variations in carbonate productivity are chosen as the framework for a study of carbonate content fluctuations. The goal of the present work is to demonstrate :
- the connection between cyclic variations in carbonate content and astronomical parameters (Lower Cretaceous of the Vocontian trough) ;
- the connection between relative variations of sedimentary linear fluxes and sea level fluctuations (Lower Cretaceous of the DSDP Sites 534,, 535 and of the Vocontian trough).

For this, two specific methods have been developed : spectral analysis and image analysis.

Spectral analysis of carbonate content for the Berriasian-Barremian interval in the Vocontian trough, reveal :
- the presence of significant carbonate cycles linked to cyclic variations of the Earth's orbit. The result suggest that the obliquity cycle is the most clearly defined signal ;
- the transition from limestone-dominated alternations to marl-dominated alternations is characterized both by an increase in sedimentation rate and a change from the precession cycle being the dominant forcing factor in the calcareous part to the predominance of the obliquity cycle in the marly mart.

Image analysis was made from black and white core photographs. For deep-sea sediments containing high-frequency sedimentary cycles as sequences of DSDP site 534 and site 535, this processing appears as a relatively rapid and easy method, the sole available with this accuracy to determine the relative variations of linear sedimentary fluxes for prequaternary successions. The terrestrial vocontian succession investigated with this processing was not successful. By comparing the data in the DSDP sites, it is possible to detect common (eustacy, climate) and local factors (tectonic) which have controlled the material fluxes.

 

Sommaire

Introduction
I - Objet de l'étude
II - Cadre de l'étude
II-1 - Le bassin vocontien
II-2 - Les sites atlantiques
II-3 - Comparaisons des alternances pélagiques des sites atlantiques et vocontien
III - Origine des alternances calcaire-marne

Première partie : Contrôle astronomique de la sédimentation carbonatée du bassin vocontien (Crétacé inférieur, Sud-Est France)

Chapitre 1 - Contrôle astronomique des paléoclimats et cycles sédimentaires : généralités et méthodes d'étude
I - Généralités
I-1 - Historique
I-2 - La théorie astronomique des climats
I-3 - Application du concept de Milankovitch : identification des cycles orbitaux dans l'enregistrement sédimentaire
II - Méthode d'étude : l'analyse spectrale des séries stratigraphiques
II-1 - Conditions préalables pour l'application de l'analyse spectrale
II-2 - Les méthodes d'analyse spectrale

Chapitre 2 - Application : recherche de périodicités astronomiques dans la sédimentation carbonatée du bassin vocontien (Crétacé inférieur, Sud-Est France)
I - Présentation des coupes étudiées
I-1 - Lithologie et paléontologie
I-2 - Limites stratigraphiques et taux de sédimentation
II - Méthodes d'étude
II-1 - Indicateur climatique utilisé : la teneur en carbonate
II-2 - Analyse spectrale
III - Résultats
III-1 - L'intervalle stratigraphique Berriasien-Barrémien dans son ensemble
III-2 - Analyse spectrale des données intégrées (lithologie-calcimétrie) - Application et résultats pour chaque étage de l'intervalle Berriasien-Barrémien
IV - Discussion

Deuxième partie : Détermination des variations relatives des "flux de matière" dans les séries atlantiques et vocontienne. Application pour une recherche des fluctuations de niveau marin en domaine pélagique

Chapitre 1 - Quantification des "flux de matière" - Mise au point méthodologique
I - Traitement par l'analyse d'images
I-1 - Introduction
I-2 - Méthode utilisée pour les sédiments carottés des sites atlantiques
I-3 - Méthode utilisée pour les sédiments du bassin vocontien

Chapitre 2 - Application - Recherche de signal eustatique par l'étude des variations relatives des "flux de matière" dans les sédiments pélagiques alternants du Crétacé inférieur des sites DSDP 535 (Golfe du Mexique), 534 (Atlantique central) et du bassin vocontien (Sud-Est de la France)
I - Application de la méthode - Résultats
I-1 - Application aux sites DSDP 535 (Golfe du Mexique) pour l'intervalle Valanginien-Hauterivien et 534 (Atlantique central) pour l'intervalle Tithonique supérieur-Aptien inférieur
I-2 - Application à la série d'Angles-Vergons (bassin vocontien) pour l'intervalle Berriasien-Barrémien
II - Conclusions

Conclusion générale
I - Analyse spectrale de l'enregistrement carbonaté
II - Quantification des variations relatives des "flux de matière"

Références bibliographiques
Table des illustrations
Annexes