Marine Geology - Elsevier Publishing Company, Amsterdam

Marine Geology - Elsevier Publishing Company, Amsterdam - Printed in The Netherlands
S T R U C T U R E DES Dt~POTS D E P L A G E SUR LA C O T E D E LA M E R N O I R E
N. PANIN
Geological Institute, Bucharest (Roumania)
(Requ le janvier 6 1967)
SUMMARY
The structure o f beach sediments on the Black Sea coast
Structures observed in laminated beaches of Rumanian Black Sea coast are
described and illustrated. A mode of origin by erosion and upbuilding by waves and
wind is suggested.
RI~SUMI~
La structure des d6p6ts des plages roumaines de la Mer Noire est d6crite et
illustr6e. La formation de cette structure est expliqu6e par l'action 6rosive ou constructive des vagues et du vent.
INTRODUCTION
En 6tudiant les d6p6ts littoraux du Delta du Danube, l'auteur a eu l'occasion
de faire des observations sur la structure de la zone de fore-shore et back-shore de
la Mer Noire, observations pr6sent6es ci-dessous.
Etant donn6 que la structure des d6p6ts marins-littoraux est en 6troite relation
avec leur nature granulom6trique et min6ralogique, avec l'amplitude et Ie type d'oscillations du niveau de la mer et avec les caract6res des vagues, nous pr6senterons sommairement les donn6es principales sur ces facteurs.
La Mer Noire est une mer sans mar6es ou, plus exactement, avec des mar6es
n6gligeables (les variations maxima sont de 8 cm). Les seules variations importantes
de niveau sont dues aux vents. Lorsque le vent est dirig6 de la c6te vers la mer (au
cas du littoral roumain les vents du sud-ouest, ouest et nord-ouest), le niveau de l'eau
baisse parfois jusqu'h ---60 cm. Par contre, lorsque le vent souffle vers la c6te, le
niveau peut monter jusqu'b. + 70 crn (BANu, 1961).
Les caract6res des vagues d6pendent de la vitesse du vent, de la dur6e de son
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action, de la longueur du "fetch" et des particularit6s hydrographiques de la c6te.
Les observations effectudes en 1957 1958 ont montr6 une amplitude maximum des
vagues/~ l'embouchure de Sulina d'approximativement 1,6 m, tandis qu'/t Constantza
l'amplitude a 6t6 de 3 m (les vagues de grandes tempfites n'ont pas 6t6 mesur6es). 1 La
pdriode maximale observde ~ Constantza (24 fdvrier 1960) a 6t6 de II sec pour une
longueur d'onde de 82 m (ALMAZOVet al., 1963).
Les d6p6ts actuels de la c6te roumaine de la Mer Noire appartiennent ~ deux
catdgories: entre Sulina et Constantza ce sont des sables quartzeux, tandis qu'au Sud
de Constantza jusqu '~ Vama Veche Ifronti~re bulgaro-roumaine) les sables sont,
pour la plupart, calcaires-organogbnes, la fraction min6rale 6rant subordonnde.
En dehors de cette diff6rence min&alogique, il y a aussi des diff6rences granulom6triques et morphom6triques. Les sables du secteur septentrional (SulinaConstantza), sont caract&is6s par des moyennes arithm6tiques granulom6triques
comprises entre 94 et 210 g e t par des 6carts type entre 0,15 et 0,48 (dimensions O),
ce qui veut dire qu'b, peu-pr6s 70 ~o du sable est compris dans des intervalles de 45/t
100 /~, le centre de ces intervalles 6tant repr6sent6 par la moyenne arithm6tique
(PANIN et PANIN, 1967). Les sables du secteur m6ridional (Constantza-Vama Veche)
ont une moyenne aritbmdtique de 300/t 600/~ (GRuJINSKI, 1967).
Les observations sur la structure des d6p6ts de la zone de plage dont nous
nous occupons, ont 6t6 6ffectudes dans le secteur septentrional, lci, la plage est
limit6e vers la terre ferme par une zone de dunes, de mar6cages ou de lagunes. Les
observations sur la lamination des d6p6ts ont 6t6 faites sur des coupes perpendiculaires ou parall61es /~ la c6te. La structure des d6p6ts de back-shore a 6t6 observde
6galement dans les talus des canaux de drainage (graux) des mardcages et des 6tangs
vers ta mer, que l'on rencontre dans la r6gion du Delta du Danube.
L'6tude de la structure de ces d6p6ts a 6t6 facilit6e par la prdsence des mineraux
lourds qui marquent, par leur couleur fonc6e, la lamination des sables.
FORE-SHORE
Les d6p6ts de la zone de swash du fore-shore sont caract6ris6s par une lamination plane ou 16g6rement concave inclin6e. Les lamines inclinent vers l a m e r de
3°-18 °. Lorsque la lamination est 16g6rement concave, le pendage s'accroit en commen~;ant de la limite plage-mer, vers la partie sup6rieure du fore-shore. L'angle de
pendage des lamines, dans la zone du fore-shore, coincide approximativement avec
celui du profil d'6quilibre de la plage, au moment de leur construction (Fig.lA).
L'angle de pendage du profil d'6quilibre d6pend, pour des d6p6ts d'une composition
granulom6trique donn6e, du type des vagues qui influencent la plage.
Le plus souvent le syst6me (set) des lamines inclin6es est assez mince. I1 coupe
les lamines quasi-horizontales de la berme ant6rieure (Fig.lB).
1 L'amplitude a et6 mesur6e au large de la zone de d6ferlement.
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Fig.IA, B. Lamination des d6p6ts de la zone de swash du fore-shore.
Fig. 1A, B. Laminations in swash zone deposits of the fore-shore.
I1 a 6t6 d6monstr6 (KING, 1959; SHEPARD et LA FOND, 1940, ZENKOVITCH, 1962),
que les petites vagues accentuent la pente du profil d'6quilibre (dans notre cas jusqu'~t
18 °) tandis que, les vagues abruptes (steep waves), de grande amplitude et longueur
d ' o n d e r6duisent cette pente (jusqu'/l 2°-3°) 1. Au premier cas, la zone de swash est
i Une analyse plus d6taill6e des changements d'inclinaison des lamines est pr6sent6e dans le chapitre
"Back-shore".
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Fig.2. Canal d'~rosion par lequel s'~coule parfois le courant de back-wash. Section transversale.
Fig.2. Erosion canal through which the back-wash current may stream. Cross-section.
Fig.3. Bermes du littoral roumain de la Mer Noire.
Fig.3. Berms of the Roumanian coast of the Black Sea.
&roite, d o n c la l o n g u e u r - - d ' a p r 6 s la ligne de p e n d a g e m a x i m a - - des lamines est
courte; au deuxi+me cas, la zone de swash est tr6s large et les lamines o n t une g r a n d e
extension.
D a n s les sections parall61es ~ la limite plage-mer la l a m i n a t i o n est parall~le,
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et apparemment quasi-horizontale. Par endroits cette lamination parall~le est interrompue par de petits canaux d'6rosion par lesquels s'6coule parfois le courant de
back-wash. Les sables des versants de ces canaux 6tant imbib6s d'eau jusqu'5- saturation, s'6coulent et les remplissent (Fig.2).
BACK-SHORE
Dans la zone de back-shore du littoral roumain de la Mer Noire l'616ment
structural principal est la terrasse de plage (berme). Dans le secteur septentrional
(Sulina-Constantza) on peut observer d'habitude deux ou trois bermes (terrasses de
plage) (Fig.3).
Nous commencerons par l'6tude de l'616ment le plus simple, la berme inf~rieure.
La berme inf6rieure est due 5- l'action des petites vagues. Elle est caract6ris6e
par une lamination inclin6e plane, ou parfois plane et 16g6rement concave. La cr6te
de la berme constitue le point de changement du pendage des lamines. Les lamines
du talus de la berme inclinent vers l a m e r de 5°-18 ° et correspondent, pour la berme
inf6rieure, 5. la zone de swash du fore-shore. Sur la berme la lamination peut ~tre
horizontale, inclin6e vers la terre ferme de 1°-9°, ou vers l a m e r de 1°-3 ° (Fig.4). Le
set des lamines inclin6es vers la mer (celui du talus de la berme) est d'habitude plus
mince que le set quasi-horizontal qui se trouve sur le replat de la berme.
L'agent qni forme le set des lamines du talus de la berme est le swash des vagues.
Le set des lamines du replat de la berme est aussi le r6sultat du swash, mais seulement
de celui qui d6passe la cr&e de la berme.
La berme inf6rieure est un 616ment de n6oformation temporaire, correspondant
5- une certaine dimension des vagues. Cet 6difice constitu6 par deux sets de lamines
inclin6es en sens contraire se dispose sur les lamines du talus de la berme ant6rieure,
plus haute. Ces lamines inclinent vers la mer de 3°-10 °. Cette berme a 6t6 form~e par
une g~n6ration de vagues ant6rieure 5- celle qui a form6e la berme inf6rieure. Les
vagues qui ont form6s la berme ant6rieure ont une plus grande amplitude et longueur
d'onde, ce qui explique l'angle plus petit de pendage des lamines de cette berme.
Cette succession des bermes (ant6rieure, plus haute-inf6rieure), est possible
lorsque l'amplitude et la longueur d'onde des vagues d6croit; mais, lorsque le vent
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Fig.4. Structure de la berme inf6rieure.
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devientplus fort et la met plus agitee, lesvagues s'accentuent etleprofil d'equilibre
de la plage est aplati. Dans la premiere 6tape, le talus de la berme inferieure est 6rode.
Si les vagues s'accentuent d'avantage la berme inferieure est totalement detruite et le
talus de la berme suivante commence a etre 6rod6 ~ son tour.
L'erosion et l'aplatissement de la plage et des talus des bermes menent & la
formation de microfalaises dans les ddp6ts de la berme, ainsi qu'au manque total ou
partiel du set de lamines inclindes vers lamer.
Les microfalaises se forment aussi dans des conditions d'apaisement de lamer,
lorsque la reduction de la longueur d'onde est en retard sur la diminution de i'amplirude des vagues. Le swash de ces vagues n'atteint plus la crete de la berme. Les caractdristiques des vagues imposent en ce moment l'aplatissement du profil d'equilibre,
ce qui entraine l'erosion du talus de la berme (Fig.5).
Les bermes de plus en plus hautes ont une structure de plus en plus complexe.
Le nombre de sets de lamines diffdremment inclinees augmente (Fig.6).
La berme la plus haute correspond aux vagues les plus hautes, de grande
tempete. Sa structure est compliquee par la presence de certains niveaux doliens,
formes entre deux grandes temp&es. La structure des dep6ts de cette berme a 6t6
6tudide clans le talus d'un canal de drainage de l'eau des mardcages vers lamer, pres
de Cisla V~danei, pendant un moment d'accalmie.
Les ddpets de la berme superieure, ~ cet endroit, peuvent etre subdivisds en
plusieurs systemes (de haut en bas) (Fig.7):
(1) l-er syst+me: Ce syst6me est caracteris6 par une lamination entrecroisde. II
a 6t6 formd tout ~ fait recemment sous Faction du vent qui entraine le sable des
autres zones et le ddpose sur la berme supdrieure. L'dpaisseur de ce systeme au moment
Fig.7A.
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Fig.7A, B. Structure de la berme la plus haute.
Fig.7A, B. Structure of the highest berm.
de l'observation &ait de 4--20 cm. On rencontre parfois, h la partie sup6rieure du
syst~me, une v6g6tation herbac6e.
(2) II-e syst6me: Ce syst6me peut ~tre subdivis6 en trois sous-syst6mes:
(a) Sous-syst6me IIa, caract6ris6 par une lamination parall61e, horizontale ou
quasi-horizontale. L'epaisseur du sous-syst6me IIa est de 3-6 cm.
(b) Sous-syst6me lib, ayant une 6paisseur de 5-11 cm, se caract6rise par une
lamination convolute parfois tr6s compliqu6e.
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(c) Sous-syst6me llc, 6pals de 6 14 cm, pr6sente une lamination parall~le et
sous-parall61e, horizontale ou quasi-horizontale.
Ce deuxi6me syst6me est form6 sous Faction des vagues. La lamination convolute du sous-syst~me lib est due au t~tit suivant: Fair retenu dans le sable a la
tendance a se ddgager dans les conditions sp'~ciales de fluctuation du niveau marin et
sp6cialement sous Faction de surcharge exceptionelle et de courte durde, en d6rangeant
la lamination initiale du sable.
(3) lll-e syst6me: Ce syst6me comporte, dans les coupes 6tudides, des 6paisseurs allant de 4 'a 35 cm; il est caract6ris6 par une lamination entrecrois6e due 'a
Faction 6olienne. Sous ce syst6me la lamination est de plus en plus 6ffac6e, jusqu'~.
totale disparition.
Darts une autre coupe pr6s de Girla lmputit~, dans la structure de la berme
supdrieure on peut reconnaitre l'incorporation d'une berme ant6rieure (Fig.6B).
Dans les sections parall~les "a la limite mer plage on peut suivre une lamination
prdpond6rante parall61e. L'intersection des lamines avec le plan vertical de la coupe
donne des lignes parall61es et horizontales. Comme dans les d6p6ts de fore-shore,
cette lamination est parfois interrompue par de petits canaux d'drosion le long desquels
s'est 6could le courant de back-wash. De m~me que pour la zone de fore-shore, ces
canaux sont remplis de sable qui s'est 6cou16 des talus par sursaturation d'eau, ainsi
que de celui transport6 et d6pos6 par le courant de back-wash.
On peut mentionner l'existence d'autres structures greff6es sur la structure
Fig.8. Peturbation dans la lamination des d6p6ts de plage.
Fig.8. Peturbation in the lamination of beach deposits.
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Fig.9. Cusps sur la c6te roumaine de la Mer Noire.
Fig.9. Cusps on the Roumanian coast of the Black Sea.
g6n~rale des d6p6ts de la plage. Ainsi sont les structures de glissement et avalanches
sur les talus dont la pente d6passe l'angle de repos naturel des d6p6ts. Assez fr6quemment on trouve des ripple-marks de formation sousaquatique. On rencontre parfois
m~me des regressive ripple-marks (regressive sand waves, VAN STRAATEN, 1959).
Tr6s int6ressantes sont les scour marks de toutes sortes, dues au courants du swash
et sp6cialement du back-wash, ainsi que des swash marks. On observe quelquefois
des lamines faill6es oO faisant des flexures. Ces accidents sont dus au tassement
diff6renciel des d6p6ts ou bien aux influences externes (par exemple h l'influence
d'un objet enfonc6 dans le sable et ensuite retir6). (Fig.8).
On doit souligner 6galement la pr6sence, comme 616ments majeurs, de cusps
(Fig.9) et rides sousmarines (d'habitude en nombre de deux ou trois).
Sur les bermes, notamment sur les plus hautes, on peut observer des ripple
marks et m~me d'autres formes d'accumulation plus importantes, d'origine 6olienne.
L'influence directe du vent peut se manifester aussi sous d'autres formes. Ainsi,
losque le vent souffle vers l a m e r , le courant 6olien des s6diments est dirig6 vers la
plage et lamer, et le sable transport6s par ce courant prennent part ~ la construction
des lamines de la zone de fore-shore. Une grande quantit6 de sable s'accumule au pied
des microfalaises. Ces accumulations ont d'habitude une lamination oblique concave
inclin6e vers la mer de 1°-32 ° (Fig. 10). Le sable apport6 par le vent sur la plage humide
est d'habitude moins compact; il retient une grande quantit6 d'air entre les granules.
Lorsque le swash arrive, cet air se d6gage en d6rangeant la lamination du sable.
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Fig. 10. Accumulation 6olienne de sable au pied d'une micro-falaise, par un vent soufltant vers lamer.
Fig. 10. Eolian accumulation of sand at the base of a micro-cliff, caused by a wind blowing seawards.
CONCLUSIONS
Des observations ont 6t6 faites sur la structure des d6p6ts de plage de la c6te
roumaine de la Mer Noire.
Les d6p6ts de la zone de swash du fore-shore ont une lamination plane ou
16g6rement concave, inclin6e vers l a m e r de 3~'-18°.
Les d6p6ts de la zone de back-shore ont une lamination plane ou 16g~rement
concave, inclin6e vers l a m e r de 1°-18 °, horizontale ou inclin6e vers la terre ferme de
1o_9°"
L'616ment structural principal des d6p6ts de la zone de back-shore est la terrasse
de plage (berme). Sur le littoral roumain on trouve d'habitude 2-3 bermes.
La berme inf6rieure est la plus simple. Elle est form6e de deux sets de lamines
inclin6s en sens inverse. La structure la plus compliqu6e est celle de la berme sup6rieure.
Le changement de pendage de divers sets de lamines dans la zone de fore-shore,
ainsi que dans celle de back-shore, est d u / t diverses g6n6rations de vagues de diff6rentes caract6ristiques; les vagues peu abruptes, petites et d'une longueur d'onde
courte accentuent la pente du profil d'6quilibre de la plage et, en m~me temps, augmentent le pendage des lamines, kes vagues abruptes (steep waves), d'une grande
amplitude et longueur d'onde, r6duisent la pente du profil ainsi que celle des lamines.
Dans la zone de plage de la Mer Noire on constate 6galement d'autres types
de laminations ~t part ceux d6j/~ d6crits. Ceux-ci sont accidentels et compl~tement
subordonn6s par rapport aux premiers. Les principaux 616ments de ces structures
subordonn6es sont:
(1) Les canaux d'6rosion par o/1 s'6coule parfois le courant de back-wash.
(2) Les structures dues aux avalanches et aux glissements sur les talus plus
raides que l'angle de repos naturel des d6p6ts.
(3) La lamination convolute, fr6quente dans les sables des bermes sup6rieures,
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due p r o b a b l e m e n t aux m o u v e m e n t s de l ' a i r retenu d a n s le sable (sous l'influence d ' u n e
c o m p r e s s i o n t e m p o r a i r e et de la p6n6tration de l'eau).
(4) Les unit6s h l a m i n a t i o n entrecrois6e, d ' o r i g i n e 6olienne, que l ' o n trouve
d a n s les sables des bermes sup6rieures.
(5) Les ripple m a r k s 6oliennes ou sous-aquatiques, parfois les regressive ripplem a r k s (regressive sand waves, VAN STRAATEN, 1959), sur les replats des bermes.
REMERCIEMENTS
L ' a u t e u r exprime sa p r o f o n d e reconnaissance ~t M. le Prof. Ph. H. K u e n e n et
it M. le Prof. L. M. J. U. van Straaten de l ' I n s t i t u t G6ologique de G r o n i n g e n , ainsi
qu'it M. le Prof. G. M u r g e a n u du Comit6 d ' E t a t de G6ologie de Bucarest, p o u r
l ' a m a b i l i t 6 d ' a v o i r lu le m a n u s c r i t et de l ' a v o i r honor6 de leurs conseils.
BIBLIOGRAPHIE
ALMAZOV,A., BONDAR, C., DIACONU, C., GHEDERIM,V., MIHAILOV,V. N., MITA, P., NICHIFOROV,
I. D., RAI, I. A., RODIONOV,N. A., STANESCU,S., STANESCU,V., i VAGHIN,N. FR., 1963. Zona
de Varsare a Dunarii. Monografie hidrografica. Ed. Tehnic~, Bucuresti, 396 pp.
BANff, A. C., 1961. Observatii si mhsur~tori asupra oscilatiilor de nivel actuale si seculare ale apelor
Mfirii Negre la t~rmul romfinesc. HidrobioL, 2 : 127-159.
EMERY, K. O., 1945. Entrapment of air in beach sand. J. Sediment. Petrol., 15 : 39-49.
GRUJINSKI, C. 1967. Caracteristicile granulometrice ale nisipurilor litorale intre Navodari si Vama
Vecbe. Dari Seana, Inst. Geol. Romaniei, 53, in press.
KINO, C. A. M., 1959. Beaches and Coasts. Arnold, London, 403 pp.
KUENEN, PrI. H., 1950. Marine Geology. Wiley, New York, N.Y., 568 pp.
LOGVINENKO,N. V. and R~MmOV, I. N., 1964. Sedimentology of beaches on the north coast of the
Sea of Azov. In: L. M. J. U. VAN STRAAa~N(Editor), Deltaic and Shallow Marine Deposits.
Elsevier, Amsterdam, pp.245-252.
MCKEE, E. D., 1957. Primary structures in some recent sediments. Bull. Am. Assoc. Petrol. Geologists,
41 : 1704-1747.
PAN~, N. and PANTN, St., 1967. Les d6p6ts de la zone littorale du Delta du Danube. Cahiers
Ocdanog., sous presse.
SHEPARO,F. P., 1963. Submarine Geology, 2 ed. Harper and Row, New York, N.Y., 557 pp.
SHEPARD,F. P. and LA FOND, E. C., 1940. Sand movements along Scripps Institution pier. Am. J. Sci.,
238 : 272-285.
SOLIMAN,M. S,, 1964. Primary structures in a part of the Nile Delta sand beaches. In: L. M. J. U. VAN
STRAATEN(Editor), Deltaic and Shallow Marine Deposits. Elsevier, Amsterdam, pp.379-387.
STEWART, H. B., 1956. Contorted sediments in a modem coastal lagoon explained by laboratory
experiments. Bull. Am. Assoc. Petrol Geologists, 40 : 153-161.
VAN STRAATEN,L. M. J. U., 1959. Minor structures of some recent littoral and neritic sediments.
Geol. Mijnbouw, 21 : 197-216.
VAN STRAAXEN,L. M. J. U., 1965. Coastal barrier deposits in South and North Holland in particular
in the areas around Scbeveningen and IJmuiden. Mededel. GeoL Stichting, 17 : 41-75.
ZENKOVITCH,V. P., 1962. Treatise on the Development of Sea Shores. Akad. Nauk S.S.S.R., Moscow,
710 pp. tin Russian).
Marine Geol., 5 (1967) 207-219