Worldlex Wiki La plupart des grès sont composés de quartz ou de feldspath, car ce sont les minéraux les plus résistants à l' érosion à la surface de la Terre. À l'instar du sable non cimenté , le grès peut présenter diverses couleurs dues aux impuretés présentes dans ses minéraux, mais les plus courantes sont le beige, le brun, le jaune, le rouge, le gris, le rose, le blanc et le noir. Les bancs de grès pouvant former des falaises très visibles et d'autres reliefs , certaines couleurs de grès sont devenues emblématiques de certaines régions, comme les déserts de roches rouges du parc national des Arches et d'autres zones du sud-ouest américain .
Les formations rocheuses composées de grès permettent généralement la percolation de l'eau et d'autres fluides et sont suffisamment poreuses pour stocker de grandes quantités, ce qui en fait des aquifères et des réservoirs de pétrole précieux .
Le grès quartzifère peut se transformer en quartzite par métamorphisme , généralement lié à la compression tectonique au sein des chaînes orogéniques .
clastique (contrairement aux grès organiques , comme la craie et le charbon , ou chimiques , comme le gypse et le jaspe ). Les grains de sable silicaté qui les composent sont le produit de l'altération physique et chimique de la roche-mère. L'altération et l'érosion sont plus rapides dans les zones de fort relief, telles que les arcs volcaniques , les zones de rift continental et les chaînes de montagnes .Le sable érodé est transporté par les rivières ou par le vent depuis ses zones sources jusqu'aux milieux de dépôt où la tectonique a créé un espace propice à l'accumulation des sédiments. Les bassins d'avant-arc ont tendance à accumuler des sables riches en grains lithiques et en plagioclase . Les bassins intracontinentaux et les grabens le long des marges continentales sont également des milieux de dépôt courants pour le sable.
À mesure que les sédiments s'accumulent dans le milieu de dépôt, les sables anciens sont recouverts par des sédiments plus récents et subissent une diagenèse . Ce processus consiste principalement en une compaction et une lithification du sable. Les premiers stades de la diagenèse, appelés éogenèse , se déroulent à faible profondeur (quelques dizaines de mètres) et sont caractérisés par une bioturbation et des modifications minéralogiques des sables, avec une compaction légère. L' hématite rouge , qui donne leur couleur aux grès rouges, se forme probablement durant l'éogenèse. Un enfouissement plus profond s'accompagne d' une mésogenèse , au cours de laquelle se produisent la majeure partie de la compaction et de la lithification.
La compaction se produit lorsque le sable subit une pression croissante de la part des sédiments sus-jacents. Les grains de sédiments s'organisent de manière plus compacte, les grains ductiles (comme les grains de mica ) se déforment et la porosité diminue. Outre cette compaction physique, une compaction chimique peut également se produire par dissolution sous pression . Les points de contact entre les grains sont soumis à la plus grande contrainte, et le minéral ainsi contraint est plus soluble que le reste du grain. Par conséquent, les points de contact se dissolvent, permettant aux grains de se rapprocher.
La lithification succède de près à la compaction, car l'augmentation de la température en profondeur accélère le dépôt de ciment qui lie les grains entre eux. La dissolution sous pression contribue à la cimentation, car le minéral dissous aux points de contact contraints se redépose dans les espaces poreux non contraints.
La compaction mécanique se produit principalement à des profondeurs inférieures à eaux météoriques induit des modifications supplémentaires du grès, telles que la dissolution d'une partie du ciment, créant ainsi une porosité secondaire .
Les grains de la matrice sont des fragments détritiques de la taille de grains de sable ( quartz ou de feldspath , minéraux communs les plus résistants à l'altération en surface, comme l'illustre la série de dissolution de Goldich . Les grains de la matrice peuvent être classés en plusieurs catégories selon leur composition minérale :
- Les grains de quartz constituent la matrice minérale dominante de la plupart des roches sédimentaires clastiques , en raison de leurs propriétés physiques exceptionnelles, telles que leur dureté et leur stabilité chimique. Ces propriétés leur permettent de résister à de multiples cycles de recyclage, tout en leur conférant une certaine forme arrondie. Les grains de quartz proviennent de roches plutoniques, d'origine felsique, ainsi que de grès anciens ayant subi un recyclage.
- Les grains de feldspath sont généralement le deuxième minéral le plus abondant dans les grès. Le feldspath peut être divisé en feldspaths alcalins et en feldspaths plagioclases, qui peuvent être distingués au microscope pétrographique.
- La composition chimique des feldspaths alcalins va de KAlSi 3 O 8 à NaAlSi 3 O 8 .
- La composition du feldspath plagioclase va de NaAlSi 3 O 8 à CaAl 2 Si 2 O 8 .
- Les grains de la matrice lithique (également appelés fragments lithiques ou clastes lithiques) sont des morceaux de roche mère ancienne qui n'ont pas encore été altérés en grains minéraux individuels. Les fragments lithiques peuvent être n'importe quelle roche ignée , métamorphique ou sédimentaire à grain fin ou grossier , bien que les fragments lithiques les plus courants trouvés dans les roches sédimentaires soient des clastes de roches volcaniques.
- Les minéraux accessoires sont tous les autres grains minéraux présents dans un grès. Ces minéraux ne représentent généralement qu'un faible pourcentage des grains du grès. Parmi les minéraux accessoires courants, on trouve les micas ( muscovite et biotite ), l'olivine , le pyroxène et le corindon . Nombre de ces grains accessoires sont plus denses que les silicates qui constituent la majeure partie de la roche. Ces minéraux lourds sont généralement résistants à l'altération et peuvent servir d'indicateur de maturité du grès grâce à l' indice ZTR . Les minéraux lourds courants comprennent le zircon , la tourmaline , le rutile (d'où l'abréviation ZTR ), le grenat , la magnétite , ou d'autres minéraux denses et résistants provenant de la roche mère.
Matrice
La matrice est un matériau très fin, présent dans l'espace poreux interstitiel entre les grains de la structure. La nature de la matrice au sein de l'espace poreux interstitiel conduit à une double classification :
- Les arénites sont des grès à texture propre , dépourvus de matrice ou n'en contenant que très peu.
- Les wackes sont des grès à texture sale qui contiennent une quantité importante de matrice.
Ciment
Le ciment assure la cohésion des grains de la structure silicoclastique. Il s'agit d'un minéral secondaire qui se forme après le dépôt et lors de l'enfouissement du grès. Ces matériaux cimentants peuvent être des minéraux silicatés ou non silicatés, comme la calcite.
- Le ciment siliceux peut être composé de quartz ou d'opale . Le quartz est le silicate le plus courant utilisé comme ciment. Dans les grès contenant du ciment siliceux, les grains de quartz sont liés à ce dernier, formant ainsi une bordure appelée surcroissance. Cette surcroissance conserve la même continuité cristallographique que le grain de quartz cimenté. Le ciment d'opale se rencontre dans les grès riches en matériaux volcaniques et très rarement dans les autres grès.
- Le ciment de calcite est le ciment carbonaté le plus courant. Il est constitué d'un assortiment de petits cristaux de calcite. Ce ciment adhère aux grains de la structure, les liant entre eux.
- D'autres minéraux qui agissent comme ciments comprennent : l'hématite , la limonite , les feldspaths , l'anhydrite , le gypse , la barytine , les minéraux argileux et les minéraux zéolithiques .
Le grès qui s'appauvrit en liant cimentaire par altération devient progressivement friable et instable. Ce processus peut être partiellement inversé par l'application d'orthosilicate de tétraéthyle ( Si(OC₂H₅ ) ₄ ) qui dépose du dioxyde de silicium amorphe entre les grains de sable. [ réaction est la suivante.
- porosité et à sa perméabilité . La porosité et la perméabilité sont directement influencées par l'agencement des grains de sable.
- La porosité est le pourcentage du volume total occupé par les interstices au sein d'une roche donnée. La porosité est directement influencée par l'empilement des grains sphériques de taille uniforme, qui varie d'un empilement lâche à un empilement très compact dans les grès.
- La perméabilité est la vitesse à laquelle l'eau ou d'autres fluides s'écoulent à travers la roche. Pour les eaux souterraines , la perméabilité peut être mesurée en gallons par jour à travers une section transversale d'un pied carré sous un gradient hydraulique unitaire .
Types de grès
Les grès sont généralement classés par comptage de points sur une lame mince, selon une méthode telle que la méthode de Gazzi-Dickinson . Cette méthode permet de déterminer les pourcentages relatifs de quartz, de feldspath et de grains lithiques, ainsi que la quantité de matrice argileuse. La composition d'un grès peut fournir des informations importantes sur la genèse des sédiments lorsqu'elle est utilisée conjointement avec un diagramme triangulaire quartz-feldspath-lithique ( diagramme QFL ). Cependant, les géologues ne sont pas parvenus à un consensus sur les limites des régions délimitant le triangle QFL.
Les aides visuelles sont des diagrammes qui permettent aux géologues d'interpréter différentes caractéristiques d'un grès. Par exemple, un diagramme QFL peut comporter un modèle de provenance illustrant l'origine tectonique probable des grès présentant diverses compositions de grains de la matrice. De même, le diagramme des stades de maturité texturale illustre les différentes étapes que traverse un grès à mesure que le degré de transformation cinétique des sédiments augmente.
- Un diagramme QFL représente la structure granulaire et la matrice d'un grès. Ce diagramme est similaire à ceux utilisés en pétrologie ignée. Correctement établi, ce modèle d'analyse permet une classification quantitative pertinente des grès.
- Un tableau de provenance des grès est généralement basé sur un tableau QFL, mais il permet aux géologues d'interpréter visuellement les différents types de lieux d'où peuvent provenir les grès.
- Un diagramme de maturité texturale illustre les différences entre les grès immatures, submatures, matures et surmatures. À mesure que le grès mûrit, ses grains s'arrondissent et sa matrice contient moins d'argile.
Le système de classification de Dott
Dott's (1964) sandstone classification scheme is one of many such schemes used by geologists for classifying sandstones. Dott's scheme is a modification of Gilbert's classification of silicate sandstones, and it incorporates R.L. Folk's dual textural and compositional maturity concepts into one classification system. The philosophy behind combining Gilbert's and R. L. Folk's schemes is that it is better able to "portray the continuous nature of textural variation from mudstone to arenite and from stable to unstable grain composition". Dott's classification scheme is based on the mineralogy of framework grains, and on the type of matrix present in between the framework grains.quartz or chert rock fragments. Quartz arenites are texturally mature to supermature sandstones. These pure quartz sands result from extensive weathering that occurred before and during transport. This weathering removed everything but quartz grains, the most stable mineral. They are commonly affiliated with rocks that are deposited in a stable cratonic environment, such as aeolian beaches or shelf environments. Quartz arenites emanate from multiple recycling of quartz grains, generally as sedimentary source rocks and less regularly as first-cycle deposits derived from primary igneous or metamorphic rocks.
- Les wackes quartziques sont rares car les arénites quartziques sont texturalement matures à supermatures.
- Les wackes feldspathiques sont des grès feldspathiques qui contiennent une matrice supérieure à 15 %.
- La wacke lithique est un grès dont la matrice est supérieure à 15 %.
Quartzite
Dès 1941, les géologues avaient constaté que certaines roches présentaient les caractéristiques macroscopiques du quartzite, bien qu'elles n'aient pas subi de métamorphisme à haute pression et haute température. Ces roches n'ont été soumises qu'aux températures et pressions beaucoup plus faibles associées à la diagenèse des roches sédimentaires, mais cette diagenèse les a cimentées si profondément qu'un examen microscopique est nécessaire pour les distinguer du quartzite métamorphique. Le terme orthoquartzite est utilisé pour différencier ces roches sédimentaires des métaquartzites issues du métamorphisme. Par extension, le terme orthoquartzite a parfois été appliqué plus généralement à toute arénite quartzeuse cimentée par du quartz . L'orthoquartzite (au sens strict) est souvent composée à 99 % de SiO₂ avec seulement de très faibles quantités d'oxyde de fer et des traces de minéraux résistants tels que le zircon , le rutile et la magnétite . Bien que peu de fossiles soient généralement présents, la texture et les structures sédimentaires d'origine sont préservées.
La principale distinction entre une orthoquartzite et un grès quartzique ordinaire réside dans la cimentation si intense de l'orthoquartzite qu'elle se fracture transversalement aux grains, et non autour d'eux . Cette distinction est observable sur le terrain . La différence entre une orthoquartzite et une métaquartzite tient quant à elle au début de la recristallisation des grains existants. La limite se situe à l'endroit où les grains de quartz déformés commencent à être remplacés par de nouveaux grains de quartz non déformés et de petite taille, produisant une texture en mortier identifiable en lame mince au microscope polarisant. Avec l'augmentation du degré de métamorphisme, la recristallisation se poursuit et engendre une texture alvéolaire , caractérisée par des grains polygonaux se rejoignant aux points triples, puis une texture porphyroblastique , caractérisée par des grains grossiers et irréguliers, incluant quelques grains plus gros ( porphyroblastes )
Utilisations
Le grès est utilisé depuis la préhistoire pour la construction, les œuvres d'art décoratives et les outils. Il a été largement employé dans le monde entier pour la construction de temples, d'églises, de maisons et d'autres bâtiments, ainsi que dans le génie civil .
Bien que sa résistance aux intempéries soit variable, le grès est facile à travailler. C'est pourquoi il est couramment utilisé dans la construction et le pavage , notamment pour le béton bitumineux . Cependant, certains types utilisés par le passé, comme le grès de Collyhurst dans le nord-ouest de l'Angleterre , ont présenté une faible résistance aux intempéries à long terme, nécessitant des réparations et des remplacements dans les bâtiments anciens. Grâce à la dureté de leurs grains, à l'uniformité de leur granulométrie et à la friabilité de leur structure, certains grès sont d'excellents matériaux pour la fabrication de meules , destinées à l'affûtage des lames et autres outils. Les grès non friables peuvent servir à fabriquer des meules pour moudre les grains, comme le grès concassé .
L’orthoquartzite, un type de grès quartzique pur composé à plus de 90-95 % de quartz a été proposé pour inscription au patrimoine mondial des pierres . Dans certaines régions d’Argentine, la façade en orthoquartzite est l’une des principales caractéristiques des bungalows de style Mar del Plata .