Les formations d'âge Crétacé de l'Atlantique Nord et leur matière organique : paléogéographie et milieux de dépôt

The Cretaceous Series in the Northern Atlantic and Their Organic Matter: an Attempt At Reconstruction of Paleoenvironments

¹ Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris
² Institut Français du Pétrole

Résumé

Une étude chronostratigraphique, sédimentologique et géochimique des black-shales recoupés par les forages DSDP dans l'Atlantique Nord, a été menée avec la double préoccupation de reconstituer, d'une part les milieux de dépôt par l'étude des séquences élémentaires et d'identifier, d'autre part, les unités stratigraphiques majeures et les discontinuités qui les séparent. Les types de séries illustrées dans ce texte à titre d'exemple sont les suivantes : I. Séries à matière organique marine conservée. - Séries avec faciès autochtones et resédimentés comportant tous de la matière organique marine. - Séries avec sédiments autochtones à matière organique marine mais avec sédiments redéposés à matière organique résiduelle. Dans ces deux cas, la présence de matière organique marine dans les sédiments autochtones montre que le milieu de dépôt était réduit (type euxinique). I I. Séries à matière organique terrigène ou résiduelle. - Argilites noires ou alternance d'argilites noires et d'argilites vertes ou encore alternance d'argilites et de marnes noires. - Alternances de calcaires blancs (à matière organique indéterminée) et de marnes silteuses (à matière organique terrigène). La reconstitution du milieu de sédimentation n'implique pas nécessairement la présence d'un milieu réducteur au lieu du dépôt, la matière organique terrigène ayant une meilleure résistance à l'oxydation que la matière organique marine, surtout avec un taux d'accumulation assez élevé. III. Séries à faciès alternant, dont l'un à matière organique marine et l'autre à. matière organique détritique résiduelle. - Alternances d'argilites noires (à matière organique marine) et verdâtres (à matière organique indifférenciée). - Séquences avec, de bas en haut, marnes sombres laminées (matière organique terrigène et marine associées), argilites noires (matière organique terrigène) et argilites vertes (matière organique résiduelle). Plusieurs hypothèses sont avancées pour justifier de l'existence de telles récurrences. Les grands ensembles stratigraphiques reconnus peuvent se décrire ainsi A) Ensemble inférieur ou formation de Blake Bahama alternance de calcaires micritiques blancs à radiolaires et de calcaires argilo-silteux sombres (Valanginien-Bédoulien). B) Ensemble moyen ou formation de Hatteras : alternance d'argilites noires ou verdâtres, avec ou sans resédiments carbonatés (sommet Aptien supérieur à Cénomanien moyen ou supérieur. C) Ensemble supérieur ou formation de Plantagenet argilites versicolores pour les sites profonds et craies, claires ou versicolores elles aussi, pour les autres sites (Turono-Sénonien). L'ensemble inférieur correspond à des conditions de sédimentation assez homogènes d'un bord à l'autre du bassin vis-à-vis des conditions rédox, avec des périodes de confinement périodique probable. Les paragenèses argileuses montrent la différenciation entre un bassin oriental et un bassin occidental séparés par la ride médiane, illustrant l'influence des continents sur les apports sédimentaires. Le passage à l'ensemble moyen (évènement E1) est marqué par une remontée rapide de la CCD et souvent par une lacune, mais non par une variation sensible du spectre des minéraux argileux. La paléogéographie lors du dépôt de l'ensemble moyen est franchement diversifiée, avec (1) un bassin oriental situé entre la ride, les Canaries et l'Afrique, caractérisé par le maintien des conditions euxiniques, (2) un bassin occidental, entre la ride et la marge américaine avec des alternances possibles de phases de confinement et de phases de circulation, (3) un bassin Nord, entre la ride et les marges marocaine et européenne, sans indication positive de confinement, (4) la ride elle-même où le milieu était plus nettement oxydé. Les smectites dominent largement sur les autres minéraux pendant cette période ; toutefois l'étude attentive des paragénèses argileuses suggère que la barrière des influences entre continents américain et africain coïncidait avec une dorsale située à l'ouest de la ride médiane et passant par les Bermudes. L'étude des paragénèses minéralogiques complètes suggère une plus grande ouverture dans le bassin américain situé à l'ouest de cette dorsale, vis-à-vis d'un confinement plus marqué, observé à l'Est. Entre les ensembles moyen et supérieur (évènement E² ), une nouvelle lacune fréquente ou (et) une condensation sédimentaire sont soulignées par une accumulation d'argilites noires à matière organique marine, répondant à une phase de stagnation généralisée à l'ensemble du bassin. Celle-ci persistera jusqu'au Coniacien dans un fond de bassin compris entre la ride médiane, les Canaries et la marge africaine. Une uniformisation des dépôts intervient le plus souvent après l'évènement E². Elle conduit à des sédiments oxydés, carbonatés ou non suivant la profondeur, avec des paragénèses minéralogiques comparables d'un puits à l'autre, témoignant d'une reprise, nuancée mais générale, du détritisme terrigène. Ce renouvellement se produit d'abord à l'Ouest de la dorsale au Sud dès le Vraconnien (donc avant E²); ensuite à l'Est, en progressant à partir (supérieur ?) au Nord jusqu'au Campanien Sud.

Abstract

A chronostratigraphic, sedimentological and geochemical survey of the black shales recovered by DSDP boreholes in the Northern Atlantic was carried out with the dual preoccupation of reconstituting the depositional environments by studying the elementary sequences on one hand and identifying the major stratigraphic units and the discontinuities separating them on the other hand. The types of series illustrated in this text as examples are the following: A chronostratigraphic, sedimentological and geochemical survey of the black shales recovered by DSDP boreholes in the Northern Atlantic was carried out with the dual preoccupation of reconstituting the depositional environments by studying the elementary sequences on one hand and identifying the major stratigraphic units and the discontinuities separating them on the other hand. The types of series illustrated in this text as examples are the following 1. Series with preserved organic matter of marine origin. - Series with autochthonous(Le. not redeposited) sediments and associated redeposited sediments, both containing preserved organic matter of marine origin. - Series with autochthonoussediments containing marine organic matter but with redeposited sediments containing only residual organic natter. In both cases the presence of marine organic matter in the autochthonous sediments shows that the environnent was anoxic (euxinic type) at the place of final deposition. 2. Series with terrigenous or residual organic matter. - Black shales or alternating black and greenish shales or even calcareous and not calcareous shales. - Alternating white bioturbated limestones (with undetermined organic matter) and siltose shales (with terrigenous organic matter). The reconstitution of the sedimentary environment does not necessarily imply an anoxic environment at the site of deposition because terrigenous organic matter is more resistant to oxidation than marine organic matter, especially when the rate of accumulation is relatively high. 3. Series with alternating facies, including one with marine organic matter and the cher with detrital or residual organic matter. - Alternating black shales (with marine organic malter) and greenish claystones (with undifferentiated organic matter). - Sequences comprising from bottom to top : (1) dark laminated calcareous shales (with associated terrigenous and marine organic matter) (2) black shales (with terrigenous organic matter) and (3) greenish claystones or shales (with residual organic matter). Several hypotheses are put forward to justify the existence of such recurrences. The major stratigraphical units of Cretaceous age drilled in the North Atlantic are the following from bottom to top . A) Blake Bahama Formation : alternating white micritic limestones with Radiolaria and dark shaly-silty limestones (Valanginian-Bedoulian). B) Hatteras Formation : aiternating black or greenish claystones with or without carbonate resediments (late late Aptian to middle or late Cenomanian). C) Plantagenet Formation varicoloured claystones and shales for the deeper sites, and light-colored or varicoloured chalks for the shallower sites (Turono-Senonian). Blake Bahama Formation corresponds to relatively homogeneous depositional conditions on the whole basin with respect to the redox conditions, comprising periods of probably periodic confinement. The clay minerai assemblages show the differentiation between an eastern and a western portion of the basin separated by the mid-oceanic ridge, illustrating the influence of continents on the sedimentary influx. The transition from Blake Bahama Formation to Natteras Formation is not marked by any appreciable variation in the spectrum of clay minerais. But it is underlined by a quick rise of the CCD and in several wells by a sedimentary gap ; therefore we caf) here E, the sedimentary event which corresponds to this boundary. The paleogeography during the deposition of Hatteras Formation is well diversified with (1) the eastern part of the basin situated between the mid-atlantic ridge, the Canary Islands and Africa, characterized by persistent euxinic conditions ; (2) the western part of the basin between the mid-atlantic ridge and the American margin, with possible alternating phases of anoxia and of oxygenation ; (3) a northern basin between the mid-atlantic ridge and the Moroccan to European margins, without any positive indication of anoxia ; (4) the mid-atlantic ridge itself where the environment was well oxidized. The smectites were largely dominant over other clay minerais during the deposition of Hatteras Formation. However, examination of clay assemblages suggests that the barrier of influences between the American and African continents coincided with a ridge situated to the west of the median ridge and was more or less superimposed to the present day Bermuda rise. An examination of the complete mineralogical assemblages suggests a wider opening in the Western (American) part of the basin located to the west of the ridge with regard to a more marked confinement observed in the Eastern one. Between the Natteras and Plantagenet formations, a new and frequent gap or/and a sedimentary condensation are emphasized by an accumulation of black claystones containing sea derived organic matter. This is indicative of a phase of generalized stagnation for the entire basin. The corresponding sedimentary event is called E2. The period of anoxia lasted until the Conacian for a limitated part of the basin which is located between the mid-atlantic ridge, the Canary Islands and the African margin. A uniformization of the depositional environments occurred usually after event E2. It led to oxidized sediments, carbonate rich or not depending on the depth, with comparable mineralogical assemblages from one well to another, attesting a nuanced but general resumption of terrigenous detritism. This resumption occurred first to the West of the mid-atlantic ridge as early as the Vraconian (hence prior to E2) for the southern part. It occurred then in the East progressing from the (Late ?) Turonian in the North to the Lower Campanian in the South.