La transgression miaolingienne et la biozone Oryctocephalus indicus dans la vallée de Sumna (Spiti), Himalaya, Inde
Comptes Rendus. Géoscience, Tome 352 (2020) no. 2, pp. 157-168.
Birendra P. Singh ; Garry Singla ; Om N. Bhargava ; Ramanpreet Kaur ; Stanzin Stopden
(traduction de DeepL post-éditée par N. Bacaër, suggestions d'amélioration : nicolas.bacaer@ird.fr)
Résumé
La biozone d'Oryctocephalus indicus (Wuliuan, Miaolingian) est reconnue dans la vallée de Sumna, dans la partie sud-est de la région de Spiti dans l'Himalaya, sur la base de la date de la première apparition et de la dernière apparition d'Oryctocephalus indicus. La biozone a une épaisseur d'environ 5,6 m (17,8-23,4 m), et elle contient les trilobites Oryctocephalus indicus, Pagetia significans et Kunmingaspis pervulgata. Des études comparatives des variations lithologiques à travers la transition de la Série 2 du Cambrien - Wuliuan (Miaolingien) dans les vallées du Parahio et de Sumna (partie sud-est de la région de Spiti) montrent que les dépôts de Wuliuan (Miaolingien) ont transgressé sur la surface ondulatoire de la Série 2 du Cambrien. La partie supérieure des dépôts de la série 2 du Cambrien, dans la partie sud-est de la région de Spiti, est caractérisée par une unité de grès ferrugineux brun-rougeâtre, à grain très grossier, qui indique un diastème antérieur à la transgression de Wuliuan (Miaolingien).
1. Introduction
Globalement, la première date d'apparition (FAD) d'Oryctocephalus indicus est considérée comme la base du stade de Wuliuan, Série Miaolingienne [Zhao et al. 2019]. Dans le Cambrien de la région de Spiti (Himalaya), la biozone d'Oryctocephalus indicus est également considérée comme la base de la Série Miaolingienne ( ~509 Ma) [Singh et al. 2016a, 2017a]. Cela a été bien documenté dans les vallées du Parahio et du Pin, dans la partie sud-est de la région du Spiti [Singh et al. 2016a, 2017a,b]. Bien que les roches cambriennes soient largement réparties dans l'Himalaya, la vallée du Parahio (région de Spiti) constitue la section la plus étudiée des gisements cambriens [Hayden 1904 ; Reed 1910 ; Jell et Hughes 1997 ; Shah et Paul 1987 ; Sahni et Soudan 1996 ; Shah et al. 1988, 1991 ; Peng et al. 2009 ; Singh et al. 2014, 2015, 2016a,b, 2017a,b ; Popov et al. 2015 ; Hughes 2016a,b ; Gilbert et al. 2016 ; Yin et al. 2018 ; Kaur et al. 2019]. Cependant, les roches cambriennes sont également présentes dans les vallées de Sumna, Pin et Chandra de la région de Spiti [Bhargava et Bassi 1998]. Jusqu'à présent, aucun fossile corporel cambrien n'a été signalé dans la vallée de Chandra. Dans la vallée du Pin, la biozone O. indicus a été récemment délimitée [Singh et al. 2017b]. La faune de trilobites signalée dans la section de la vallée de Sumna (au confluent des vallées du Parahio et de Sumna) comprend le plus jeune niveau de trilobites, c'est-à-dire le niveau des butes d'Iranoleesia [Peng et al. 2009 ; Singla et al. sous presse].
Le présent travail concerne la vallée de Sumna, où nous délimitons la biozone d'Oryctocephalus indicus. En outre, un compte rendu comparatif de la variation des lithologies à travers la transition cambrienne Série 2-Wuliuan (Miaolingienne) dans les vallées du Parahio et de Sumna (partie sud-est du Spiti) est présenté pour interpréter la configuration du bassin pendant le dépôt.
2. Cadre géologique et lithostratigraphie
On sait que les gisements cambriens de l'Himalaya se trouvent dans les zones lithotectoniques de Tethyan et du Petit Himalaya, qui sont séparées par la zone lithotectonique métamorphosée du Grand Himalaya (figure 1a). La zone himalayenne de Téthys est délimitée au nord par la zone de suture indotsangpo et au sud par le système de détachement du sud du Tibet (Burchfiel et al. 1992 ; Hodges et al. 1992 ; Searle et Treloar 1993). La région de Spiti se trouve dans la partie la plus septentrionale de l'État de l'Himachal Pradesh et fait partie de la zone himalayenne de Téthys [Srikantia 1981 ; Bhargava et Bassi 1998 ; Srikantia et Bhargava 2018]. Les gisements cambriens de la région du Spiti sont bien exposés dans plusieurs localités ; par exemple, la vallée de Chandra (partie nord-ouest de la région du Spiti), Ratang Nala (partie centrale de la région du Spiti) et les vallées du Parahio, de Sumna et du Pin (partie la plus méridionale de la région du Spiti).
Figure 1. Carte de localisation de la partie sud-est de la région du Spiti et des vallées du Parahio et de Sumna (modifiée après [Bhargava et Bassi 1998]). Les points A, B et C de la carte indiquent l'emplacement des sections et la ligne bleue indique la biozone Oryctocephalus indicus le long des sections étudiées dans les vallées du Parahio et de Sumna.
Lithostratigraphiquement, les gisements cambriens de la région de Spiti sont classés dans le groupe de Haimanta [Srikantia 1981 ; Bhargava et Bassi 1998]. Les roches sédimentaires ancrées et métamorphisées du groupe de Haimanta reposent tectoniquement ou de manière non conforme sur les roches fortement métamorphisées de la zone du Grand Himalaya. Cependant, divers auteurs ont appelé ce contact tectonique le système de failles du Tibet du Sud [Burchfiel et al. 1992 ; Hodges et al. 1992 ; Searle et Treloar 1993 ; Myrow et al. 2003, 2009 ; Webb et al. 2007 ; Kellett et Grujic 2012 ; Leloup et al. 2015 ; Lui et al. 2017], même s'il n'a pas été correctement délimité sur une carte.
La nomenclature des roches cambriennes de la région de Spiti fait actuellement l'objet d'un débat [Myrow et al. 2006 ; Bhargava 2008, 2011 ; Singh et al. 2014, 2016a ; Hughes et al. 2018, 2019 ; Srikantia et Bhargava 2018]. Dans le présent travail, nous suivons Singh et al. 2014 et adoptons le nom de Kunzam La (Parahio) Formation. Le schéma lithostratigraphique généralisé de la région de Spiti est illustré dans le tableau 1.
3. Section étudiée
La vallée de Sumna est une vallée subsidiaire de la vallée du Parahio, orientée nord-sud. Elle se situe entre les vallées du Parahio (au nord-ouest) et du Pin (au sud-est) (figure 1b). La section étudiée se trouve à environ 3,52 km au sud-est du confluent des rivières Sumna et Parahio. La section est exposée sur la pente orientée sud-ouest sur la rive de la rivière Sumna (GPS : N 32° 0.291' et E 77° 57.308') (figures 1b et 2). La section mesurée a une épaisseur de 49,5 m, et la base de la section se trouve près de la rivière Sumna. La section est divisée lithologiquement en cinq lithounits, I-V (figures 2 et 4). Le lithounit I, exposé à la base de la section, est constitué de 4,0 m de grès intercalé, mince à épais (0,2-1,1 m), à grain fin, à lit croisé bosselé et de lits de schiste mineurs (0,1-0,2 m). L'interface des lits de schiste et de grès à grain fin présente une faible bioturbation (Planolites). Lithounit-II est une succession de 13,8 m d'épaisseur de grès à grain moyen à grossier. Le grès présente des surfaces de réactivation, des sommets ondulés et quelques laminations croisées en creux. Le sommet de 0,56 m de ce lithounit est du grès ferrugineux à gros grains rougeâtre, altéré par les intempéries, ce qui peut indiquer une exposition aérienne ou un diastème (figure 3). Le lithounit-III est une succession de 5,6 m d'épaisseur composée de schiste noirâtre à bleuâtre (0,7 m), de schiste limoneux (0,1-0,3 m) et de siltite et de grès intercalés mineurs (0,1-0,2 m). Le schiste noirâtre à bleuâtre et le schiste limoneux contiennent les trilobites Oryctocephalus indicus, Pagetia significans et Kunmingaspis pervulgata (figure 5). La biozone Oryctocephalus indicus n'est signalée que dans cette unité. Lithounit-IV est une succession de 5,8 m d'épaisseur et consiste en une alternance de schistes limoneux et de minces lits de grès à grain fin. Les minces lits de siltstone (0,1-0,3 m) et de grès (0,1-0,2 m) présentent des surfaces ondulées. Les lits de siltite contiennent des Pagetia significans et des Kunmingaspis pervulgata. Oryctocephalus indicus ne se trouve pas dans ce lithounit. Le lithounit-V a une épaisseur de 20,3 m et est constitué de grès à grain moyen à grossier, de 0,5 à 1,1 m, présentant des lits transversaux en auge et des structures en boules et en oreillers. On n'a pas trouvé de fossiles bien conservés dans ce lithounit, bien que des fragments du trilobite Bhargavia prakritika aient été observés.
Figure 5.
Trilobites représentatifs de la biozone Oryctocephalus indicus dans la vallée de Sumna, région de Spiti, Himalaya. (1–12) : Pagetia significans [Etheridge 1902], 1-7 : cranidium (1 : CAS/2017/SV-1003, 22x ; 2 : CAS/2017/SV-1007, 22x ; 3 : CAS/2017/SV-1008, 21x ; 4 : CAS/2017/SV-1009, 23x ; 5 : CAS/2017/SV-1017, 22x ; 6 : CAS/2017/SV-1025, 22x ; 7 : CAS/2017/SV-1029, 45x) ; 8-12 : pygidium (8 : CAS/2017/SV-1005, 30x ; 9 : CAS/2017/SV-1011, 22x ; 10 : CAS/2017/SV-1019, 22x ; 11 : CAS/2017/SV-1036, 22x ; 12 : CAS/2017/SV-1030, 21x) ; (13-20) : Kunmingaspis pervulgata [Reed 1910], 13-19 : cranidium (13 : CAS/2017/SV-1035, 9x ; 14 : CAS/2017/SV-1048, 10x ; 15 : CAS/2017/SV-1053, 14x ; 16 : CAS/2017/SV-1056, 16x ; 17 : CAS/2017/SV-1061, 10x ; 18 : CAS/2017/SV-1063, 11x ; 19 : CAS/2017/SV-1037, 10x) ; 20 : pygidium, CAS/2017/SV-1037, 14x ; (21-24) : Oryctocephalus indicus [Reed 1910], cranidium (21 : CAS/2017/SV-1002, 10x ; 22 : CAS/2017/SV-1023, 10x ; 23 : CAS/2017/SV-1004, 11x ; 24 : CAS/2017/SV-1006, 10x).
4. Matériels et méthodes
Des échantillons fossilifères ont été prélevés dans la formation de Kunzam La (Parahio). Un échantillonnage systématique étroit a été entrepris afin d'établir la biostratigraphie de l'intervalle étudié. Au total, 389 échantillons de trilobites ont été collectés dans la section. Pour la photographie, les spécimens de fossiles ont été lavés et séchés et recouverts d'oxyde de magnésium afin d'améliorer les caractéristiques morphologiques. Les caractéristiques morphologiques ont été examinées sous un microscope binoculaire Olympus SZX16. Les spécimens sélectionnés bien préservés représentant différents taxons ont été photographiés à l'aide d'un microscope à lumière à zoom stéréo RSN-9 avec un appareil photo numérique attaché. Les trilobites illustrés (figure 5) ont été déposés dans le dépôt du département de géologie de l'université de Panjab sous le label CAS/2017/SV.
5. Biostratigraphie
La partie étudiée de la formation de Kunzam La (Parahio) dans la vallée de Sumna est significative car elle porte la biozone Oryctocephalus indicus ( ~509 Ma), qui délimite la base de la série Miaolingienne [par exemple Zhao et al. 2019 ; Singh et al. 2016a].
5.1. Biozone d'Oryctocephalus indicus
Le long de la section étudiée, le FAD d'Oryctocephalus indicus est enregistré dans des intercalations de schiste noirâtre à bleuâtre, de schiste limoneux, de siltite et de grès à 17,8 m de la base de la section mesurée (section C, figure 1b et figure 4). La dernière donnée d'apparence est enregistrée à 23,4 m de la base de la section. La biozone d'Oryctocephalus indicus dans la vallée de Sumna a une épaisseur de 5,3 m. Outre l'espèce éponyme, les autres fossiles de trilobites enregistrés comprennent Pagetia significans et Kunmingaspis pervulgata (figure 5). Le long de cette section, un mince horizon de calcaire argileux ou de calcaire nodulaire, commun dans les sections de la vallée du Parahio, est absent (voir les sections A et B de la figure 1b). Cet horizon calcaire manquant contient le niveau Pagetia-Kunmingaspis [Singh et al. 2016a, 2017b]. Au-dessus de la biozone d'Oryctocephalus indicus, Pagetia significans et Kunmingaspis pervulgata sont également enregistrés de 23,4 m à 29,2 m dans la section. Des fragments mal conservés de Bhargavia prakritika sont enregistrés dans les sédiments sus-jacents de 29,2 à 49,5 m de la succession.
6. Environnement sédimentaire et implication sur la série cambrienne 2 - Évolution myolingienne dans la vallée de Sumna
L'analyse sédimentologique et stratigraphique séquentielle des successions de 49,5 m d'épaisseur de la formation de Kunzam La (Parahio) permet de reconnaître cinq lithounits (I-V) (figure 4). Les lithounits I et II sont déposés sous le système de chutes (FSST), et ils indiquent un événement régressif forcé dû à un déplacement des successions de la partie inférieure du rivage (lithounit-I) vers la partie proche du rivage et la partie supérieure du rivage (lithounit-II) (figure 4). La limite de la séquence (SB) se situe sur la partie supérieure du lithounit-II, et elle est caractérisée par une rupture de la sédimentation (un diastème) reflétée par le grès ferrugineux à grain grossier de couleur rouge-brun au sommet du lithounit-II (figure 3). Le schiste pyritique bleu-noir du lithounit-III indique un dépôt dans un environnement réducteur lors de la transgression (transgressive systems tract (TST)) du faciès offshore profond. La surface d'inondation maximale (MFS) est marquée au contact du schiste offshore (lithounit-III) avec une alternance de schiste-siltite-grès mince (lithounit-IV). Ce dernier est considéré comme représentant un stade précoce de la zone des systèmes de haute altitude (HST). On suppose que l'intervalle intercalaire de schiste silto-gréseux mince s'est formé dans un environnement de transition entre le large et le bas du rivage. Les dépôts de HST ne sont pas très épais, et ils ne représentent que le stade précoce du HST. Vers le haut, ils sont suivis par du grès à grain moyen à grossier (lithounit-V) contenant des structures en boule et en coussin et interprétés comme étant déposés dans un environnement proche de la surface du rivage et du haut du rivage dans un FSST. Un SB est reconnu entre les lithounits IV et V - la reconnaissance est basée sur le changement soudain de l'environnement de dépôt, qui passe d'un dépôt offshore à faible profondeur à un dépôt proche du rivage à haute profondeur. Dans l'ensemble, la section étudiée présente des changements dynamiques dans l'énergie de dépôt, reflétés par la présence de deux événements régressifs et d'un événement transgressif dans un intervalle de 49,5 m de la formation de Kunzam La (Parahio), couvrant la série cambrienne 2 - intervalle limite wuliuan (Miaolingien) dans la vallée de Sumna (figure 4).
Figure 6. Corrélation des lithologies, de la biozone O. indicus et des paramètres de dépôt des sections A et B (de la vallée du Parahio) et de la section C (de la vallée de Sumna) (voir la figure 1 pour la position des sections A et B). Notez l'exposition aérienne uniforme, l'interruption ou la rupture de la sédimentation sous la base de la biozone d'O. indicus ou la transgression miaolingienne. Pour la section A, voir Singh et al. 2016a,b, 2017a, et pour la section B, voir Singh et al. 2015 et Yin et al. 2018.
Pour étudier la variation lithologique et l'environnement sédimentaire à travers l'intervalle limite entre la série cambrienne 2 et le Wuliuan (Miaolingien) dans la partie sud-est de la région de Spiti, des études sédimentologiques détaillées ont été menées le long de deux sections précédemment décrites de la vallée du Parahio (sections A et B, figure 1) [Singh et al. 2015, 2016a, 2017b] et une section (section C, figure 1) de la vallée de Sumna (figure 6). La figure 6 montre une comparaison de la variation lithologique à travers l'intervalle limite entre la série cambrienne 2 et le Wuliuan (Miaolingien) dans les vallées du Parahio et de Sumna, du nord-ouest au sud-est dans la partie sud-est de la région de Spiti. Dans la vallée du Parahio, l'intervalle limite cambrien 2-Wuliuan (Miaolingien) est marqué sur la base de la biozone Oryctocephalus indicus le long de deux sections, c'est-à-dire dans la section B de la vallée du Parahio [Singh et al. 2016a, 2017a] et dans la section A de la localité de Kaltarbo [Singh et al. 2015 ; Yin et al. 2018 ; Kaur et al. 2019]. Dans la section de Kaltarbo (section A, figure 1) de la vallée du Parahio, la biozone O. indicus a une épaisseur de 5,8 m (fourchette de 345,7 m à 351,5 m). Sous cette biozone, on trouve un horizon de nodules calcaires plus ou moins isolés (15-24 cm de diamètre) encastrés dans du schiste (Singh et al. 2015) ; ils ont probablement été formés par une solution de pression diagonale (compactage et déshydratation de l'argile) (cf. Markello et Read 1981). Dans la section B de la vallée du Parahio, la biozone O. indicus a une épaisseur de 6,8 m (plage de 7,74 à 4,6 m) [Singh et al. 2016a]. En dessous de cette biozone, un mince horizon de calcaire argileux (7,38-7,74 m) existe [Singh et al. 2016a, 2017a]. Cependant, dans la vallée de Sumna (section C, figure 1), la biozone d'O. indicus a une épaisseur de 5,6 m (section de 17,8 à 23,4 m). Elle repose directement sur le grès ferrugineux rouge-brun, à grain moyen à grossier (figure 3) et manque de calcaire nodulaire ou de roches calcaires argileuses (figure 6). Les minces horizons de calcaire nodulaire et de calcaire argileux de la vallée du Parahio produisent des Pagetia, des Kunmingaspis et des SSF. Ainsi, dans la partie sud-est de la région de Spiti, dans les trois sections étudiées (du nord-ouest au sud-est, c'est-à-dire la section A, la section B et la section C de la vallée de Sumna ; figure 1), le grès ferrugineux rouge-brun, à grain moyen à grossier, forme la partie supérieure de l'épais grès à grain moyen à grossier (lithounit-II). Comparé aux sections A et B (de la vallée du Parahio), l'absence de carbonates indique que la vallée de Sumna a été exposée localement par voie aérienne en raison de l'altitude topographique locale pendant la transgression Wuliuan (Miaolingienne) (figure 4). La transgression précoce avec des calcaires argileux et des calcaires nodulaires a rempli la topographie inférieure de la vallée du Parahio. Les schistes offshore ultérieurs portant l'indice O. et les trilobites associés ont transgressé dans tout le bassin. Cela implique que la topographie du bassin de dépôt n'était pas uniforme dans toute la partie sud-est du Spiti pendant la transgression de Wuliuan (Miaolingien) ou le changement eustatique du niveau de la mer dans la partie basale de Wuliuan (Miaolingien) [par exemple Zhu et al. 1999 ; Wang et al. 2006 ; Gaines et al. 2011]. Dans la région de Spiti, il semble que les dépôts de Wuliuan (Miaolingien) reposent sur une surface ondulatoire formée par une rupture de la sédimentation ou une exposition aérienne des roches de la série 2 du Cambrien avant la transgression de Wuliuan (Miaolingien) (Figure 6). Le grès ferrugineux rouge-brun, à grain moyen à grossier du lithounit-II représente une rupture de la sédimentation. Il est à noter que dans la zone du Petit Himalaya, la sédimentation cambrienne a cessé dans la dernière partie de la série 2/étape 4 du Cambrien, juste au-dessus de la biozone de Redlichia noetlingi ( ~512 Ma) [Singh et al. 2019]. Dans la région du Spiti (zone himalayenne téthyenne (THZ)), bien que le Redlichia noetlingi ( ~512 Ma) soit connu grâce à un flotteur dans la vallée du Pin [Hayden 1904 ; Reed 1910 ; Jell et Hughes 1997], la position stratigraphique exacte par rapport au niveau de Haydenaspis parvatya ( ~510 Ma) et à la biozone d'O. indicus ( ~509 Ma) est inconnue. Récemment, Kaur et al. ont établi une distance stratigraphique d'environ 183,4 m entre la biozone O. indicus (509 Ma) et le niveau de Haydenaspis parvatya ( ~510 Ma) dans la région de Spiti. La découverte de la présence in situ de Redlichia noetlingi dans la région du Spiti sera utile pour comprendre la position stratigraphique exacte du niveau du relèvement de Redlichia noetlingi par rapport à la biozone O. indicus ou au niveau de H. parvatya. Cependant, nous proposons ici que dans la région du Spiti (THZ), l'événement régressif de la série 2/Stage 4 du Cambrien a affecté la région après le dépôt de roches du niveau de Haydenaspis parvatya ( ~510 Ma). En outre, une rupture de la sédimentation (diastem) est reconnue avant la transgression wuliuan (miaolingienne).
7. Conclusions
La biozone d'Oryctocephalus indicus est largement reconnue dans la partie sud-est de la région de Spiti, qui comprend les vallées du Parahio, de la Sumna et du Pin. Cette biozone est utilisée dans le monde entier pour délimiter la base de la série miaolingienne (cambrien moyen traditionnel). Dans les vallées du Parahio et de la Sumna de la région du Spiti, cette biozone a une épaisseur de 5,6 à 6,8 m. La partie supérieure des dépôts de la Série 2 du Cambrien (immédiatement en dessous de la biozone O. indicus) dans la partie sud-est de la région de Spiti porte une unité de grès ferrugineux brun rougeâtre, à grain très grossier, qui indique un diastème ou une rupture de la sédimentation avant la transgression wuliuan (miaolingienne).
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