Relations entre les types de dépôts évaporitiques et la présence de couches riches en matière organique (roches-mères potentielles)

Relationship Between Different Types of Evaporitic Deposits and the Occurrence of Organic-Rich Layers (Potential Source Rocks)

Muséum National d'Histoire Naturelle

Résumé

La fertilité exceptionnelle des eaux salées est confirmée par des études récentes sur l'Actuel (marais salants de Méditerranée occidentale). Le benthos est représenté par des mollusques, foraminifères, ostracodes et surtout des cyanophycées et des populations bactériennes ; le plancton par le microphytoplancton (Dunaliella, diatomées, etc), par le zooplancton (flagellés, Arternia salina) et par de très nombreuses bactéries hétérotrophes. Si les espèces sont d'autant plus rares que la salinité est élevée, la prolifération des formes adaptées peut atteindre des valeurs supérieures à celles réalisées dans la plupart des autres milieux. On rappelle ensuite l'efficacité des systèmes d'eaux stratifiées pour la conservation de la matière organique originellement élaborée dans l'eau photique et oxygénée. Ces systèmes peuvent s'accompagner de proliférations bactériennes photosynthétiques exposées à des mortalités en masse pouvant être responsables de véritables lamines organiques. Dans les évaporites de plates-formes où la ségrégation des salinités et des dépôts a été synchrone et latérale, la tranche d'eau a dû être faible et, de ce fait, peu favorable à l'établissement de systèmes d'eaux stratifiées et surtout à leur pérennité géologique. Ces accumulations s'avèrent donc en général pauvres en matière organique, de même qu'elles ne s'accompagnent pas d'appareils récifaux abondants. Dans les évaporites de centre de cuvette, les dépôts sont imputables à une succession de phases de salinité croissante dans le temps : calcaires sur les zones hautes, contemporains de minces couches à matière organique dans les dépressions ; sulfate de calcium sur les aires d'épaisseur moyenne pouvant être encore contemporain de couche à matière organique dans les aires déprimées ; enfin, remplissage par la halite des zones centrales profondes et déprimées. A ces phases successives, se superposent - au moins au cours de la formation des carbonates, puis des sulfates - des gradients de salinité verticaux (système d'eaux stratifiées). Cartographiquement, ces dépôts ont une polarité salin croissant centripète . Quand elles sont situées en contexte carbonaté, ces évaporites de centre de cuvette s'accompagnent fréquemment d'appareils récifaux pouvant fourmiller dans toute une ceinture annulaire (cf. Salina du Silurien du Michigan). Grâce aux minces couches à matière organique des zones déprimées, grâce aux appareils récifaux et grâce à la couverture salifère, ces bassins ont souvent une certaine prolificité en hydrocarbures. Le troisième type correspond aux évaporites de marge de bassin. Dans ce dispositif, le centre du bassin est resté affamé - voire insatiable - pendant de longues périodes. La sédimentation y est restée marine, souvent caractérisée par la seule présence du plancton et du necton et par une richesse plus ou moins permanente en matière organique. Autour de la cuvette s'organisent, sur des plates-formes marginales parfois fort étendues, des appareils construits (bancs ou récifs), puis des faciès lagunaires, carbonatés et évaporitiques et enfin des détritiques continentaux. Les dépôts montrent une polarité salin croissant centrifuge irréductiblement opposée à la polarité inverse des dépôts de centre de cuvette. Le déficit en les sels les plus solubles est remarquable voire considérable, impliquant le reflux de saumures en profondeur à partir de ces annexes évaporatoires qu'ont dû constituer ces plates-formes d'arrière-récifs. L'appel d'eau à partir de ces annexes évaporatoires n'a pu qu'amener un afflux permanent de nutriments dans tout le bassin. Le reflux des saumures quant à lui a favorisé la pérennité d'un système à deux corps d'eau. Grâce à cet ajustement et à la pérennité du système, la prolificité de tels bassins en matière organique a pu être extrêmement importante. Les évaporites de marge de bassin avec couches à matière organique au centre correspondent à une période prolongée. C'est l'essentiel de la vie du bassin. Le remplissage de la cuvette centrale par des évaporites de centre de bassin peut être un épisode bref et qui peut entraîner la disparition même du bassin. Les évaporites de plate-forme s'étalant indifféremment sur l'ancien domaine du bassin comme sur celui des anciennes plates-formes marginales peuvent être l'aube d'un nouveau cycle sédimentaire, indifférent au passé.

Abstract

The extraordinary fertility of saline waters has been confirmed by recent studies of salterns in the western Mediterranean. The benthos contains mollusks, foraminifers, ostracodes and especially Cyanophyceae and bacterial populations. Plankton includes microphytoplankton (Dunaliella, diatoms, etc. ), zooplankton (flagellates, Artemia salina) and numerous heterotrophic bacteria. Where diversity is low when salinity is high, the proliferation of well adapted forms can be greater than the productivity levels observed in most other environments. The effectiveness of stratified water bodies for the preservation of organic matter originally produced in photic and oxygenated water is brought out. Such stratified systems may be accompanied by the proliferation of photosynthetic bacteria that are exposed to sporadic mass mortality, resulting in the formation of organic laminae at the bottom. In shelf (or epeiric) evaporites, where the segregation of salinities and deposits has been synchronous and lateral, the water depth must have been shallow and hence unsuitable for the formation of stratified water bodies and especially for their geological duration. Such accumulations thus generally have a low organic content, and they also do not have abundant reef systems. In basin-center evaporites, the deposits are attributed to a succession of phases of increasing salinity in time, i. e. limestone in high areas, contemporaneous with thin organic-rich layers in low areas (hollows), calcium sulfate in medium-thickness areas which may also be contemporaneous with organicrich layers in low areas, followed by infilling by halite in deep and low-lying central areas. Superposed on these successive phases - at least during the formation of carbonates then sulfates - are vertical salinity gradients (stratified water system). When mapped, such deposits have a centripetal increasing saline polarity. When they are situated in a carbonate context, such basin-center evaporites are often associated with reef systems that may have thrived as a ring-like belt (cf. Silurian Salina, Michigan). Because of the thin organic-rich layers in low-lying areas, reef systems and the salt overburden, such basins are often prolific with hydrocarbons. The third type of evaporitic deposits is represented by basin-margin evaporites. In such a system, the basin center remains starved - even insatiable - for long periods of time. Sedimentation remains marine, often characterized by the presence of plankton and nekton alone and by a more or less constantly high organic content. Around the basin, marginal shelves are built and are even sometimes quite wide, accompagnied by built-up systems (banks or reefs), then by lagoonal, carbonate and evaporitic facies, and finally by continental detritals. The deposits have a centrifugal increasing saline polarity that is irreducibly opposed to the reverse polarity of the basin-center deposits. The deficit in the most soluble salts is significant, even considerable, involving brine outflow downward from these evaporitic appendages that must have been formed by the back-reef shelves. The inflow of water from these evaporitic appendages can only be constantly accompanied by nutrients throughout the entire basin. The outflow of brines enhances the continuing existence of a system with two water bodies. Because of this adjustment and the durable nature of the system, the prolificity of such basins in organic matter may have been extremely high. The basin margin evaporites with organic-rich in the center indicate that the process was a long one. This is the main life of the basin. The filling of the central part by basin-center evaporites may be a brief episode and may even result in the very disappearance of the basin. The shelf evaporites spreading on both the former basin area and the former marginal shelves may be the start of new sedimentary cycle without any connection to the past.