Interactions entre glaciation / déglaciation, déformation et enregistrement stratigraphique. Application à l’Ordovicien supérieur-Silurien du bassin du Djado (Niger) et des bassins d’Afrique du nord

Soutenue le 11 décembre 2007

Financement : allocation de recherche MENRT et financement TOTAL 

Directeur : Michel Guiraud ; coencadrant : Jean-François Buoncristiani

Résumé

La calotte glaciaire hirnantienne (Ordovicien terminal, ~ 445 Ma) s’est développée sur le continent pénéplané Gondwana, alors situé dans une position polaire australe, pendant une période d’environ 1 à 2 Ma.

L’étude sur le terrain de l’enregistrement de la glaciation dans le bassin du Djado (nord est du Niger) a permis de vérifier la dynamique de la glaciation, constituée de deux cycles glaciaires majeurs, séparés par un évènement interglaciaire. La mise en place de la série interglaciaire constitue jusqu’à présent l’enregistrement le plus interne de cet évènement et permet de situer le front glaciaire lors du retrait de la calotte entre le sud du bassin du Djado et le bassin de Kandi (Bénin, Konaté et al., 2003). A la différence des zones plus proches des fronts glaciaires, les périodes d’englacement maximales sont essentiellement caractérisées par des planchers glaciaires amalgamés et des dépôts rares et peu épais. Plusieurs types de planchers glaciaires ont été mis en évidence. Le plancher le plus ancien présente des structures caractéristiques de l’écoulement d’une glace fortement couplée à un substratum fragile gréseux, associées à des pressions fluides relativement faibles et à des vitesses d’écoulement faibles. A l’inverse, les autres planchers glaciaires présentent des structures caractéristiques du fort découplage entre la glace et le substratum ductile sableux à argileux. Les taux de déformation ainsi que les indices de surpressions fluides indiquent une vitesse d’écoulement élevée de la glace. Ce critère de déformation sous-glaciaire, associé à la présence de modelés sous-glaciaires fortement allongés dans une direction parallèle à l’écoulement glaciaire (mégaflutes) ainsi qu’à des vallées glaciaires, a permis de mettre en évidence une dynamique d’écoulement très rapide de type fleuves de glace, comparable à celle des calottes glaciaires pléistocènes et actuelles. A partir d’une synthèse bibliographique, de l’analyse d’images satellitaires et de la construction de cartes isopaques de la série glaciaire, cette dynamique a été généralisée aux bassins nord sahariens et a permis d’identifier les facteurs de contrôle des fleuves de glace.

La déglaciation est marquée dans le bassin du Djado par une tectonique extensive et à plus grande échelle par des mouvements structuraux de grande longueur d’onde caractérisés par la forte anisopacité de la série argileuse silurienne. La synthèse des morphologies et des dépôts associés à la glaciation hirnantienne ainsi que les modalités de la fonte de la calotte permet de documenter le système pétrolier Ordovicien terminal-Silurien inférieur.

Mots-clés

Hirnantien, Djado, Niger, glaciation, fleuve de glace, déformation sous-glaciaire

Interactions between glaciation / deglaciation, deformation and stratigraphic record. Application to Late Ordovician-Silurian series in the Djado Basin (Niger) and north african basins 

Abstract
The Hirnantian ice sheet (Late Ordovician, ~ 445 Ma) grew over the Gondwana cratonic area, then located in a south polar position, and lasted 1-2 M.y.
Field study in the Djado Basin (northeastern Niger) evidenced two major ice sheet advances, separated by an interstadial major melting event. Interstadial series record that the southermost retreat of the ice sheet extended as far as the southern Djado Basin but north of the Kandi Basin (Benin). Glacial series isopach maps also show the extent of glacial margins during the two glacial cycles. Unlike glacial marginal areas such as Algeria and Libya glacial surfaces are strongly amalgamated in the Djado Basin, the thickness of glacial series is reduced, and the size, as well as the pattern of the subglacial drainage system, suggests poor meltwater drainage efficiency.
Several types of subglacial shear zones are differentiated. The older glacial pavement shows structures typically indicative of strong coupling between the glacier and sandstone bedrock, which resulted into slow basal sliding. Conversely, subsequent glacial shear zones suggest glacier decoupling from ductile subglacial clay and sand. High strain rates, associated with fluid overpressure, were induced by rapid glacier velocity. Pervasive soft-bed deformation, megaflute development and glacial trough incision, provide evidence for ice stream dynamics, following Pleistocene and present-day ice sheet behaviour. The subglacial deformation model established demonstrates that ice streaming initiated through dramatic increase in fluid pressure at the glacier-impermeable bed interface. In Iceland, subglacial deformation also closely depends on flui pressure, even if the type of subglacial shear structure differs from the Djado Basin, accounting for a subglacial lithology contrast. Using bibliographic data, remote-sensed images and the glacial isopach map, ice stream dynamics is shown to be widespread in Saharan basins and depositional thicks at their mouth.
In the Djado Basin, deglaciation is marked by extensional tectonics, and at larger scale by the inversion of crustal deformation formerly induced by glacial overloading. Depocentre heterogeneity, controlled by ice sheet extent during glacial cycles as well as ice stream dynamics, associated with Silurian differential subsidence, documents the Late Ordovician-Lower Silurian petroleum system.

Keywords

late Ordovician, Hirnantian, glaciation, Niger, Djado Basin, ice streams, subglacial deformation

Membres du jury

Olivier Dauteuil, directeur de recherche, université de Rennes I – rapporteur
John Menzies, professeur, université de Brock, Canada – rapporteur
Jean-Loup Rubino, ingénieur-géologue, TOTAL, Pau – examinateur
Bernard Berod, ingénieur-géologue, TOTAL, Paris – examinateur
Denis Vaslet, maître de conférences, BRGM, Orléans – examinateur
Emmanuelle Vennin, professeur, université de Bourgogne – examinatrice, présidente du jury
Jean-François Buoncristiani, maître de conférences, université de Bourgogne – co-encadrant
Michel Guiraud, professeur, université de Bourgogne – directeur de thèse

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11 décembre 2007

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Interactions entre glaciation / déglaciation, déformation et enregistrement stratigraphique. Application à l’Ordovicien supérieur-Silurien du bassin du Djado (Niger) et des bassins d’Afrique du nord

Soutenue le 11 décembre 2007

Financement : allocation de recherche MENRT et financement TOTAL 

Directeur : Michel Guiraud ; coencadrant : Jean-François Buoncristiani

Résumé

La calotte glaciaire hirnantienne (Ordovicien terminal, ~ 445 Ma) s’est développée sur le continent pénéplané Gondwana, alors situé dans une position polaire australe, pendant une période d’environ 1 à 2 Ma.

L’étude sur le terrain de l’enregistrement de la glaciation dans le bassin du Djado (nord est du Niger) a permis de vérifier la dynamique de la glaciation, constituée de deux cycles glaciaires majeurs, séparés par un évènement interglaciaire. La mise en place de la série interglaciaire constitue jusqu’à présent l’enregistrement le plus interne de cet évènement et permet de situer le front glaciaire lors du retrait de la calotte entre le sud du bassin du Djado et le bassin de Kandi (Bénin, Konaté et al., 2003). A la différence des zones plus proches des fronts glaciaires, les périodes d’englacement maximales sont essentiellement caractérisées par des planchers glaciaires amalgamés et des dépôts rares et peu épais. Plusieurs types de planchers glaciaires ont été mis en évidence. Le plancher le plus ancien présente des structures caractéristiques de l’écoulement d’une glace fortement couplée à un substratum fragile gréseux, associées à des pressions fluides relativement faibles et à des vitesses d’écoulement faibles. A l’inverse, les autres planchers glaciaires présentent des structures caractéristiques du fort découplage entre la glace et le substratum ductile sableux à argileux. Les taux de déformation ainsi que les indices de surpressions fluides indiquent une vitesse d’écoulement élevée de la glace. Ce critère de déformation sous-glaciaire, associé à la présence de modelés sous-glaciaires fortement allongés dans une direction parallèle à l’écoulement glaciaire (mégaflutes) ainsi qu’à des vallées glaciaires, a permis de mettre en évidence une dynamique d’écoulement très rapide de type fleuves de glace, comparable à celle des calottes glaciaires pléistocènes et actuelles. A partir d’une synthèse bibliographique, de l’analyse d’images satellitaires et de la construction de cartes isopaques de la série glaciaire, cette dynamique a été généralisée aux bassins nord sahariens et a permis d’identifier les facteurs de contrôle des fleuves de glace.

La déglaciation est marquée dans le bassin du Djado par une tectonique extensive et à plus grande échelle par des mouvements structuraux de grande longueur d’onde caractérisés par la forte anisopacité de la série argileuse silurienne. La synthèse des morphologies et des dépôts associés à la glaciation hirnantienne ainsi que les modalités de la fonte de la calotte permet de documenter le système pétrolier Ordovicien terminal-Silurien inférieur.

 

Mots-clés

Hirnantien, Djado, Niger, glaciation, fleuve de glace, déformation sous-glaciaire

Interactions between glaciation / deglaciation, deformation and stratigraphic record. Application to Late Ordovician-Silurian series in the Djado Basin (Niger) and north african basins 

Abstract
The Hirnantian ice sheet (Late Ordovician, ~ 445 Ma) grew over the Gondwana cratonic area, then located in a south polar position, and lasted 1-2 M.y.
Field study in the Djado Basin (northeastern Niger) evidenced two major ice sheet advances, separated by an interstadial major melting event. Interstadial series record that the southermost retreat of the ice sheet extended as far as the southern Djado Basin but north of the Kandi Basin (Benin). Glacial series isopach maps also show the extent of glacial margins during the two glacial cycles. Unlike glacial marginal areas such as Algeria and Libya glacial surfaces are strongly amalgamated in the Djado Basin, the thickness of glacial series is reduced, and the size, as well as the pattern of the subglacial drainage system, suggests poor meltwater drainage efficiency.
Several types of subglacial shear zones are differentiated. The older glacial pavement shows structures typically indicative of strong coupling between the glacier and sandstone bedrock, which resulted into slow basal sliding. Conversely, subsequent glacial shear zones suggest glacier decoupling from ductile subglacial clay and sand. High strain rates, associated with fluid overpressure, were induced by rapid glacier velocity. Pervasive soft-bed deformation, megaflute development and glacial trough incision, provide evidence for ice stream dynamics, following Pleistocene and present-day ice sheet behaviour. The subglacial deformation model established demonstrates that ice streaming initiated through dramatic increase in fluid pressure at the glacier-impermeable bed interface. In Iceland, subglacial deformation also closely depends on flui pressure, even if the type of subglacial shear structure differs from the Djado Basin, accounting for a subglacial lithology contrast. Using bibliographic data, remote-sensed images and the glacial isopach map, ice stream dynamics is shown to be widespread in Saharan basins and depositional thicks at their mouth.
In the Djado Basin, deglaciation is marked by extensional tectonics, and at larger scale by the inversion of crustal deformation formerly induced by glacial overloading. Depocentre heterogeneity, controlled by ice sheet extent during glacial cycles as well as ice stream dynamics, associated with Silurian differential subsidence, documents the Late Ordovician-Lower Silurian petroleum system.

 

Keywords

late Ordovician, Hirnantian, glaciation, Niger, Djado Basin, ice streams, subglacial deformation

Membres du jury

Olivier Dauteuil, directeur de recherche, université de Rennes I - rapporteur
John Menzies, professeur, université de Brock, Canada - rapporteur
Jean-Loup Rubino, ingénieur-géologue, TOTAL, Pau - examinateur
Bernard Berod, ingénieur-géologue, TOTAL, Paris - examinateur
Denis Vaslet, maître de conférences, BRGM, Orléans - examinateur
Emmanuelle Vennin, professeur, université de Bourgogne - examinatrice, présidente du jury
Jean-François Buoncristiani, maître de conférences, université de Bourgogne - co-encadrant
Michel Guiraud, professeur, université de Bourgogne - directeur de thèse

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11 décembre 2007

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20071211

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Denis

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