Academic literature on the topic 'Roches carbonatées Roches'

Greenstone belts are long, curvilinear accumulations of mainly volcanic rocks within Archean granite−greenstone terranes, and are subdivided into two geochemical types: komatiite−tholeiite sequences and bimodal sequences. In rare instances where basement is preserved, the basement is unconformably overlain by platform to rift sequences consisting of quartzite, carbonate, komatiite and/or tholeiite. The komatiite−tholeiite sequences consist of km-scale thicknesses of tholeiites, minor intercalated komatiites, and smaller volumes of felsic volcanic rocks. The bimodal sequences consist of basal tholeiitic flows succeeded upward by lesser volumes of felsic volcanic rocks. The two geochemical types are unconformably overlain by successor basin sequences containing alluvial–fluvial clastic metasedimentary rocks and associated calc-alkaline to alkaline volcanic rocks. Stratigraphically controlled geochemical sampling in the bimodal sequences has shown the presence of Fe-enrichment cycles in the tholeiites, as well as monotonous thicknesses of tholeiitic flows having nearly constant MgO, which is explained by fractionation and replenishment of the magma chamber with fresh mantle-derived material. Geochemical studies reveal the presence of boninites associated with the komatiites, in part a result of alteration or contamination of the komatiites. Within the bimodal sequences there are rare occurrences of adakites, Nb-enriched basalts and magnesian andesites. The greenstone belts are engulfed by granitoid batholiths ranging from soda-rich tonalite−trondhjemite−granodiorite to later, more potassic granitoid rocks. Archean greenstone belts exhibit a unique structural style not found in younger orogens, consisting of alternating granitoid-cored domes and volcanic-dominated keels. The synclinal keels are cut by major transcurrent shear zones. Metamorphic patterns indicate that low pressure metamorphism of the greenstones is centred on the granitoid batholiths, suggesting a central role for the granitoid rocks in metamorphosing the greenstones. Metamorphic patterns also show that the proportion of greenstones in granite−greenstone terranes diminishes with deeper levels of exposure. Evidence is presented on both sides of the intense controversy as to whether greenstone belts are the product of modern plate tectonic processes complete with subduction, or else the product of other, lateral tectonic processes driven by the ‘mantle wind.’ Given that numerous indicators of plate tectonic processes – structural style, rock types, and geochemical features − are unique to the Archean, it is concluded that the evidence is marginally in favour of non-actualistic tectonic processes in Archean granite−greenstone terranes.RÉSUMÉLes ceintures de roches vertes sont des accumulations longiformes et curvilinéaires, principalement composées de roches volcaniques au sein de terranes granitique archéennes, et étant subdivisées en deux types géochimiques: des séquences à komatiite–tholéite et des séquences bimodales. En de rares occasions, lorsque le socle est préservé, ce dernier est recouvert en discordance par des séquences de plateforme ou de rift, constituées de quartzite, carbonate, komatiite et/ou de tholéiite. Les séquences de komatiite-tholéiite forment des épaisseurs kilométriques de tholéiite, des horizons mineurs de komatiites, et des volumes de moindre importance de roches volcaniques felsiques. Les séquences bimodales sont constituées à la base, de coulées tholéiitiques surmontées par des volumes mineurs de roches volcaniques felsiques. Ces deux types géochimiques sont recouverts en discordance par des séquences de bassins en succession contenant des roches métasédimentaires clastiques fluvio-alluvionnaires associées à des roches volcaniques calco-alcalines à alcalines. Un échantillonnage à contrôle stratigraphique des séquences bimodales a révélé la présence de cycles d’enrichissement en Fe dans les tholéiites, ainsi que des épaisseurs continues d’épanchements tholéiitiques ayant des valeurs presque constante en MgO, qui s’explique par la cristallisation fractionnée et le réapprovisionnement de la chambre magmatique par du matériel mantélique. Les études géochimiques montrent la présence de boninites associées aux komatiites, résultant en partie de l’altération ou de la contamination des komatiites. Au sein des séquences bimodales, on retrouve en de rares occasions des adakites, des basaltes enrichis en Nb et des andésites magnésiennes. Les ceintures de roches vertes sont englouties dans des batholites granitoïdes de composition passant des tonalites−trondhjémites−granodiorites enrichies en sodium, à des roches granitoïdes tardives plus potassiques. Les ceintures de roches vertes archéennes montrent un style structural unique que l’on ne retrouve pas dans des orogènes plus jeunes, et qui est constitué d’alternances de dômes à cœur granitoïdes et d`affaissements principalement composés de roches volcaniques. Les synclinaux formant les affaissements sont recoupés par de grandes zones de cisaillement. Les profils métamorphiques indiquent que le métamorphisme de basse pression des roches vertes est centré sur les batholites, indiquant un rôle central des roches granitoïdes durant le métamorphisme des roches vertes. Les profils métamorphiques montrent également que la proportion de roches vertes dans les terranes granitiques diminue avec l’exposition des niveaux plus profonds. On présente les arguments des deux côtés de l’intense controverse voulant que les ceintures de roches vertes soient le produit de processus moderne de la tectonique des plaques incluant la subduction, ou alors le produit d’autres processus tectoniques découlant du « flux mantélique ». Étant donné la présence des indicateurs des processus de tectonique des plaques – style structural, les types de roches, et les caractéristiques géochimiques – ne se retrouvent qu’à l’Archéen, nous concluons que les indices favorisent légèrement l’option de processus tectoniques non-actuels dans les terranes granitiques de roches vertes à l’Archéen.

The chemical and mineralogical analyses of the disaggregated material collected in the fracture planes of crystalline carbonate outcrops at three sites north of Trois-Rivières, Quebec, showed the formation of expanding phyllosilicates, smectite and vermiculite, mainly at the expense of the ferromagnesian minerals hornblende and augite. The clay minerals are enriched in Fe and Mg with respect to the parent material composition and are associated with the crystalline Fe oxides goethite and lepidocrocite. The moderate to low degree of mineral transformation is accounted for by the slow dissolution of the carbonates. Corrensite, a regularly interstratified clay mineral, was identified in 50% of the samples; it probably resulted from the hydrothermal alteration of phlogopite. Silicate alteration may have been responsible for a fraction of the swelling minerals found in the soils of the area.

RésuméLa déglaciation du secteur nord du lac Témiscamingue est précisée par une étude sédimentologique. Deux séquences varvaires, situées à PE du lac et distantes de 10 km sont corrélées grâce aux variations de l'épaisseur des lits d'été et de la teneur en carbonate du dépôt qui est commandée par la quantité de silt : 5,5 fois plus de silt et 3,7 fois plus de carbonate dans les lits d'été que dans les lits d'hiver. Néanmoins, la fraction carbonatée augmente dans le temps sans variation significative du pourcentage de silt. La présence tardive d'un lobe glaciaire centré sur le lambeau de roches paléozoïques du fossé tectonique du Témiscamingue s'harmoniserait donc avec la disposition spatiale des deux séquences varvaires et expliquerait l'augmentation de la teneur en carbonate. La corrélation probable de ces séquences varvaires avec celles des séries Temiscaming B4 et C4 d'Antevs confirmerait la présence tardive de glace dans le secteur. La dispersion des galets de roches paléozoïques dans les segments de la Moraine de Laverlochère permet, par ailleurs, de démontrer un faible transport glaciaire vers PE (secteur N) et vers le SE (secteur SE), confirmé par la bimodalité des teneurs en carbonate dans les fractions plus fines des accumulations granulaires. Cependant, dans les accumulations situées à PE, on note une dispersion des paléocourants, la présence exclusive de galets précambriens et un faible pourcentage de débris carbonates dans les fractions fines. Les segments orientaux et subméridiens de la Moraine de Laverlochère s'apparentent donc tout autant aux trains d'eskers régionaux qu'à une limite d'arc morainique. Irrégularité de la marge glaciaire et ralentissement du retrait sont deux phénomènes caractéristiques du recul de l'inlandsis dans la région, à l'Holocène inférieur.

Comprendre la dynamique de soulèvement d'une chaîne de montagne nécessite d'en estimer l'altitude passée. C'est le but de la paléoaltimétrie. La méthode la plus répandue utilise la composition isotopique en oxygène des roches carbonatées formées dans les sols et à partir des sédiments lacustres. Celle-ci reflète la composition de la pluie passée qui, dans le monde actuel et dans la plupart des chaînes de montagnes, s'appauvrit progressivement en isotopes lourds avec l'altitude. En supposant que cet appauvrissement reste valide dans le passé, l'altitude du plateau tibétain à l'Éocène (il y a environ 42 millions d'années) est estimée à 4 000 m environ. Mais d'autres marqueurs de l'altitude passée indiquent au contraire des altitudes inférieures à 2 000 m. La relation entre composition isotopique des pluies et altitude observée aujourd'hui s'applique-t-elle à l'Éocène ? C'est ce que nous avons essayé de vérifier en utilisant un modèle de circulation générale atmosphérique, LMDZ-iso. On trouve qu'à l'Éocène la circulation atmosphérique et les processus hydrologiques étaient tellement différents de l'actuel que les observations isotopiques dans les roches carbonatées se trouvent finalement être cohérentes avec des altitudes relativement faibles. Les différentes méthodes de paléo-altimétrie se retrouvent ainsi réconciliées et en accord avec un soulèvement récent (post-Éocène) du plateau tibétain. Understanding the uplift dynamics of a mountain range requires estimating past altitude. This is the purpose of the paleo-altimetry. The most commonly applied paleo-altimetry method is based on the isotopic oxygen composition of the carbonate archives. It reflects the composition of past rain, which at present-day and in the most mountain ranges becomes progressively more depleted in heavy isotopes with altitude. Assuming that this depletion remains valid in the past, the elevation of the Tibetan Plateau in the Eocene (about 42 millions years ago) is estimated to be about 4 000 m. However, other proxy data indicate on the contrary low altitudes. Is the relationship between the rain isotopic composition and the altitude that is observed today applicable to the Eocene? This is what we tried to verify using an atmospheric general circulation model, LMDZ-iso. We find that in the Eocene, the atmospheric circulation and hydrological processes were so different to the present-day that the isotopic observations in the Eocene carbonates are actually consistent with relatively low altitudes of the Plateau. This allows us to reconcile different methods of paleo-altimetry in agreement with more recent (post-Eocene) uplift of the Tibetan Plateau.

We examined the temporal and spatial relations of rock units within the Western Cordillera of Peru where two Cretaceous basins, the Huarmey-Cañete and the West Peruvian Trough, were considered by previous workers to represent western and eastern parts respectively of the same marginal basin. The Huarmey-Cañete Trough, which sits on Mesoproterozoic basement of the Arequipa block, was filled with up to 9 km of Tithonian to Albian tholeiitic–calc-alkaline volcanic and volcaniclastic rocks. It shoaled to subaerial eastward. At 105–101 Ma the rocks were tightly folded and intruded during and just after the deformation by a suite of 103 ± 2 Ma mafic intrusions, and later in the interval 94–82 Ma by probable subduction-related plutons of the Coastal batholith. The West Peruvian Trough, which sits on Paleozoic metamorphic basement, comprised a west-facing siliciclastic-carbonate platform and adjacent basin filled with up to 5 km of sandstone, shale, marl and thinly bedded limestone deposited continuously throughout the Cretaceous. Rocks of the West Peruvian Trough were detached from their basement, folded and thrust eastward during the Late Cretaceous–Early Tertiary. Because the facies and facing directions of the two basins are incompatible, and their development and subjacent basements also distinct, the two basins could not have developed adjacent to one another. Based on thickness, composition and magmatic style, we interpret the magmatism of the Huarmey-Cañete Trough to represent a magmatic arc that shut down at about 105 Ma when the arc collided with an unknown terrane. We relate subsequent magmatism of the early 103 ± 2 Ma syntectonic mafic intrusions and dyke swarms to slab failure. The Huarmey-Cañete-Coastal batholithic block and its Mesoproterozoic basement remained offshore until 77 ± 5 Ma when it collided with, and was emplaced upon, the partially subducted western margin of South America to form the east-vergent Marañon fold–thrust belt. A major pulse of 73–62 Ma plutonism and dyke emplacement followed terminal collision and is interpreted to have been related to slab failure of the west-dipping South American lithosphere. Magmatism, 53 Ma and younger, followed terminal collision and was generated by eastward subduction of Pacific oceanic lithosphere beneath South America. Similar spatial and temporal relations exist over the length of both Americas and represent the terminal collision of an arc-bearing ribbon continent with the Americas during the Late Cretaceous–Early Tertiary Laramide event. It thus separated long-standing westward subduction from the younger period of eastward subduction characteristic of today. We speculate that the Cordilleran Ribbon Continent formed during the Mesozoic over a major zone of downwelling between Tuzo and Jason along the boundary of Panthalassic and Pacific oceanic plates.SOMMAIRENous avons étudié les relations spatiales et temporales des unités de roches dans la portion ouest de la Cordillère du Pérou, où deux bassins crétacés, la fosse d’accumulation de Huarmey-Cañete et la fosse d’accumulation péruvienne de l’ouest, ont été perçues par des auteurs précédents comme les portions ouest et est d’un même bassin de marge. La fosse de Huarmey-Cañete, qui repose sur le socle mésoprotérozoïque du bloc d’Arequipa, a été comblée par des couches de roches volcaniques tholéitiques – calco-alcalines de l’Albien au Thithonien atteignant 9 km d’épaisseur. Vers l’est, l’ensemble a fini par former des hauts fonds. Vers 105 à 101 Ma, les roches ont été plissées fortement puis recoupées par une suite d’intrusions vers 103 ± 2 Ma, durant et juste après la déformation, et plus tard dans l’intervalle 94 – 82 Ma, probablement par des plutons de subduction du batholite côtier. Quant à la fosse d’accumulation péruvienne de l’ouest, elle repose sur un socle métamorphique paléozoïque, et elle est constituée d’une plateforme silicoclastique – carbonate à pente ouest et d’un bassin contigu comblé par des grès, des schistes, des marnes et des calcaires finement laminés atteignant 5 km d’épaisseur et qui se sont déposés en continu durant tout le Crétacé. Les roches de la fosse d’accumulation péruvienne de l’ouest ont été décollées de leur socle, plissées et charriées vers l’est durant la fin du Crétacé et le début du Tertiaire. Parce que les facies et les profondeurs de sédimentation de ces deux fosses d’accumulation dont incompatibles, et que leur développement et leur socle sont différents, ces deux fosses ne peuvent pas s’être développées côte à côte. À cause de l’épaisseur accumulée, de sa composition et du style de son magmatisme, nous pensons que la fosse d’accumulation de Huarmey-Cañete représente un arc magmatique qui s’est éteinte vers 105 Ma, lorsque l’arc est entré en collision avec un terrane inconnu. Nous pensons que le magmatisme subséquent aux premières intrusions mafiques syntectoniques et aux réseaux de dykes de 103 ± 2 Ma sont à mettre au compte d’une rupture de plaque. Le bloc Huarmey-Cañete-batholitique côtier et son socle mésoprotérozoïque sont demeurés au large jusqu’à 77 ± 5 Ma, moment où il est entré en collision et a été poussé par-dessus la marge ouest sud-américaine partiellement subduite, pour ainsi former la zone de chevauchement de vergence est de Marañon. Nous croyons que la séquence majeure de plutonisme et d’intrusion de dykes qui a succédé à la collision finale à 73–62 Ma doit être reliée à une rupture de la plaque lithosphérique sud-américaine à pendage ouest. Le magmatisme de 53 Ma et plus récent qui a succédé à la collision finale, a été généré par la subduction vers l’est de la lithosphère océanique du Pacifique sous l’Amérique du Sud. Des relations temporelles et spatiales similaires qui existent tout le long des deux Amériques représentent la collision terminale d’un ruban continental d’arcs avec les Amériques durant la phase tectonique laramienne de la fin du Crétacé–début du Tertiaire. Elle a donc séparé la subduction vers l’ouest de longue date de la période de subduction vers l’est plus jeune caractérisant la situation actuelle. Nous considérons que le ruban continental de la Cordillère s’est constitué durant le Mésozoïque au-dessus d’une zone majeure de convection descendante entre Tuzo et Jason, le long de la limite entre les plaques océaniques Panthalassique et Pacifique.

Recently gathered stratigraphic and U–Pb geochronological data indicate that the pre-Triassic rocks of the Grand Manan Terrane on the eastern side of Grand Manan Island can be divided into: (1) Middle Neoproterozoic (late Cryogenian) quartzose and carbonate sedimentary sequences (The Thoroughfare and Kent Island formations); (2) a Late Neoproterozoic (early Ediacaran) volcanic-arc sequence (Ingalls Head Formation); and (3) Late Neoproterozioc (mid- Ediacaran) to earliest Cambrian (early Terreneuvian) sedimentary and volcanic-arc sequences (Great Duck Island, Flagg Cove, Ross Island, North Head, Priest Cove, and Long Pond Bay formations). A comparison to Precambrian terranes on the New Brunswick mainland (Brookville and New River terranes) and in adjacent Maine (Islesboro Terrane) suggests that the sedimentary and volcanic sequences of the Grand Manan Terrane were deposited on the continental margin of a Precambrian ocean basin that opened during the breakup of Rodinia in the Middle Neoproterozoic (Cryogenian) and closed by the Early Cambrian (Terreneuvian) with the final assembling of Gondwana. Rifting associated with the initial opening of the Paleozoic Iapetus Ocean began in the Late Neoproterozoic (late Ediacaran) and so overlapped in time with the closing of the Precambrian Gondwanan ocean. The southeastern margin of the Iapetus Ocean is defined by thick sequences of quartz-rich Cambrian sediments (within the St. Croix and Miramichi terranes of New Brunswick) that were largely derived from recycling of Precambrian passive-margin sedimentary rocks preserved in the Grand Manan and Brookville terranes of New Brunswick and in the Islesboro Terrane of Maine. These Precambrian terranes are interpreted to represent dextrally displaced basement remnants of the Gondwanan continental margin of Iapetus, consistent with the model of a two-sided Appalachian system proposed by Hank Williams in 1964 based on his work in Newfoundland.SOMMAIREDes données stratigraphiques et géochronologiques U–Pb obtenues récemment indiquent que les roches prétriasiques du terrane de Grand Manan du côté est de l’île Grand Manan peuvent être répartis en: 1) séquences sédimentaires quartzeuses et carbonatées du Néoprotérozoïque moyen (Cryogénien tardif) (formations de Thoroughfare et de Kent Island); 2) séquence d’arc volcanique du Néoprotérozoïque tardif (Édiacarien précoce) (formation d’Ingalls Head); 3) séquences sédimentaires et d’arc volcanique du Néoprotérozoïque tardif (milieu de l’Édiacarien) au tout début du Cambrien (Terreneuvien précoce) (formations de Great Duck Island, Flagg Cove, Ross Island, North Head, Priest Cove et Long Pond Bay). Une comparaison avec des terranes du Précambrien dans la partie continentale du Nouveau-Brunswick (terranes de Brookville et New River) et dans le Maine adjacent (terrane d’Islesboro) semble indiquer que les séquences sédimentaires et volcaniques du terrane de Grand Manan se sont déposées sur la marge continentale d’un bassin océanique précambrien qui s’est ouvert durant la fracturation de la Rodinia au Néoprotérozoïque moyen (Cryogénien) et s’est fermé au Cambrien précoce (Terreneuvien) avec l’assemblage final du Gondwana. La distension continentale associée à l’ouverture initiale de l’océan Iapetus au Paléozoïque a commencé au Néoprotérozoïque tardif (Édiacarien tardif) et a donc partiellement coïncidé avec la fermeture de l’océan précambrien du Gondwana. La marge sud-est de l’océan Iapetus est définie par d’épaisses séquences de sédiments cambriens riches en quartz (dans les terranes de St. Croix et de Miramichi du Nouveau-Brunswick) issus en grande partie du recyclage de roches sédimentaires de la marge continentale passive du Précambrien préservées dans les terranes de Grand Manan et de Brookville au Nouveau-Brunswick et dans le terrane d’Islesboro dans le Maine. Ces terranes précambriens sont interprétés comme la représentation de vestiges, ayant subi un déplacement dextre, du socle de la marge continentale gondwanienne de l’océan Iapetus, ce qui concorde avec le modèle d’un système appalachien à deux côtés proposé par Hank Williams en 1964 sur la base de ses travaux à Terre-Neuve.

Transform faults along the Iapetan rifted continental margin of Laurentia offset the continental rift and/or bound domains of oppositely dipping low-angle detachments. Rift-parallel and transform-parallel intracratonic fault systems extend into continental crust inboard from the rifted margin. Ages of synrift igneous rocks, ranging from 765 to 530 Ma, document non-systematic diachroneity of rifting along the Iapetan margin. Synrift sedimentary accumulations show abrupt variations in thickness across transform faults, and some concentrations of synrift igneous rocks are distributed along transform faults and transform-parallel intracratonic fault systems. The greatest thicknesses of Cambrian–Ordovician passive-margin shelf-carbonate deposits are along transform margins and in continental-margin basins along transform faults, as well as along transform-parallel intracratonic fault systems, indicating anomalously great post-rift thermal subsidence along transform faults. Along the Ordovician–Permian Appalachian-Ouachita orogenic belt, a diachronous array of synorogenic clastic wedges fills foreland basins, recording tectonic-load-driven flexural subsidence of the lithosphere. The greatest thicknesses of synorogenic clastic wedges of all ages are consistently in foreland basins along transform margins and inboard from intersections of transform faults with the rifted margin, indicating systematically weaker lithosphere along transform faults. The distinctive and pervasive properties and behaviour of the lithosphere along transform faults in successive tectonic settings suggest fundamental controls on tectonic inheritance at transform faults. Recent models for continental rifting incorporate ductile extension of the mantle lithosphere beneath brittle extension of the crust; the domain of ductile extension of the mantle lithosphere may reach significantly inboard from the rifted margin of the brittle crust, accounting for rift-parallel extensional faults in the crust inboard from the rifted margin. A transform offset of a rift in brittle crust requires a similar offset in ductile extension of the mantle lithosphere, leading to differential ductile flow on opposite sides of the transform and imparting a transform-parallel distributed-shear fabric. Transform-parallel distributed shear in the mantle lithosphere provides a mechanism for brittle transform-parallel fault systems in the continental crust. Studies of seismic anisotropy show fast directions parallel with transform faults, indicating systematic orientation of crystals through transform-parallel distributed shear in the mantle lithosphere.SOMMAIRELes failles transformantes le long de la marge continentale divergente japétienne de la Laurentie décalent le rift continental et/ou les domaines accrétés en des décollements à pendages opposés faibles. Des systèmes de failles intracratoniques parallèles au rift, et parallèles à la transformation, pénètrent vers l’intérieur de la croûte continentale à partir de la marge de rift. Les âges des roches ignées syn-rift, entre 765 Ma et 530 Ma, témoignent d’une activité de rifting diachronique non-systématique le long de la marge japétienne. Des empilements sédimentaires syn-rifts montrent des variations abruptes d’épaisseur d’une faille transformante à l’autre, et des concentrations de roches ignées syn-rifts se répartissent le long des systèmes de failles transformantes et de failles intracratoniques parallèles. Les accumulations les plus épaisses de carbonates de plateforme de marge continentale passive se trouvent le long des marges de cisaillement et dans les bassins de marge continentale le long de failles transformantes, de même qu’au long des systèmes de failles intracratoniques parallèles, évoquant une subsidence anormalement forte le long des failles transformantes. Le long de la bande orogénique ordovicienne-permienne Appalaches-Ouachita, une gamme diachronique de prismes clastiques synorogéniques remplit les bassins d’avant-pays, attestant d’une subsidence par flexure lithosphérique d’origine tectonique. Les plus grandes épaisseurs de prismes clastiques synorogéniques à tous les âges sont toujours situées dans les bassins d’avant-pays le long des marges transformantes, et vers l’intérieur, à partir des intersections des failles transformantes avec la marge de rift, indiquant une lithosphère systématiquement plus fragile le long des failles transformantes. Les propriétés particulières et le comportement généralisés de la lithosphère le long des failles transformantes dans les contextes tectoniques successifs sont la marque de contrôles fondamentaux sur l'héritage tectonique des failles transformantes. Les modèles récents de rifting continental comportent une extension ductile de la lithosphère mantellique sous l’extension cassante de la croûte; le domaine d'extension ductile de la lithosphère mantellique peut s’étendre significativement vers l’intérieur de la marge de divergence de la croûte cassante, d’où les failles d'extension parallèle au rift, à l’intérieur de la croûte de la marge de divergence. Un décalage de transformation de rift de la croûte comporte un décalage du même genre de l’extension ductile de la lithosphère mantellique, ce qui implique un différentiel de flux ductile sur les bords opposés de la transformation, d’où cette fabrique d’extension parallèle à la transformation. L’extension parallèle à la transformation de la lithosphère mantellique fournit un mécanisme qui explique les systèmes de failles transformantes parallèles dans la croûte continentale. Les études de l’anisotropie sismique montre les grandes vitesses de propagation parallèles aux failles de transformations, ce qui indique une orientation systématique des cristaux induite par une extension répartie selon les cassures transformantes dans la lithosphère mantellique.

The Damara Supergroup in Namibia and the Katanga Supergroup in the Central African Copperbelt (some 1000 km apart) are characterized by rock successions indicative of almost coeval orogenic evolution through phases of intracontinental rifting, spreading, continental rupture, subduction, ocean closure and continental collision in what appears to have been a single, elongate orogenic belt. Rifting began at about 880 Ma and lasted until about 800 or 756 Ma. Post-rift thermal sag and marine transgression produced the first correlatable stratigraphic units, the argillaceous Beesvlakte and Ore Shale Formations, in northern, carbonate-dominated platformal successions on the Damaran Northern Platform and the Katangan Lufilian Arc or Fold Belt, respectively. Sturtian (~735 Ma) and Marinoan (635 Ma) glacial units are common to both successions as well as syntectonic molasse sequences (~595–550 Ma). Continental collision occurred at about 542 Ma and the post-tectonic peak of regional metamorphism was at about 535–530 Ma. Mineral ages record cooling to about 460 Ma. The extensive occurrence of stratabound, but not stratiform, copper mineralization, evaporitic minerals, salt and thrust tectonics, syntectonic breccias, and intense alteration in the Lufilian Arc have no significant equivalents in the Northern Platform. However, the Beesvlakte Formation has both concordant and strongly discordant styles of copper mineralization and the mode of occurrence of mineralization in the Copperbelt can be a guide to exploration in Namibia.SOMMAIRELe Supergroupe de Damara en Namibie et le Supergroupe de Katanga de la bande cuprifère d’Afrique centrale (distant de 1 000 km) sont caractérisés par des successions de roches montrant une évolution orogénique presque contemporaines dans leurs phases de distension intracontinentale, d’expansion, de rupture continentale, de subduction, de fermeture océanique et de collision continentale, dans ce qui semble avoir été une seule et même bande orogénique étroite. La distension a débutée il y a environ 880 Ma et s’est prolongé jusqu’à 800 Ma ou 756 Ma. Le fléchissement thermique post-distension et la transgression marine ont donné les premières unités stratigraphiques corrélables, soit la Formation argileuse de Beesvlakte et la Formation de Ore Shale, de la portion nord des successions de plateforme principalement carbonatées sur la Plateforme nord de Damaran et de l’Arc ou de la bande plissée de Katangan Lufilian respectivement. Les unités glaciaires de Sturtian (~735 Ma) et de Marinoan (635 Ma) sont communes aux deux successions, tout comme les séquences de molasses syntectoniques (~595–550 Ma). La collision continentale s’est produite il y a environ 542 Ma et le pic post-tectonique de métamorphisme régional a eu lieu il y a environ 535 à 530 Ma. Selon les datations minérales, le refroidissement s’est produit il y a environ 460 Ma. La prépondérance du contexte stratoïde plutôt que stratiforme des minéralisations de cuivre, des minéraux d’évaporites, de sel et de tectonique de compression, de brèches syntectoniques, et d’altération intense dans l’Arc de Lufilian, n’a pas d’équivalent dans la plateforme du nord. Cependant, la Formation de Beesvlakte présente des minéralisations de cuivre qui sont ou concordantes, ou fortement discordantes, et le mode d’occurrence de la minéralisation dans le bande cuprifère peut servir de guide à l’exploration en Namibie.

The Elatina Fm. records the younger Cryogenian ice age in the Adelaide Rift Complex (ARC) of South Australia, which has long-held the position as the type region for this low-latitude glaciation. Building upon a legacy of work, we document the pre- and syn-glacial sedimentary rocks to characterize the dynamics of the glaciation across the ARC. The Elatina Fm. records an array of well-preserved glacial facies at many different water depths across the basin, including ice contact tillites, fluvioglacial sandstones, dropstone intervals, tidal rhythmites with combined-flow ripples, and turbidites. The underlying Yaltipena Fm. records the pro-glacial influx of sediment from encroaching land-based ice sheets. The onset of the glaciation is heralded by the major element ratios (Chemical Index of Alteration) of the pre-glacial facies across the platform that show a reduction in chemical weathering and a deterioration in climate towards the base of the Elatina Fm. The advancing ice sheets caused soft-sediment deformation of the beds below the glacial diamictite, including sub-glacial push structures, as well as sub-glacial erosion of the carbonate unit beneath. Measured stratigraphic sections across the basin show glacial erosion up to 130 m into the carbonate platform. However, δ13C measurements of carbonate clasts within the glacial diamictite units were used to assess provenance and relative timing of δ13C acquisition, and suggest that at least 500 m of erosion occurred somewhere in the basin. Detrital zircon provenance data from the Elatina Fm. suggest that glacial sediment may have been partially sourced from the cratons of Western Australia and that the Whyalla Sandstone, even if stratigraphically correlative, was not a sediment source. The remainder of the Elatina Fm. stratigraphy mostly records the deglaciation and can be divided into three facies: a slumped sandstone, dropstone diamictite, and current-reworked diamictite. The relative sea level fall within the upper Elatina Fm. requires that regional deglaciation occurred on the timescale of ice sheet – ocean gravitational interactions (instant) and/or isostatic rebound (~104 years). Structures previously interpreted as soft-sediment folds within the rhythmite facies that were used to constrain the low-latitude position of South Australia at the time of the Elatina glaciation are re-interpreted as stoss-depositional transverse ripples with superimposed oscillatory wave ripples. These combined-flow ripples across the ARC attest to open seas with significant fetch during the initial retreat of local glaciers. In addition, this interpretation no longer requires that the magnetization be syn-depositional, although we have no reason to believe that the low-latitude direction is a result of remagnetization, and positive reversal tests and tectonic fold tests are at least consistent with syn-depositional magnetization. Together, these paired sedimentological and chemostratigraphic observations reveal the onset of the glaciation and advance of the ice sheet from land to create a heavily glaciated terrain that was incised down to at least the base of the pre-glacial Trezona Fm.SOMMAIRELa Formation d’Elatina représente la phase précoce de l’âge glaciaire du Cryogénien de l’Adelaide Rift Complex (ARC) dans le sud de l’Australie, région qui a longtemps été la région type de cette glaciation de basse latitude. À partir d’un legs de travaux, nous nous sommes appuyés sur l’étude des roches sédimentaires préglaciaires et synglaciaires pour caractériser la dynamique de la glaciation à travers l’ARC. La Formation d’Elatina renferme une gamme de faciès glaciaires bien préservés correspondant à différentes profondeurs d’eau à travers le bassin, dont des tillites de contact glaciaire, des grès fluvioglaciaires, des intervalles à galets de délestage, des rythmites tidales avec des combinaisons de rides d’écoulement, et des turbidites. La Formation sous-jacente de Yaltipena est constituée de sédiments proglaciaires provenant de lentilles de glace en progression. Le début de la glaciation est reflété dans les ratios des éléments majeurs (indice d’altération chimique) des faciès préglaciaires de la plateforme qui montre une réduction de l’altération chimique et une détérioration du climat à l’approche de la base de la Formation d’Elatina. La progression des nappes de glace a entraîné une déformation des lits de sédiments meubles sous la diamictite glaciaire, montrant entre autres des structures de poussée sous-glaciaires ainsi que de l’érosion sous-glaciaire de l’unité de carbonate sous-jacente. Les mesures de coupes stratigraphiques à travers le bassin montrent que l’érosion glaciaire a enlevé jusqu’à 130 m du carbonate de la plateforme. Toutefois, les signatures isotopiques δ13C de fragments de carbonate dans les unités de diamictites glaciaires utilisées pour établir la provenance et la chronologie d’acquisition relative de la signature δ13C des fragments, permet de penser qu’il y a eu au moins 500 m d'érosion quelque part dans le bassin. Les données de provenance sur zircons détritiques de la Formation d’Elatina permettent de penser que les sédiments glaciaires provenaient partiellement des cratons de l'Australie occidentale et que le grès de la Formation de Whyalla, bien que stratigraphiquement corrélé, n'a pas été une source de sédiments. Ce qui reste de la stratigraphie de la Formation d’Elatina représente principalement la déglaciation, laquelle peut être divisée en trois faciès : un grès plissé, une diamictite à galets de délestage, et une diamictite remaniée par des courants. La baisse du niveau relatif de la mer dans la partie supérieure de la Formation d’Elatina suppose une déglaciation régionale sur une échelle de temps de l’ordre de celle de la nappe de glace – interactions gravitationnelles de l’océan (instantanées) et/ou rebond isostatique (~ 104 ans). Des structures décrites précédemment comme des plis de sédiments mous dans des faciès de rhythmites qui impliquait une position de basse latitude pour l'Australie du Sud à l'époque de la glaciation Elatina, sont réinterprétées comme des rides sédimentaires transverses asymétriques avec des rides de vagues oscillatoires superposées. Ces combinaisons de rides d’écoulement à travers l’ARC confirment l’existence d’un milieu marin ouvert d’une ampleur certaine au moment de la retraite initiale des glaciers locaux. En outre, cette interprétation ne nécessite plus que la magnétisation soit synsédimentaire, bien que nous n'ayons aucune raison de penser que l’orientation magnétique de basse latitude soit le résultat d’une ré-aimantation, et que les tests de réversibilité positifs et les tests de plissement tectonique sont au minimum conformes à une magnétisation synsédimentaire. Ensemble, ces observations sédimentologiques et chimiostratigraphiques mettent en lumière le début de la glaciation et l'avancée du couvert de glace continental menant à une région fortement englacée qui a été incisée jusqu'à à la base de la Formation préglaciaire de Trezona.

Ce travail de thèse combine des approches expérimentales et théoriques visant à caractériser l'impact des effets géomécaniques lors de l'injection de CO2 dans une formation de calcaire. La première partie est consacrée à l'étude expérimentale des évolutions des propriétés pétrophysiques et géomécaniques du calcaire étudié sous l'effet de l'altération chimique. L'évolution de la microstructure de la roche est également étudiée dans le but de comprendre les phénomènes observés à l'échelle macroscopique. La deuxième partie vise à définir, par approche micromécanique, un modèle de comportement géomécanique prenant en compte la dégradation des propriétés mécaniques de la roche carbonatée sous l'effet de l'attaque acide. L'élasticité et la résistance de la roche ont été modélisées et validées par les données expérimentales

Les carbonates microporeux sont caractérisés par une importante hétérogénéité de faciès (texture, composition) qui se traduit généralement par une très grande variation des (1) propriétés physiques (porosité, perméabilité, vitesses acoustiques), et (2) du comportement mécanique. Ces hétérogénéités rendent souvent difficile les prédictions en termes de stockage géologique, de qualité de porosité ou perméabilité des réservoirs d'eau souterraine ou d'hydrocarbures lors de l'exploration ou production. Cette étude intégrée apporte de nouveaux éléments de réflexion quant aux facteurs de contrôles microstructuraux sur les propriétés physiques et mécaniques des roches carbonatées microporeuses.(1) Une centaine d'échantillons de carbonates a été prélevée tous les 2m environ le long du forage EST205 au niveau de la plate-forme oxfordienne de Meuse/Haute-Marne. Un objectif appliqué de ce travail, vise à mieux contraindre les variations verticales des propriétés pétrophysiques et pétrographiques qui régissent en grande partie les circulations aquifères actuelles dans cette formation. D'un point de vue fondamental, un résultat majeur est la mise au point d'une nouvelle méthode de rock-typing pour les réservoirs microporeux, et l'établissement d'un lien entre matrice micritique et les propriétés physiques. Les propriétés de transport (perméabilité, conductivité électrique) sont grandement influencées par la réduction ou l'augmentation progressive de la microporosité intercristalline selon le type de matrice micritique considéré. L'augmentation des vitesses d'ondes acoustiques peut être vue comme le reflet d'une cimentation progressive des particules de micrites, qui rend l'ensemble de la matrice plus rigide et cohérente. La dispersion des valeurs de vitesses est expliquée grâce à la théorie de la poroélasticité. Les calculs réalisés avec les équations de Biot-Gassmann [Biot, 1956 ; Gassmann, 1951] mettent en évidence une population de microcracks (crack porosity), qui affecte les vitesses de propagation des ondes. Enfin, une origine possible des niveaux poreux oxfordiens est une dissolution précoce des particules de micrites via la circulation d'eau météorique sous saturée par rapport à la calcite, lors de courtes phases d'émersion de la plate-forme.(2) La vitesse de propagation des ondes P dans la formation de l'Oolithe Blanche (Grainstone Oolithique, Jurassique Moyen, Basin de Paris) est très largement contrôlée par la structure de l'espace poreux (porosité annulaire ou uniforme dans les grains ; Type A) et par la présence ou l'absence d'un ciment isopaque autour des grains (Type B) (Makhloufi et al., 2013 ; Casteleyn et al., 2010, 2011). Plusieurs essais de déformation triaxiale ont été réalisées sur des échantillons de Type A et B afin d'investiguer le rôle de telles microstructures sur la réponse mécanique des roches carbonatées poreuses. Cette étude est essentielle à la compréhension générale de l'Oolithe Blanche, qui présente un fort potentiel géothermique et représente une cible potentielle pour la séquestration de CO2.Les échantillons comparés présentent des textures et faciès équivalent (porportion de ciment de blocage, granulométrie), ainsi que des propriétés pétrophysiques très similaire (porosité, perméabilité) ; afin que le paramètre microstructural soit le seul à varier.Deux comportements distincts sont mis en évidence :Type A: les échantillons avec une microporosité uniforme dans les grains ont un comportement ductile, tandis que les échantillons à porosité annulaire sont caractéristiques du domaine fragile.Type B: les échantillons avec des ciments isopaques autour des grains ont un comportement fragile. En revanche, les échantillons dépourvu de tels ciments présentent un comportement mécanique relevant plus du domaine ductile.Ces résultats montrent que les structures de porosité et les ciments jouent un rôle important sur la réponse mécanique des roches carbonatées microporeuses
This integrated study provides significant insight into parameters controlling (1) the acoustic and reservoir properties of microporous limestone and (2) the mechanical behavior of such rocks. This work improves the knowledge of the relationships among rock physic and rock mechanic on one hand, and the microstructural content on the other hand.(1) Petrophysical properties measured from laboratory and logging tools (porosity, permeability, electrical conductivity and acoustic properties) have been coupled with thin section and SEM observations on the EST205 borehole from the Oxfordian limestone aquifer of the Eastern part of the Paris Basin. A major achievement is the establishment of the link between micrite microtexture types (particle morphology and nature of inter-crystal contacts) and the physical response. Fluid-flow properties are enhanced by the progressive augmentation of intercrystalline microporosity and associated pore throat diameter, as the coalescence of micrite particle decreases between relatively coarser tight morphologies and microporous morphologies. The slow increase of P-wave velocity can be seen as a reflection of crystal size and growing contact cementation leading to a more cohesive and stiffer micrite microtexture. By applying poroelasticity theory on our samples, we show that velocity dispersion can be a very useful tool for data discrimination in carbonates. Finally, a possible origin of high porous levels in neritic limestones is a mineralogical dissolution of carbonates through freshwater-related diagenesis during subaerial exposure time.(2) Regarding rock mechanic, conventional triaxial experiments were performed on samples from the Oolithe Blanche formation (Middle Jurassic Limestone, Paris basin) to investigate the effect of different microstructural parameter on the mechanical behavior of microporous carbonate rocks. Type A samples display two different microporosity distributions within the grains (uniform versus rimmed microporosity) and type B samples are based on the presence/absence of an isopachous cement around the ooids. This work is of primary importance since the Oolithe Blanche formation, a deep saline aquifer, is a possible target for CO2 sequestration and geothermal production in the center of the Paris Basin. Experiments were performed under saturated state with respectively two sets of experimental conditions: (1) a 5 MPa pore pressure and a 28 MPa confining pressure with a temperature of 55°C for Type A carbonates to mimic in-situ conditions in the Center of the Paris Basin; and (2) a 0.5 MPa pore pressure and a 1.5 MPa confining pressure for Type B samples. Sample types have similar facies and composition (oolithic microporous grainstone with a 500µm average grain size), and porosity ranges from 17% to 20%. Permeability values are also very similar and range from 10-2 mD to 10-1 mD.(1) Type A samples with a rimmed porosity display a typical behavior of the brittle failure regime with stress-strain curves reaching a peak (138 MPa) beyond which strain softening was recorded, and strain localization on a shear fracture. (2) Type A samples with a uniform porosity display a ductile behavior with no localization of the deformation.(2) Type B samples with isopachous cement show a brittle behavior with stress drop (16 MPa to 18 MPa) and localization on a shear fracture. When isopachous cements are absent, a more ductile type of behavior is observed. Our set of data suggests that those two microstructural parameters have a significant control on the mechanical behavior of carbonate rocks

L'augmentation constante du dioxyde de carbone dans l'atmosphère est considérée comme étant la cause principale du réchauffement climatique actuel. La séquestration géologique du CO2 semble être une des meilleures solutions envisageable pour réduire les rejets des gaz à effet de serre (dont le CO2) dans l'atmosphère, seulement si l'intégrité de la couverture du réservoir est préservée sur des centaines ou des milliers d'années. Des simulations expérimentales en batch ont été réalisées afin d'observer la réactivité d'une roche de couverture argileuse et d'une roche réservoir carbonatée en présence de CO2 à 80°C et 150°C pour une pression de 150 bar avec une eau équilibrée. Le protocole analytique mis en place a permis de comparer les roches avant et après expérimentation concluant à une réactivité très faible, centrée sur l'aluminium au niveau des phyllosilicates. Les analyses texturales montrent que le CO2 n'a pas d'incidence sur les propriétés d'adsorption et sur la surface spécifique. L'étude des carbonates du réservoir par la microscopie confocale a permis de mettre en évidence des phénomènes de dissolution-précipitation qui n'ont cependant pas d'impact important sur la chimie et la structure du réservoir. Les simulations numériques réalisées sur des minéraux de référence comme la montmorillonite calcique ou le clinochlore montrent une réactivité importante en présence de CO2 non atteinte expérimentalement, certainement due à des lacunes dans les bases de données thermodynamiques ou à la cinétique des réactions. Les simulations sur Bure ne montrent pas de réactivité sur les minéraux majeurs de la marne argileuse confirmant les résultats obtenus en expérimentation batch.

La diagenèse fait référence à tous les processus physico-chimiques qui transforment les sédiments. Dans le calcaire du Mississippien, les roches ont été soumises à une histoire géologique et diagénétique complexe qui rend leur exploitation d'hydrocarbures difficile. Maintenant, l'industrie pétrolière et gazière fait face à d'importants défis pour maintenir le plateau de production et identifier les zones productives restantes. Par conséquent, la caractérisation et l'interprétation des processus diagénétiques sont cruciales pour comprendre l'évolution et la distribution des propriétés de porosité et de perméabilité. De plus, la diagenèse est rarement prise en compte dans la modélisation standard des réservoirs carbonatés. Ceci peut s'expliquer par les difficultés dans la modélisation des surimpressions diagénétiques et la complexité ajoutée dans l'ajustement historique des données de production. Ce travail porte sur la caractérisation diagénétique et la modélisation des roches carbonatées, appliquées à un noyau extrait du calcaire du Mississippien. Et une méthodologie innovante est proposée pour intégrer les phases diagénétiques à l'intérieur du modèle géologique dans le cadre du workflow de modélisation et de l’ajustement historique de la production
Diagenesis refers to all the physicochemical processes that transform sediments. In the Mississippian Limestone, the rocks have been submitted to a complex geological and diagenetic history that makes its hydrocarbon exploitation difficult. Now, the oil and gas industry faces important challenges to keep production plateau and identify remaining productive areas. Therefore, the characterization and interpretation of diagenetic processes are crucial in order to understand the evolution and distribution of porosity and permeability properties. Moreover, diagenesis is rarely taken into account in the standard modeling of carbonate reservoirs. This can be explained by the difficulties in the modeling of diagenetic overprints and the complexity added in the historical adjustment of production data. This work addresses the diagenesis characterization and modeling of carbonate rocks, applied to a core extracted from the Mississippian Limestone. And an innovative methodology is proposed to incorporate the diagenetic phases inside the geological model as part of the modeling and the history-matching workflow

Les alterations hydrothermales qui affectent les roches du soubassement volcanique de l'atoll de mururoa se situent a 3 niveaux: les alterations a saponite mg dans les coulees sous-marines et aeriennes, les alterations localisees dans les zones d'alimentation. Ces dernieres sont classees en 4 groupes suivant la temperature et la paragenese des mineraux d'alteration

Par la présente étude nous expliquons et illustrons nos travaux sur la propagation d'ondes sismiques en roche carbonatée avec des approches expérimentale et numérique à l'échelle des carottes géologiques au laboratoire. Notre objectif principal consiste à produire des données sismiques qui sont comparables aux données du terrain dans l'optique de transférer au laboratoire les connaissances et techniques acquises et développées pour la sismique de terrain. En retour, les données acquises dans des conditions bien contrôlées à l'échelle du laboratoire peuvent contribuer aux benchmarking tests sur les approches d'imagerie les plus récentes ainsi que les procédures de traitement des données. Sonder les roches naturelles par les ondes ultrasonores est plutôt commun dans de nombreux domaines tels la diagraphie acoustique, le génie civil et la science des matériaux. En termes de sources sismiques, les transducteurs piézoélectriques (PZT) couramment utilisés, ainsi qu'un pulse laser utilisé spécialement dans le cadre de nos mesures, sont appliqués aux configurations expérimentales. En termes de récepteurs, un vibromètre laser monopoint (LDV) est employé dans la plupart des expérimentations. En outre, un vibromètre 3D fut utilisé pour des mesures multi-composantes. L'originalité de ces travaux se trouve dans la caractérisation intégrale de la source laser dans un contexte géophysique et son application sur les carottes carbonatées comme une source sismique Haute Fréquence (HF, Mégahertz), ce qui nous permet de proposer des configurations originales et efficaces pour sonder les carottes carbonatées, aussi bien en expérimentation qu'en simulation. Nous avons construit et validé un prototype comprenant une configuration source-récepteur de type PZT-LDV ou Laser-pulse-LDV. Quant à la simulation numérique, nous avons adapté un code Fortran, initialement dédié au développement à l'échelle du terrain, aux productions numériques à hautes fréquences (HF) à l'échelle du laboratoire. Nous détaillerons les résultats des calibrations sur les outils expérimentaux et numériques ainsi qu'une analyse de la polarisation sur des mesures multi-composantes, les résultats de la caractérisation de la source pulse-laser et ceux de la tomographie en se basant sur les temps des premières arrivées (FAT). Les inversions se font avec un méthode multi-grilles. Parallèlement, des simulations par éléments finis en 2D/3D (code parallélisé) ont été effectuées avec la méthode Galerkin discontinu avec pénalité intérieure. Nous démontrerons également la possibilité d'analyser l'anisotropie sismique d'une carotte à partir du FAT. La dernière génération de méthode d'imagerie sismique fait intervenir à la fois les données observées et les données synthétiques, comme dans la méthode prometteuse de l'inversion de formes d'ondes complètes (FWI), cette méthode pouvant repousser davantage les limites de la résolution de la tomographie classique
The present study is an experimental and numerical work on the propagation of seismic waves in carbonate rocks at the laboratory-scale. We aim at producing seismic data that are comparable with field data so as to transfer the knowledge and techniques acquired and developed in field into the laboratory. In return, well-controlled laboratory-scale data can contribute to benchmarking tests on the latest imaging approaches as well as data processing procedures. Ultrasonic probes on natural rocks are fairly common in numerous engineering fields such as geophysical logging, civil engineering and materials science. In terms of ultrasonic sources, both the conventional piezoelectric transducer (PZT) and the laser-ablation pulse are used as a seismic source in our experimental configurations. In terms of receivers, a single-point Laser Doppler Vibrometer (LDV) is employed in most of the experimental setups. Additionally, a 3D wavefield-scan LDV has been used to perform multi-component measurements. The originality of this work consists in the comprehensive characterization of the laser source in a geophysical context and its use as a point-like megahertz source on the carbonate cores, which enabled us to propose original and efficient core-probing configurations for both experimentation and simulations. We developed and validated an experimental prototype featuring PZT-LDV or Laser-pulse-LDV as source-receiver configurations for high-resolution measurements. As to the numerical simulation, we adapted a Fortran code, initially dedicated to method developments at the field-scale, to the numerical production at the high-frequency (HF) laboratory-scale. We will show the results of calibrations on both the experimental and numerical tools including the polarization analysis on multi-component data, the results of the laser pulsed source characterization and the main tomography results from the First Arrival Travel-time (FAT) Tomography (FATT) featuring multi-grids, along with the parallelized 2D/3D simulations featuring the Interior Penalty Discontinuous Galerkin method (IPDGm). A brief demonstration of anisotropy analyses from FAT will also be given at the end. The latest generation of imaging method involves both the observed and synthetic data, such as the promising Full Waveform Inversion (FWI) that can push further the resolution limits of the classical tomography, which is the key motivation of our studies involving both the experiment and simulation

Le travail de cette thèse concerne l'étude des propriétés structurales, mécaniques et vibrationnelles du carbonate de calcium et de la strontianite. Ces deux roches appartiennent à la famille des carbonates et sont abondamment présentes dans la croûte terrestre. Elles sont soumises à des contraintes géologiques qui les exposent à des pressions qui peuvent atteindre plusieurs GPa. Il est alors intéressant de pouvoir prédire leur comportement dans ces cas extrêmes en étudiant l'évolution de leurs propriétés élastiques en fonction de la pression. Pour réaliser cet objectif on a utilisé la méthode de dynamique moléculaire basée sur la connaissance d'un potentiel modèle approprié. Les grandeurs physiques permettant de caractériser le comportement de ces deux espèces de roches sont: la vitesse de propagation des ondes élastiques, les modes de vibration des phonons et la variation de l'enthalpie. Pour CaCO3 les paramètres de potentiel employés, ont permis de calculer les valeurs de l'ensemble des propriétés mécaniques. Les valeurs trouvées sont en bon accord avec les résultats expérimentaux pour les phases aragonite et post-aragonite. La variation de l'enthalpie en fonction de la pression a permis de montrer que la phase post-aragonite était stable pour des pressions supérieures à 35 GPa. Outre l'enthalpie, la transition de phase aragonite post-aragonite, est confirmée par d'autres résultats concordants. Il s'agit de la variation de la vitesse des ondes transversales et de la variation en fréquence du mode acoustique mou. Ce dernier présente un saut en fréquence lorsqu'on se trouve à la pression de transition. Pour SrCO3 on a du procéder selon la même démarche que pour CaCO3
The aim of the present work is to study the structural, mechanical and vibrational properties of calcium carbonate and strantianite. These two rocks belong to the carbonate family and they are abandonment in the earth 's crust. They are subject to geological constraints that expose them to high pressures, which may reach several GPa. It is then interesting to predict their behaviour in these extreme cases by studying the evolution of their elastic properties as a function of pressure. To do this we have used the molecular dynamics method based on knowledge of an appropriate potential. The physical quantities used to characterize the behaviour of these two kinds of rocks are: the elastic wave velocities, the vibrational modes of phonons and the variation of enthalpy. For CaCO3 the potential parameters employed allow us to evaluate ail mechanical properties. The obtained values are in good agreement with experimental results for aragonite and post-aragonite phases. The variation of the enthalpy as a function of pressure has shown that the post-aragonite phase was stable for pressures above 35 GPa. ln addition to the enthalpy, the structural phase transition from aragonite to post-aragonite phase is confirmed by further results. These latter are the variation of the transversal wave velocities and the variation of trequency of the soft mode, which shows a abrupt jump at the transition pressure. For the SrCO3 we have followed the same procedure as for CaCO

Avec l’augmentation de la pression de confinement, le comportement mécanique des calcairespasse d’un comportement fragile à un comportement ductile. Le régime fragile estcaractérisé par une compaction élastique suivie d’une dilatance macroscopique due à despropagations de fissures. Lorsque les fissures coalescent, la rupturemacroscopique est reliéeà une chute de contrainte. Le régime ductile est caractérisé par une compaction élastiquesuivie d’une déformation macroscopique diffuse. La déformation est accommodée par uneplasticité intracristalline (dislocations, macles) et/ou une fracturation des grains. L’objectif decette thèse est d’examiner expérimentalement les paramètres influant sur le comportementmécanique des calcaires de porosité intermédiaire et de modéliser ce comportement. Lesexpériences ont été réalisées sur le calcaire de Tavel (porosité de 14.7%)
The mechanical behaviour of limestones is brittle at low confining pressure and becomesductile with the increase of the confining pressure. The brittle behaviour is characterisedby a macroscopic dilatancy due to crack propagation, leading to a stress drop when crackscoalesce at failure. The ductile behaviour is characterised by a a diffuse deformation due tointra-crystalline plasticity (dislocation movements and twinning) and microcracking. The aimof this work is to examine the influence of temperature, pore fluid, strain rate, and time onthe mechanical behaviour. Triaxial deformation experiments were performed on white Tavellimestone (porosity 14.7%). The macroscopic behaviour is then modelled.Constant strain rate triaxial deformation experiments and stress-stepping creep experimentswere performed. Elastic wave velocities were inverted in term of axial crack densities. Themechanical behaviour is brittle for constant strain rate deformation experiments performed atPc · 55 MPa. In this case, inelastic deformation is due to cracks propagation. For Pc ¸ 70 MPa,elastic compaction is followed by an inelastic compaction. Porosity collapse is due to intracrystallineplasticity and micro-cracking. After some inelastic compaction, volumetric strainturns to dilatancy because crack nucleate at dislocation pile-ups and their contribution to thestrain becomes predominant compared to plastic pore collapse. In the brittle regime, watersaturationdecreases the differential stress at the onset of crack propagation and enhancesmacroscopic dilatancy. Temperature decreases the confining pressure at the brittle-semibrittle(ductile) transition. A model describing the macroscopic behaviour is derived from (1) a crackpropagation law, (2) a plasticity law for a porous medium, and (3) a law for nucleation of newscracks due to local dislocation pile-ups. The model predicts the volumetric strain, the stresstensor, and the evolution of damage, as a function of applied deformation. Theoretical resultsare in good agreement with experimental observations

L'altération des roches carbonatées sous l'action du gel pose un problème pour leur utilisation en génie civil en tant que granulats routiers, pierres de construction ou enrochements. Les essais normalises n'ont qu'une approche indicative de la durabilité au gel de ces matériaux. En fait, la résistance au gel des roches calcaires dépend de la capacité de leur milieu poreux à limiter l'endommagement causé par les mécanismes microscopiques du gel de l'eau dans les pores. Les facteurs qui réduisent l'action du gel sont lies à l'état de saturation du matériau et à la distribution de l'eau dans le milieu poreux. La caractérisation de la structure du milieu poreux de roches calcaires de lorraine est fondée sur une étude texturale (M. E. B. ) Et sur une analyse petrophysique (porosimetrie au mercure, des propriétés ultrasoniques, mesures de la fissuration). Les calcaires à facies grainstone et à réseaux poreux bimodaux piègent un volume d'air important lors de saturations sous pression atmosphérique et présentent des perméabilités élevées; leurs degrés de saturation, obtenus par absorption capillaire ou par immersion totale, ne dépassent pas 60 pour cent. Ces propriétés permettent de prévoir une résistance au gel élevée pour ces matériaux. Par contre, l'action du gel sur les calcaires à réseaux poreux unimodaux dépend de la texture de la roche (mudstone a packstone, degré de cimentation) et de l'influence de plusieurs paramètres tels que les dimensions et formés des pores, la perméabilité du milieu et l'importance des contraintes développées pendant les phases de gel. Ces comportements prédictifs sont confirmés par des observations sur des enrochements ayant subis les conditions de gel in situ et par des simulations du gel en enceinte climatique. Dans ce dernier cas, la mesure de l'endommagement est fondée sur l'évolution de l'atténuation des ondes ultrasoniques de compression dans ces calcaires au cours de cycles gel-dégel

La presente investigación tiene como eje principal el estudio detallado de las mineralizaciones y la geología de un área del Macizo del Deseado con características geológicas y metalogénicas únicas. La elección del área del El Tranquilo o también conocido como “anticlinal” El Tranquilo, como zona de estudio, se ha basado en el reducido conocimiento y la presencia características atípicas en las mineralizaciones y la escasa representación, en el Macizo del Deseado, de las rocas y unidades geológicas aflorantes. La investigación ha sido realizada en tres etapas: una primera con recopilación de antecedentes y trabajo de campo, una segunda analítica con trabajos de laboratorio y una tercera etapa interpretativa. Se realizó el procesado de imágenes satelitales (TM, SPOT, IKONOS) y se ejecutaron mapeos geológico-estructurales de detalle y semidetalle (con elaboración de una cartografía digital), descripción de testigos de sondeos (gran parte de los 30.000 metros de las perforaciones ejecutadas en la propiedad minera), se realizaron estudios petrográficos, calcográficos, de rayos X, determinaciones geoquímicas, estudios de inclusiones fluidas, de microscopía electrónica, microsonda electrónica, determinaciones geocronológicas y análisis de isótopos estables e inestables. Además se participó de otros trabajos complementarios realizados durante las distintas etapas de exploración minera, tales como geoquímica de suelos, muestras de trincheras y relevamientos magnetométricos y geoeléctricos terrestres y la interpretación, para la zona de trabajo, de estudios previos de magnetometría aérea y líneas sísmicas. El área del “anticlinal” El Tranquilo, está caracterizada por la presencia de rocas y unidades geológicas con escasa representación en el Macizo del Deseado, y representa una “ventana geológica” que permite el estudio del intervalo Triásico superior - Jurásico inferior, períodos que se encuentran poco expuestos en esta provincia geológica. La secuencia estratigráfica de este sector se inicia con las sedimentitas continentales, areniscas a areniscas conglomerádicas con intercalaciones de pelitas, del Grupo El Tranquilo, del Triásico medio a superior (Jalfin y Herbst 1995). Por encima, se presentan las rocas volcaniclásticas de la Formación Roca Blanca (Herbst, 1965), del Jurásico inferior. Esta es la litología más desarrollada en el área y está compuesta por tufitas, areniscas y sabulitas ricas en componentes volcánicos. Intruyendo a las sedimentitas continentales y a las tufitas, se disponen rocas básicas a intermedias del Jurásico inferior, que se presentan como filones capa de diabasa en el sector este del área y como pórfidos andesíticos de formas subcirculares en el sector noroeste, de la Formación Cerro León (Panza, 1995 y de Barrio et al., 1999). En los sectores norte y noreste del área afloran volcánitas del Jurásico medio a superior, basaltos y andesitas de la Formación Bajo Pobre, y en el sector sudoriental pequeños asomos de ignimbritas riolíticas del Grupo Bahía Laura (Panza, 1995). Estas unidades se encuentran parcialmente cubiertas por el Basalto Las Mercedes del Cretácico superior y el Basalto Cerro del Doce correspondiente al Eoceno (Panza, 1982) y finalizan esta secuencia sedimentos modernos, aluviales, coluviales y de bajos. En la presente investigación se determinó la presencia de niveles ignimbríticos ácidos y coladas basálticas intercaladas en las tufitas de la Formación Roca Blanca. A partir de las edades obtenidas, relaciones estratigráficas y composición se desvincula a los intrusivos dioríticos de la Formación Cerro León y se los asocia con el magmátismo de la Formación La Leona (Jurásico inferior). Los basaltos aflorantes en el área presentan características de basaltos continentales que se corresponden a los primeros indicios del magmatismo sinextensional jurásico y representan magmas básicos de origen mantélico que alcanzaron la superficie. Se los desvinculan de la Formación Bajo Pobre por ser ligeramente más antiguos al estar intercalados entre las tufitas de la Formación Roca Blanca (Jurásico inferior) y por presentar diferentes características isotópicas y petrogenéticas. Se define así una nueva unidad formacional para estas rocas denominándolas Formación El Piche. Los pórfidos andesíticos de la Formación Cerro León y las andesitas de la Formación Bajo Pobre presentan similitudes geoquímicas, isotópicas, petrogenéticas y edades semejantes, por lo que se interpreta un mismo origen para estas rocas, siendo los pórfidos andesíticos partes de los conductos de emisión de las coladas andesíticas. A diferencia del resto del Macizo del Deseado donde predomina casi por completo deformación con comportamiento netamente frágil, en el área de estudio se reconoció deformación tanto dúctil como frágil en las secuencias triásicas y jurásicas. Los rasgos estructurales más sobresalientes son: un domamiento regional de entre 15 a 20 km de diámetro, definido por Di Persia (1956) como “anticlinal” El Tranquilo, domamientos y plegamientos con dimensiones menores a 1 km localizados dentro de la antiforma regional, un sistema de fracturas radiales asociado al domamiento y la falla El Tranquilo con un sistema de vetas controladas por fallas. Se determinó que el “anticlinal” El Tranquilo, se formó por el emplazamiento de un cuerpo intrusivo no aflorante del orden de 8 a 10 Km de diámetro y profundidad mínima hasta su techo de 1400 m, subyaciendo al Grupo El Tranquilo y a la Formación Roca Blanca, y generando por su intrusión, el domamiento regional y los domamientos y plegamientos con dimensiones menores a 1 km localizados corresponde a una deformación producida por lacolitos o stocks no aflorantes. En el área de estudio se reconocieron gran cantidad de mineralizaciones, las que totalizan ~80 km lineales de vetas, ubicadas principalmente en el sector central del área. Las vetas se concentran hacia el este de la estructura regional, la falla El Tranquilo, son subparalelas a esta estructura y están emplazadas en las tufitas de la Formación Roca Blanca y pelitas y areniscas del Grupo El Tranquilo. Se han discriminado dos tipos distintos de vetas según su composición y expresión superficial, vetas formadas por importantes zonas de oxidación que representan la expresión superficial de vetas de sulfuros, y vetas, brechas hidrotermales, vetillas y stockworks formados principalmente por cuarzo. A partir de las distintas características observadas y datos obtenidos (composición, signatura geoquímica, mineralogía, datos de inclusiones fluidas, isótopos, controles estructurales y litológicos y edades) se ha podido diferenciar dos estilos de mineralización. La mineralización polimetálica que presenta una compleja mineralogía de sulfuros asociada a una signatura geoquímica de In, Cu, Au, As, Sn, W, Bi, Zn, Pb, Ag, Cd y Sb. Las temperaturas y salinidades de los fluidos indican un sistema epitermal para la formación de estas vetas. Su génesis esta vinculada a los cuerpos intrusivos dioríticos reducidos por sedimentos ricos en materia orgánica, concentrando en los fluidos hidrotermales In, Sn, Ag, W, Bi. Se define a esta mineralización como un depósito epitermal vetiforme polimetálico rico en In semejante a los depósitos de Japón y Bolivia. Las características de esta mineralización y la edad Jurásica inferior (193 Ma) confirman la presencia de un nuevo tipo de deposito epitermal que difiere del clásico modelo de baja sulfuración del Macizo del Deseado y que no se encuentra asociado al importante volcanismo bimodal del Jurásico medio a superior (Complejo Bahía Laura), como la mayoría de las mineralizaciones del Macizo del Deseado. Este hecho potencia el hallazgo de otros tipos de depósitos epitermales polimetálicos, asociados a otras rocas y con diferentes asociaciones metalogénicas. La mineralización argentífera está formada por cuarzo, carbonatos y en menor medida sulfuros y sulfosales con una signatura geoquímica de Ag (Au), Pb, Cu y Zn. Las temperaturas y salinidades de los fluidos indican un sistema epitermal para la formación de estas vetas. Su génesis está vinculada al magmatismo intermedio de las Formaciones Cerro León y Bajo Pobre, atribuyéndole una edad Jurásica media (168 Ma). Según sus características esta mineralización puede ser definida como un depósito epitermal de sulfuración intermedia. Esta mineralización también representa una variación en el modelo de baja sulfuración del Macizo del Deseado, pero está genéticamente asociada al volcanismo bimodal del Complejo Bahía Laura (Fm. Bajo Pobre) por lo que podría incluirse dentro de las mineralizaciones de la Provincia auroargéntifera del Deseado.