QUARTZITE-GRÈS
(Musée Lille,n«A-i3.)
Étude micrographigae. — Grains de quartz à peu près calibrés, plus gros que dans les spécimens décrits plus haut; un des éléments est très riche en aiguilles de rutile. Les autres minéraux sont réduits à un seul grain de tourmaline.
La plupart des quartz ont une aiu^éole secondaire et ne laissent que de petits vides en forme de coins. La largeur de l'auréole est telle que l'intervention d'un ciment primordial est nécessaire.
La roche est un guartzite-grès bien caractérisé, dépourvu de ciment et très difiiérent des quartzites-grès décrits plus haut.
Je n'ai pas à ma disposition les matériaux nécessaires pour pénétrer complètement le mystère qui plane encore sur les grès de Mariemont. Les deux préparations étudiées m'ont été procurées par M. Gosselet; dles sont tirées de roches très différentes. Le quartzite-grès sans ciment présente de grandes
affinités avec les autres « grès» landéniens, tandis que Téchantillon pourvu d*un ciment en est profondément distinct. La différence s'accuse encore pour un autre type, également tiré de Téchantillon n^ 1 1 099, dans lequel le ciment est tellement développé qu'il est impossible de le ranger parmi les « grès ».
M. Barrois, qui a soumis différents grès de Marlemont à une étude micrographique , a montré combien la transformation qu'ils ont subie est singulière et difficile à interpréter :
« L'étude microscopique de ces blocs ne m'a pas permis de comprendre l'origine et le mode de fprmation de cette curieuse altération. La partie centrale des blocs de Marlemont, vue au microscope, est identique aux grès des Lignites du Bassin de Paris; elle est formée de gros grains de quartz, roulés, clastiques, et polarisant vivement... Les coupes de la partie corticale des blocs de Marlemont ne montrent plus que de rares gros grains roulés clastiques. Cette roche, vue à la lumière naturelle , parait formée de très petits grains de quartz à contours très irréguliers et à angles très vifs; ils paraissent noyés dans une pâte transparente... entièrement formée de grains de quartz extrêmement petits... Tous ces grains polarisent vivement et indépendamment les uns des autres; il n'y a aucune orientation. La roche est donc une véritable poussière de quartz en grains anguleux, rappelant ceux du limon, leur petitesse est telle qu'on ne voit entre eux aucune lacune, aucun intervalle. »
M. Gosselet a donné de cette métamorphose l'explication suivante :
«L'observation de M. Gh. Barrois, écrit-il dans UArdenne (p. 83 1), est des plus importantes, car ces roches constituent un bel exemple de métamorphisme atmosphérique . On ne peut guère douter que la pulvérisation du quartz dans la zone corticale ne soit due aux alternatives de chaleur et de gel. Ce serait im phénomène analogue à celui qui se passe dans l'éclatement des silex. En même temps, il y avait dissolution d'une partie de la silice par l'eau de pluie. Cette silice, en se consolidant dans les fentes, cimentait les fragments de quartz et augmentait la dureté de la roche. »
Cette explication de M. Gosselet semble donner une solution satisfaisante au problème posé. Il est pourtant bien difficile de concevoir comment l'action de l'atmosphère peut transformer un grès — essentiellement composé de gros grains de quartz élastique — en une roche radicalement différente, formée de menus grains de quartz, plongés dans un ciment susceptible de l'emporter sur les minéraux. Il faut qu'il y ait à la lois morcellement et dissolution partielle du quartz élastique. C'est une solution siliceuse, élaborée sur place aux
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dépens du quartz élastique , qui aurait donné naissance au ciment parfois très abondant et dominant, composé de quartz microcristallin associé ou non à de Topale et à diverses impuretés.
Jai relevé deux particularités qui paraissent favorables à la conception de M. Gosselet :
I ^ Des grains ont la forme d éclats;
s^ Un nombre très notable se signalent par des contours profondément corrodés.
B convient d'ajouter que dans tous les cas où j*ai noté la présence de quartz rongés dans les quartzites, autres que ceux de Mariemont, le ciment pénètre dans toutes les découpures des minéraux. La corrosion du quartz s'étant opérée in sita, on est conduit à supposer que le ciment s'est littéralement développé au détriment des éléments élastiques. Ce qui est l'exception pour Tensemble des quartzites serait la règle pour la roche de Marlemont.
II est acquis que beaucoup de grès landéniens ont été démantelés et soiunis aux agents atmo^hériques au même titre que le grès de Marlemont; il est singulier qu'ils n'aient enregistré aucune trace de morcellement des grains de quartz par éclatement. C'est pour ce motif que je désire réserver mon opinion sur le mécanisme de la fragmentation des grains de quartz. Les observations de M. Barrois ont établi que les influences atmosphériques sont le point de départ des métamorphoses du dépôt; j'ai montré que le phénomène de dissolution de la silice, supposé par M. Gosselet, a contribué à transformer le grès. Je ne me prononcerai sur le mécanisme du morcellement des grains de sable qu'après avoir étudié de nouveaux matériaux. L'explication cherchée doit se trouver dans la zone de passage du grès au quartzite. Peut-être nous dira-t-elle que le morcellement est en partie l'œuvre des phénomènes de corrosion.
Quartzite-grès de Stonne (Ardennes).
(Musée Laie, n* 817.)
Le « caillou de Stonne » se rattache par son gisement au « grès » de Mariemont. M. Gosselet (') le définissait en 1 88 1 « un grès siliceux, presque un quar-tzite, perforé de nombreux trous cylindroïdes ». A Stonne la roche gît eu blocs isolés, à la base du limon, absolument comme le grès landénien du
^^ J. G08SRLBT, Sur ie caillou de Stonne (Ann. Soc. G. Nord, t. VIII, p. !io5. 1880-1881).
GRÈS DU TKRTUmi PARISIBlf. h
IMyMVCKIE 1IAT10!IAI.C.
Nord. Sa disposition est tellement irrégulière qu'on le recherche à la sonde. Le t caillou de Stonne » jouit dans le département des Ardennes d une grande réputation pour l'entretien des routes (*).
Caractères liihologiques. — Roche gris clair, compacte et très dure. Cassure très fine, écailleuse. A la loupe, on distingue un ciment dans lequel les grains sont assez solidement fixés pour qu'ils soient tous tranchés par la cassure. Petites vermiculures fréquentes.
Etude micrographique. — Grains de quartz de toutes dimensions, anguleux ou arrondis, ne se touchant presque jamais et inégalement distants. Rares orthose et zircon. Beaucoup de quartz ont conservé leurs caractères détritiques, mais la majorité des éléments sont hérissés de petites pointes, de prolongements irréguliers, parfois ramifiés ou affectant la forme de crochets. Certaines de ces pointes irrégulières pénètrent profondément dans le ciment et contribuent à rendre la roche dure et exceptionnellemnnt cohérente. Cette modification dans les contours des grains de sable est le résultat d'un accroissement secondaire très inégal, susceptible de n'affecter qu'une partie de la surface. En général, il n'existe aucune séparation entre le grain de quartz et son enveloppe dentelée de silice secondaire, si bien qu'un examen rapide des sections évoque immédiatement l'idée de minéraux rongés. A côté des individus dont les caractères morphologiques s'expliquent par un nourrissage très capricieux, il en est qui sont profondément échancrés et dont les découpures profondes semblent provenir d'un phénomène de dissolution et non d'un accroissement secondaire. J'ai donné plus haut un argument décisif en faveur de la corrosion des grains de quartz.
Le ciment est principalement formé de quartz grenu très fin. On rencontre , de ci de là, des ilôts essentiellement constitués par de l'opale indifférenciée parsemée de petits grains de quartz secondaire, et des plages où le quartz très dominant est associé à l'opale. Bref, entre la mosaïque de quartz qui constitue le ciment, dans la plus grande partie de la roche, et les taches d'opale presque pures, il y a tous les passages.
La pierre de Stonne est un quartzile^grès à ciment de quartz grenu. Elle ne peut être attribuée aux quartzites qu'en modifiant la conception de ce groupe.
^'^ J. GossBLBT, Deuxième note sur le caillou de Stonne [Ann. Soc, G. Nord, t. XVIII, p. 170; 1890).
GRES LANDENIENS. 27
Chiartzite de Noydles-sous-B^onne (Pas-de-Calais).
(Musée LiUe.)
Caractères lithologiques. — Roche blanche, grenue, rugueuse au toucher. Cassure peu écailleuse. A la loupe, on distingue quelques vides, mais les parties qui en sont dépourvues dominent.
Etude micrographique. — Quartz en grains de diamètre très variable , les uns purs, les autres pétris d'inclusions solides qui en suppriment presque complètement la transparence. Très rares agrégats. Grains arrondis de zircon assez fréquents.
Presque tous les vides ont disparu par nourrissage du quartz; la limite première des grains est généralement très apparente. Une partie des éléments étaient peut-être contigus à l'origine. L'intervention d'un ciment secondaire est nécessaire pour un grand nombre d'individus. Les rares vides qui ont persisté résultent d'un arrêt de développement dans l'accroissement secondaire; quelques-uns sont oblitérés par du quartz grenu.
Le « grès » de Noyelles est un quartzite typique, faiblement poreux.
QuartiKite et grès à silex de Betizeville (Seine-Inférieure).
(Musée Lille.)
Caractères lithologiques. — t Grès » très cristallin renfermant des silex remaniés. Dans son ensemble , la roche est blanche , un peu rose et très rugueuse. Elle se montre à la loupe dépourvue de ciment, avec une cassure très inégale qui tranche tous les grains. Les parties voisines des silex présentent cette apparence, ou une structure toute différente caractérisée par l'existence d'un ciment. A la loupe, on distingue les grains de sable plongés dans un ciment qui parait amorphe, du moins aux faibles grossissements. Le grès à ciment n existe qu'autour dés silex; mais le développement en est fort irrégulier. Un même silex ed entouré d'un côté par du grès très cristallin et de l'autre par du grès à ciment, et ces deux types passent insensiblement de l'un à Tautre/Là modification de structure en rapport avec les silex peut s'observer sur plus. de i centinsètre de* large. Dans tous les cas^ la soudure avec le silex
est des plus intimes. Un coup de marteau coupe aussi bien les silex que les quartz, sans provoquer «la désagrégation des éléments.
Étude micrographique. — L'étude des préparations tirées du même échantillon révèle Texistence de structures et de compositions très diverses. On trouve réunies dans la même roche, et souvent dans la même section, des structures de quartzite et de grès.
En beaucoup de points, les minéraux clastiques nont subi aucun accroissement; ce sont des grains de quartz très anguleux ou arrondis, de diamètre très variable. Des feldspaths orthose et plagioclases , des tourmalines incomplètes, des zircons et rutiles en grains s'observent à raison de quelques éléments par préparation. Les grains de sable n'étaient nulle part en contact à l'origine , mais ils étaient plus ou moins rapprochés, suivant les plages. Ces minéraux étant signalés ime fois pour toutes, voyons quelles sont les différentes manières d'être du grès de BeuzeviUe.
1^ Les minéraux sont plongés dans une trame d'opale indifférenciée. Le cas s'observe à grande échelle autour d'un silex. Cette partie de la roche est un grès opalifère.
a^ Par places, le ciment d'opale devient progressivement cristallin; il s'éclaircit, se charge peu à peu de petits grains de quartz. Quand la transformation de lopale est complète , on trouve à sa place une mosaïque de quartz secondaire extrêmement fine. Ce qui est l'exception en certains points devient la règle ailleurs, et la roche passe ainsi au grès quartzeux. Une pareille structure s'observe soit au contact même des silex , soit dans leur voisinage immédiat. Elle comporte par exception un commencement d'accroissement secondaire qui 3e traduit par l'apparition de petites franges, sur le bord du quartz élastique. Un seul élément plongé dans un ciment composé de quartz et d'opale présente une petite auréole secondaire très nette.
3^ Un troisième type correspond à la disparition partielle du ciment. Le quartz détritique est auréolé ; les grains se moulent les uns sur les autres en laissant quelques petits vides en forme de coins, comblés ou non par du quartz microcristdlin. H n'y a pas de passage graduel entre le terme précédent et celui-ci. De pareilles plages caractérisent un quartzite à ciment de quartz.
k^ Dans les espaces qui séparent les grains auréolés, on reconnaît fréquemment des grains de quartz secondaire d'une grande limpidité, toujours dé-
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pourvus d'inclusions. Chaque vide laissé par plusieurs grains devenus contigus par accroissement secondaire est occupé par un seid quartz secondaire. L'élément qui prend naissance dans ces conditions offre des dimensions comparables aux petits grains de quartz élastique. Dans les plages ainsi constituées, il reste de petits vides en forme de coins. La roche qui correspond à ce quatrième type est un quartzite où Ton trouve moulés les uns sur les autres des matériaux de deux origines; c'est un quartzite composé de grains élastiques auréolés et de grains entièrement secondaires. Je n'ai observé cette manière d'être que dans les « grès » de Proix et de Beuzeville , et ce sont les seuls exemples rencontrés dans la série sédimentaire.
5° La dernière variété est un quartzite dont tous les grains étaient presque juxtaposés et qui ont tous subi un accroissement secondaire assez important poiur oblitérer tous les vides. Cette structure est celle qui prend si facilement naissance dans les « grès » tertiaires du Bassin de Paris; on l'observe jusqu'au contact des silex; c'est elle qui caractérise la masse principale du grès; à une certaine distance , elle règne à l'exclusion de toutes les autres.
n résulte avec évidence de la description précédente que la présence des silex a exercé une grande influence sur la nature et les transformations du ciment.
La roche, qui est normalement un quartzite d'im type banal, garde sa composition au contact des silex ou se modifie profondément autour de ces corps étrangers sur une épaisseur maxima de i centimètre environ.
Aux modifications exomorphes provoquées manifestement par les silex, s'en ajoutent d'autres dont les silex mêmes sont le théâtre , et que j'appellerai endomorphes.
A l'œil nu, les silex se comportent comme des galets à contours arrondis, franchement arrêtés. Au microscope, la ligne de contact est parfois dentelée. Le silex envoie de courtes apophyses dans le quartzite et le quartzite pénètre dans le silex. La structure même du silex est souvent modifiée. De cryptocristallin qu'il est normalement, il passe par exemple à une fine mosaïque de quartz. Ailleurs, au contact du grès opalifère, il est absolument impossible de dire où finit le silex; sa bordure est tout entière à l'état de silice amorphe, alors que le silex est partout très pauvre en opale. Il est clair que le grès subit tinfiuence du silex, et quil réagit en modifiant plus ou moins la périphérie du silex*
Le grès de BeuzeviUe appartient à ia catégorie des grès à ciment primordisJ. En un point, le grès opalifère présente un développement exceptionnel de ciment d'opale qui forme une grande plage d'où le quartz dastique est presque exdus. Un Foraminifère silicifié s'y rencontre. Il derient ainsi probable que les grains de sable étaient rdiés à l'origine par une boue calcaire.
La roche mère étant toujours un sable pourvu d'un ciment primordial calcaire, l'évolution du dépôt peut être exprimée par les trois tableaux suivants correspondant à trois hypothèses distinctes :
i^ Le ciment calcaire est transformé en opale ou 'en quartz microcristallin; en même temps, des grains de quartz subissent un accroissement secondaire. — Les cinq structiu^es qu'on rencontre dans la roche correspondent à un même moment de la formation du dépôt (fig. 5). L'opale et le quartz secondaire, avec ses différentes manières d'être, se déposent simultanément.
Sable ( Cim«nt primordial calcaire)
Ciment d'opale (Grès opalifêraj
Cimartt de quarts microcristâllio ( Grèsquartzeuji )
Qyrtiite avec
vestiges de ciment
Fig. 5.
Quartzite à éléments seconda ira»
Quartzîce typi<)ut
a® Le ciment primordial calcaire est tout entier transformé en opale (fig. 6). — De cette opale qui a pris la place du csdcaire, il ne reste que les rares vestiges qui donnent naissance au grès opalifère. La majetu*e partie a cristallisé pour engendrer, ici, le quartz microcristallin, là, les auréoles secondaires des éléments des différents types de quartzite. Cette hypothèse est justifiée par le mélange intime de l'opale et du quartz grenu et surtout par l'apparence très découpée des îlots d'opale, inclus dans les mosaïques de quartz comme des témoins d'une formation primitivement plus étendue et qui aurait été en [)artie transformée en quartz secondaire.
GRES LANDÉNIENS.
SI
Sable .
(Ciment primordial c«fcair«)
Ciment d'opale
Ci maet d'opale Cimtnl de quartx micirocnstaDin QuarUiie avec ( Cr»s opatifére ) ( Grés guartiaux ) " vestiges de ciment
Fîg. 6.
' Quart itU à éléments secondaires
QuAritiie typique
3^ L'impossibilité de constater ie passage de fopale au quartz des auréoles conduit à formuler une troisième hypothèse. Une partie de la roche a été pourvue <fun ciment ff opale — elle correspond aux plages à ciment; — l'autre partie est arrivée directement aux stades qucartzites par développement d'auréoles secondaires aux dépens du ciment primordial calcaire (fig. 7).
Sable ( Ciment primordial calcaire )
Ciment d'opale
Cimant d'opale Dment de quarts microcristolRn ( Grès opalifere ) (Crès quarteeun)
Quantiite avec veetige» déciment
Fig. 7.
Quarttite à Quartxite typigu»
élémenu secondaires
On verra à la fin de ce travail quelles sont les raisons qui plaident en faveur du premier type d'évolution du dépôt. Il implique une conséquence très importante, c'est que des variétés de silice très différentes, que des structures très diverses ont pris naissance au même moment, en des points très rapprochés, sous Tinfluence d une seule et même solution siliceuse.
Quartzite et qpiartzite-gràs de Gerfontaine (Nord).
(Musée Lille.) (EHanche X, fig. 21.)
Caractères lithologiques. — Roche grise, nuancée de rose, compacte, enrobant des débris de phtanites noirâtres. La masse principale de Téchantillon apparaît très cristalline, saccharoide et homogène. Ces caractères s'observent ou non jusqu'au bord des phtanites. Le plus souvent, la structure se modifie d'une façon très visible au contact et au voisinage des noyaux siliceux. La cassure devient un peu laiteuse, très fine et franchement lustrée; on discerne aisément à la loupe un ciment d'apparence amorphe dans lequel plongent les éléments de quartz. La soudure entre le « grès » et le phtanite est tellement intime qu'il est impossible de délimiter les deux parties soit à l'œil nu, soit à la loupe. On retrouve dans cette roche tous les caractères signalés dans les grès à silex de Beuzeville. La zone transformée en grès à ciment est très irrégulière et peut faire défaut. Sa largeur dépasse rarement i centimètre.
Etude micrographique. — L'examen macroscopique fait pressentir les plus grandes analogies entre la roche de Beuzeville et celle de Gerfontaine; l'examen microscopique confirme cette présomption. Je caractériserai rapidement les structures observées.
Grains de quartz de calibre différent, en contact ou non à l'origine, et le plus souvent séparés. Beaucoup d'éléments sont remplis d'inclusions solides et se signalent par une apparence laiteuse quand on les examine par transparence. Un élément de quartz est bourré de fines aiguilles de sillimanite.
A distance des phtanites, la roche est un quartzite dans lequel l'accroissement secondaire des grains a souvent laissé de petits intervalles vides. , Dans la direction du noyau siliceux, on voit apparaître, de distance en distance, de petits agrégats de quartz microcristallin remplissant les vides intergranulaires. Ges agrégats se multiplient rapidement et l'on passe, par
GRES LANDENIENS. 33
degrés et insensiblement, à une roche dont les grains de quartz sont plongés dans un ciment de quartz microcristallin et d'opale accessoire. Cette composition s'observe jusqu'au contact de» phtanites. On rencontre dans ce « grès » à ciment trois types de grains de quartz :
1® Des éléments à contours détritiques;
2^ Des grains pourvus d'une auréole secondaire qui les a dotés d'un contour dentelé nettement arrêté;
3® Des individus qui semblent faire corps avec le ciment et qui se di^ tinguent de tous les autres par une bordure nuageuse sans limites précises.
Les transformations qui s'opèrent dans un certain rayon autour des galets de phtanite sont de même nature que celles des grès à silex et moins complexes, n reste évident que les galets siliceux exercent dans leur voisinage une influence sur la composition et la structure du ciment. La silice secondaire fixée dans la zone d'influence des phtanites subit une destinée spéciale et affecte des manières d'être qui font absolument défaut loin des corps siliceux.
La délimitation des enclaves de phtanite et du « grès » est souvent incertaine (PI. X, fig. 2i). Le phtanite en lumière polarisée peut être identique au ciment du grès; le quartz en menus éléments y figure en abondance.
Quant à la roche qui englobe les phtanites, elle est, suivant les points, un quartzile typique, un quartzite avec traces de ciment de quartz microcristallin ou un quarlzite-^rès à ciment.
RÉSUMÉ ET CONCLUSIONS
La plupart des caractères des grès landéniens sont négatifs :
1^ Hs ne renferment jamais de glauconie;
2** Les microorganismes sont pour ainsi dire absents, — un seul Foraminifère a été observé dans toute la série;
3® Les feldspaths et les débris de silex manquent dans la majorité des échantillons;
4^ Les minéraux lourds (^zircon, tourmaline, etc.) figurent dans chaque préparation;
5^ La fréquence des indusions dans le quartz est sujette à de nombreuses variations; la présence d'aiguilles de rutile est à signaler dans [Plusieurs grès;
6® La place réservée au ciment primordial était restreinte, mais d existait dans tous les types étudiés.
6RB8 DU TBRTIAIRB PARISIE!!. 5
larBIMB»» lATlOXâU.
Les i grès » landéniens sont siliceux et jamais calcaires; le grès ferrogineax est exceptionnel. Malgré Texclusion du calcaire, les Tariations de composition et de structure du cimeqt sont très nombreuses, et fon peut distinguer les termes suivants :
Grès ferrugineux à ciment originel, remplacé par de la limonite ;
Grès opalifère;
Grès quartzeux;
Grès-quarlzite à ciment d'opale et de quartz , à ciment de quartz ou à ciment ferrugineux; les caractères de quartzite sont dus, non au moulage de grains de quartz les uns sur les autres, mais à Teffacement des contours détritiques d'une partie des éléments;
Quartzite-grès à ciment de quartz et d'opale ou à ciment de quartz;
Quarlzite-grès dépourvu, de ciment;
Quartzite-grès sans ciment dont une partie des éléments de quartz moulés les uns sur les autres sont secondaires;
Quartzite à ciment de quartz ;
Quartzite typique.
n y a dans Thistoire des « grès » landéniens trois faits qui méritent d'être soulignés :
A. Deux groupes d'échantillons — BeuzeviUe et Gerfontaine — renferment des galets de silex et de phtanite. La composition et la structure des grès au contact de ces corps et dans un faible rayon sont profondément modifiées, et la même préparation montre réunies, dans l'espace de i centimètre carré, cinq structures différentes (p. a 8). Dans toute la zone d'influence des aîlex et des phtanites, la silice secondaire change de manière d'être d'un point à un autre.
Inversement, les silex et phtanites se modifient à la périphérie où la aiUce est remise en mouvement, ici corrodée, là recristallisée , pour déterminer dans tous les cas un passage insensible au grès.
B. On trouve dans la série landénienne un type de quartzite d'origine mixte et nouveau à ma connaissance. La silice secondaire, an lieu de nourrir tous les grnns anciens ou de combler les vides par une mosaïque de petits éléments, ne donne naissance qu'à un seul individu dans diaqne vide, et cet unique grain, de dimensions comparables aux éléments dastiques, remplit à lui
GRÉS LANDÉNIENS. 35
seul tout le vide. Ce développement de quartz secondaire se produit en même temps que le nourrissage des grains; le quartzite qui en résulte est formé par des éléments de deux odgines.
C. J'ai signalé dans plusieurs grès lustrés Teffacement des caractères détritiques de nombreux grains de quartz. Des éléments perdent in situ leurs contours primitifs. Les plus nombreux deviennent dentelés et passent graduellement au ciment; quelques autres sont profondément corrodés et parfois fragmentés. Il est certain que Thistoire de ces roches comporte une phase de dissolution des grains de quartz élastique. Les contours simplement dentelés ou frangés sont le plus sauvent, sinon toujours, d'un accroissement secondaire très inégal.
