Schistes de Spence
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| Schistes de Spence | |
 Holotype de Siphusauctum (en) lloydguntheri, spécimen retrouvé dans les schistes de Spence, sur le site d'Antimony Canyon, Utah[1],[2]. | |
| Localisation | |
|---|---|
| Pays |  États-Unis |
| États |  Idaho  Utah
|
| Informations géologiques | |
| Période | Cambrien moyen, étage Wuliuen[3],[4] |
| Âge | ~ 506-505 Ma[5],[6] |
| Province géologique | Grand Bassin des États-Unis[7] |
| Regroupé dans | Formation de Langston (en)[3],[8],[9] |
| Nommé par | Charles Doolittle Walcott, 1908, d'après le site de Spence Gulch[10],[8],[11],[12] |
| Formation supérieure | Calcaire de High Creek[3],[8],[9] |
| Formation inférieure | Calcaire de Naomi Peek[3],[8],[9] |
| Puissance moyenne | Affleurements allant de 9 m à Blacksmith Fork jusqu'à 120 m à Oneida Narrows[3] Affleurement de 50 à 65 m au sein des montagnes de Wellsville, site de Miners Hollow[4],[9],[13] |
| Lithologie principale | Shale et Mudstone[4],[13],[3] |
| Lithologie secondaire | Calcaires oolithique et noduleux, grainstone, sables[4],[13],[9] |
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Les schistes de Spence sont une unité stratigraphique du Cambrien moyen présente dans des massifs de la province géologique du Grand Bassin, au sud-est de l'Idaho et au nord de l'Utah, aux États-Unis[7].
Cette unité stratigraphique, qui fait partie de la formation de Langston, constitue un Konservat-Lagerstätte[3],[14] dont le mode de préservation de fossiles est de type schistes de Burgess (en) (BST)[4],[15],[16],[13]. Les schistes de Spence, parfois appelés Spence Tongue, sont connus pour leur richesse en fossiles de trilobites, de hyolithes et d'animaux à corps mou[3].
Les schistes de Spence ont été décrits et nommés en 1908 par le paléontologue Charles Doolittle Walcott d'après le Spence Gulch, site type localisé dans la chaîne de montagne de Bear River, en Idaho[4],[17],[18],[3].
Découverte, premières explorations et descriptions
Les premières découvertes de fossiles contenus dans les schistes de Spence sont réalisées par Robert S. Spence, un paléontologue amateur originaire de Garden City, dans l'Utah[19]. En 1896, Spence transmet au musée national d'histoire naturelle des États-Unis, à l'intention de Charles Doolittle Walcott, quelques spécimens fossilisés datés du Cambrien moyen et présentant un bon état de conservation[19],[20],[21]. Jusqu'en 1906, Spence continue à adresser à Walcott d'autres fossiles qu'il a mis en évidence sur différents sites de l'Idaho et de l'Utah[19],[20],[22].
Les découvertes de Spence amènent Walcott, à partir de l', à entreprendre des recherches sur les sites (dont celui de Blacksmith Fork) précédemment fouillés par le paléontologue amateur[20],[21],[19]. En , Walcott opère des explorations sur le site de Spence Gulch ; il y collecte un spécimen de cystoide ainsi que de nombreux fossiles de trilobites[23].
En , sur la base des recherches qu'il a menées sur le site de Spence Gulch, Walcott nomme et donne une première et courte description des schistes de Spence[20],[22]. En , dressant un premier inventaire des spécimens fossiles découverts et apportant une donnée lithologique supplémentaire, Walcott donne une description plus développée du Lagerstätte[20]. Cette seconde description, incomplète, ne comporte pas les éléments stratigraphiques obtenus sur les sites établis au sein de la chaîne de Wasatch[20]. En outre, il place les schistes de Spence au sein de la formation de Ute (en)[20],[22],[12].
En 1939, le paléontologue Charles Elmer Resser (en) complète la description stratigraphique et faunique des schistes de Spence grâce à des notes rédigées par Walcott[24]. Resser positionne les schistes dans la partie inférieure de la formation de Ute[24],[25].
Révisions de la position stratigraphique
Une nouvelle étude de la stratigraphie de Blacksmith Fork ainsi que l'examen détaillé de deux coupes d'affleurements se trouvant à proximité de ce site, permettent à J. Stewart Williams et Georges Burke Maxey, en 1941, d'établir que les schistes de Spence font partie de la formation de Langston (en) et non à celle de Ute[24],[25],[26],[27],[28],[Note 1]. Sur cette base, Maxey, en 1958, positionne, au sein de la formation de Langston, les schistes de Spence entre l'unité stratigraphique dite du « calcaire de Naomi Peak » et celle dite du « calcaire de High Creek »[22],[27].
En 1971, S. Oriel et F. Armstrong affectent les schistes de Spence à la formation géologique dite « Lead Bell Shale »[31],[32],[22],[30]. En outre, ils désignent les schistes de Spence sous les termes de Spence Tongue et la formation de Langstone en Langstone Dolomite[31],[32],[22],[30].
Pour autant, des cartes géologiques publiées en 1993 et réalisées par l'Utah Geological Survey (en) ont finalement validé la terminologie utilisée par Maxey en 1958[33] et l'assignation des schistes de Spence à la formation de Langston[34].
Localisation et sites
Les schistes de Spence sont affleurants dans le Grand Bassin des États-Unis, au sud-est de l'Idaho, au sein des chaînes montagneuses de Bear River et de Malad ; dans le nord de l'Utah, au sein des montagnes de Wellsville, de la chaîne de Wasatch ainsi qu'au sein de la chaîne de Promontory (en)[7],[35],[36].
Les principaux dépôts fossilifères sont localisés sur les sites d'Antimony Canyon (AC), de Cataract Canyon (CC) et de Miners Hollow (MH), dans les montagnes de Wellsville et sur les sites de High Creek (HCR), d'Oneida Narrows (ON) et de Spence Gulch (SP) — localisé à 15 miles en axe ouest de Montpelier[20] —, dans la chaîne de Bear River[37]. Les autres sites explorés contenant les schistes de Spence sont : Blacksmith Fork (BF) — localisé à une distance de 10 miles en axe est de Hyrum[38] —, Calls Fort Canyon (CFC), Donation Canyon (DC), Emigration Canyon (EC), Hansen Canyon (HC), Promontory Point (PP) et Two Mile Canyon (TMC) — localisé dans la chaîne de Malad, à une distance de 2 miles de Malad City[39] —[35]. Les sites d'Antimony Canyon, de Cataract Canyon, Calls Fort Canyon, Donation Canyon, Hansen Canyon et Miners Hollow[Note 2] se trouvent à proximité de Brigham City[41],[42].
Paléogéographiquement, durant la période du Cambrien moyen, les schistes de Spence auraient été situés dans la marge nord-ouest de la Laurentie[22],[43],[44].
Caractéristiques et description
Âge et période
Les schistes de Spence se sont formés au cours de l'époque du Miaolingien (Cambrien moyen), plus précisément durant l'étage du Wuliuen[45],[46],[47].
L'âge des schistes de Spence est estimé à environ 506 Ma[5], voire entre 506 et 505 Ma[6],[42]. La formation de Langston est, quant à elle, datée entre 507,5 et 506 Ma[37].
En Amérique du Nord, l'unité stratigraphique de Spence est le plus ancien des Lagerstätten de type BST — ce groupe de dépôts fossilifères incluant les schistes de Burgess, les schistes de Wheeler, la formation de Marjum et la formation de Weeks[7],[48],[15],[5],[13].
Stratigraphie
L'unité stratigraphique de Spence constitue le « membre » central de la formation de Langston. Ce membre central repose sur le calcaire de Naomi Peek et est recouvert par le calcaire de High Creek[49],[50],[51].
Les schistes de Spence s'étendent dans la biozone dites des trilobites Glossopleura[33],[52],[5]. Les schistes peuvent être corrélés à la biozone des trilobites Albertella[49],[37],[53]. Les schistes de Spence peuvent être également incluent à la zone biostratigraphique de Peronopsis bonnerensis[54],[55].
L'épaisseur des schistes de Spence ont une épaisseur minimale de 9 m, mesure relevée sur le site de Blacksmith Fork, et une épaisseur maximale de 120 m, mesure relevée sur le site d'Oneida Narrows[37],[56]. Sur le site de High Creek, les schistes de Spence mesurent 192 pieds (environ 58,52 m) d'épaisseur[57]. Au niveau du site de Calls Fork Canyon, les schistes se développent sur 175 pieds d'épaisseur (environ 53,34 m)[58]. L'épaisseur relevée sur le site de Two Miles Canyon est de 155 pieds (environ 47,24 m)[59]. Sur le site de Spence Gulch, l'unité stratigraphique mesure 50 pieds (15,24 m) d'épaisseur[60]. Sur le site de Miners Hollow, l'épaisseur des schistes de Spence varie de 50 à 65 m[40], mesures identiques à celles relevées sur l'ensemble des sites se trouvant dans les montagnes de Wellsville[33].
Lithologie et sédimentologie
La séquence stratigraphique des schistes de Spence s'organise en plusieurs « cycles », chaque cycle constituant une paraséquence (en)[54],[62],[22],[63] — le site de Miners Hollow présente 7 cycles distinctes, celui d'Antinomy Canyon 8 cycles et celui d'Oneida Narrows, 3 cycles.
L'unité stratigraphique de Spence consistent principalement en des couches de shales limoneux gris à noir et de mudstones silicastiques alternés par des lits de calcaires oolithique et noduleux ou par des couches de grainstone[54],[62],[64],[22],[37]. Les schistes sont également composés de petites quantités de sables, sédimentées sous forme de « cordons »[22],[65].
Les mudstones de l'unité stratigraphique de Spence, d'épaisseur variable et à forte concentration en carbonates, présentent des successions d'intervalles laminées (en) alternées d'intervalles bioturbées[66],[61]. Les matières organiques que recèlent ces mudstones sont composées d'éléments biogéniques (en) de quelques millimètres de long, de forme plate, et se trouvant régulièrement associés à de la pyrite[61].
Les schistes de Spence se sont déposés sur la pente d'une marge passive, les plus anciens se trouvant à proximité de la base, les plus récents se trouvant à proximité de l'extrémité supérieure[22],[67].
Taphonomie
Les schistes de Spence représentent un Konservat-Lagerstätte[3],[14]. Le mode de préservation fossilifère de l'unité stratigraphique est de type schistes de Burgess (en) (BST)[4],[15],[16],[13].
La présence d'intervalles laminés alternés d'intervalles bioturbés, d'une part, et les faibles teneurs en carbone organique (en) et en sulfure observées dans certaines strates, d'autre part, pourraient indiquer d'importantes variabilités de l'oxygénation des eaux océaniques profondes durant l'époque de formation des schistes de Spence[68],[69],[70]. Le milieu de conservation de la faune de l'unité stratigraphique de Spence est en grande partie « confiné » et non-bioturbé[68]. La fossilisation de la faune benthique, englobant les spécimens de trilobites, de hyolithes, de brachiopodes ou encore de ctenocystides, se serait très probablement produite à la faveur d'une oxygénation des eaux océaniques profondes, en milieu faiblement à moyennement bioturbé[68],[71].
Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer le processus ayant permis la conservation de spécimens vermiformes (« à corps mou ») mis en évidence dans les schistes de Spence[70]. Leur conservation se serait réalisée en milieu principalement laminé, non-bioturbé et lors d'épisodes d'une anoxie des eaux[70],[68]. Toutefois, quelques spécimens d'animaux à corps mou ont été fossilisés dans des strates bioturbées [68],[71],[70]. Par ailleurs, le niveau de préservation des vermiformes semble varier selon leur rang taxonomique et selon les différents sites d'affleurement de schistes de Spence au sein desquels ils ont été recueillis[70]. Une étude publiée en 2017 portant sur 10 individus à corps mou — dix collectés à Miners Hollow, un collecté à Antinomy Canyon et un collecté sur un site des montagnes de Wellsville — a permis d'établir que la pyritisation a été le principal processus de conservation des tissus de ces spécimens vermiformes de Spence[70]. Cette même étude a montré que la conservation des tissus de certains de ces individus à corps mou s'est effectuée par processus de kérogénisation couplée à une aluminosilification et, pour d'autres spécimens, par fossilisation phosphatique (en)[70]. Des fossilisation de tissus de vermiformes par combinaisons avec de la monazite, de la barytine ou encore de la calcite ont été également observées[70].
L'ensemble des différents types de processus de conservation que présentent les schistes de Spence n'a pas encore été entièrement analysé[70]. En outre, la fonction que détient la diagenèse dans la conservation fossilifère de l'unité stratigraphique, et particulièrement en ce qui concerne les animaux à corps mou, n'a pas été clairement établie[70].
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