Thèse en Géologie, soutenue par Mohamed Ghnahallah sous la codirection de Mohamed Salem Sabar de l'Université de Nouakchott et Abderrezak AL ALBAN. (09/12/2022)
Mots clés :
Mésoprotérozoïque, Paléoenvironnement, Paléocondition, Minéralogie, Redox, Géochimie, Bassin de Taoudeni, Mauritanie,Géochimie, Protérozoïque, Paléoenvironnement, Mauritanie, Minéralogie, Taoudenni, Bassin de (Mali),
Formation doctorale :
Formation doctorale en Géologie, Ecole doctorales des Sciences et Technologies, Université de Nouakchott
Résumé
L’augmentation spectaculaire de la teneur en oxygène il y a environ 2,3 Ga, l’évolution de la vie et l’instabilité tectonique ont entraîné plusieurs changements dans les conditions géologiques et géochimiques du système atmosphère-océan de la Terre primitive. Après une chute vers 1,8 Ga, la teneur en oxygène est restée relativement stable pendant le milliard d’années suivant, au cours de la période dite du “Boring billion”. Par conséquent, la compréhension des processus sédimentaires et post-dépôt enregistrés dans les strates au cours de cette période géologique est vitale pour les reconstitutions paléo-environnementales de l’histoire de la Terre. Cette période cruciale est bien représentée dans les roches sédimentaires non métamorphisées du bassin de Taoudeni. Dans ce travail, des approches minéralogiques, pétrographiques et géochimiques sur quatre forages carottés ont permis de : (i)déterminer les effets des processus post-dépositionnels, y compris la diagenèse et l’impact des intrusions magmatiques observées dans une des carottes de forage,(ii) retracer la provenance des sédiments,(iii) reconstruire l’environnement de sédimentation et les conditions paléoredox pendant et après le dépôt des sédiments du groupe d’Atar et d’El Mreiti du bassin de Taoudeni. Les résultats montrent que les caractéristiques sédimentaires et géochimiques primaires de la plupart des roches de S2, S3 et S4 ont été préservées. Ces sédiments sont peu matures et très peu altérés chimiquement, ce qui témoigne de processus post-dépôt limités. Les principaux minéraux argileux sont la chlorite, kaolinite, l’illite et des interstratifiés illite/smectite. Cependant, les roches du forage S1, recoupées par une intrusion doléritique, ont subi une série de transformations texturales, minéralogiques et chimiques en lien avec l’augmentation de la thermicité relative aux intrusions elles-mêmes et à la circulation de fluides associés. Les signatures des éléments traces, considérés comme relativement immobiles, suggèrent un mélange probable de sédiments de différentes sources avec une dominance de roches sources felsiques. Ainsi, les sédiments du groupe d’El Mreiti présentent des contributions plus importantes de composants mafiques et intermédiaires par rapport aux sédiments du groupe d’Atar. La composition isotopique Sm/Nd montre que les roches sédimentaires du groupe d’Atar sont principalement issues de roches mères felsiques archéennes du bouclier de Reguibat. En revanche, les sédiments du groupe d’El Mreiti proviennent de manière significative du terrane paléoprotérozoïque juvénile mis en place au cours de l’orogenèse éburnéenne. Ces résultats, et plus particulièrement la comparaison entre les roches impactées par le métamorphisme de contact (S1) et l’équivalent paléoenvironnemental non métamorphisé (S2) révèlent une forte augmentation de la concentration en éléments traces sensibles au redox et à une teneur significative en Fe. Les roches du forage S1 présentent des compositions isotopiques du Fe (δ56Fe) hétérogènes, avec des gammes de valeurs de δ56Fe, négatives et positives, élevées ; en accord avec la précipitation de minéraux secondaires contenant du fer sous l’effet de processus liés au métamorphisme et au métasomatisme. La composition isotopique de Fe montre des variations intenses dans les protolithes carbonatés altérés hydrothermalement, suggérant un fractionnement intense pendant l’interaction du fluide chaud circulant dans ces roches carbonatées. Par conséquent, les résultats montrent que le fer est mobile et réactif pendant les processus post-dépôt (diagenèse et métamorphisme), ce qui modifie le signal isotopique du fer et peut engendrer une mésinterprétation du signal redox primaire. Par conséquent, les approches pétrographiques, minéralogiques et géochimiques doivent être combinées avec les données δ56Fe pour mettre en évidence les effets des processus post-dépôts et reconstruire correctement les conditions redox et paléoenvironnementales originales
The dramatic rise in the Earth’s oxygen about ~2.3 billion years ago, evolution of life, and tectonic instability resulted in several changes in geological andgeochemical conditions of the early Earth’s atmosphere-ocean system. Theoxygen dropped around ~1.8 Ga and was relatively stable for the next ~1 billionyears during the so-called “boring period”, characterized by steadied climaticconditions, delay in complex life evolution, and relative tectonic stability. Therefore, understanding the prevailing depositional and post-deposition events recorded in sediments deposited during this geologic age are vital in paleo-environmental reconstructions of early Earth history. This crucial period is well represented in the non-metamorphosed sedimentary rocks from the Taoudeni basin. Here, we used mineralogical, petrological, and geochemical approaches on four different drill cores to (i) determine the effects of post-depositional processes, including diagenesis and impact of magmatic intrusions observed in only one of the drill cores, (ii) trace the provenance of the sediments, and (iii) reconstruct the sedimentation environment and the paleoredox conditions during and after the deposition of Atar and El Mreiti group sediments in the Taoudeni Basin. The sedimentological, mineralogical, and geochemical data show that the primary sedimentary and geochemical features from most of the drill cores (S2, S3, and S4) are preserved. These sediments are poorly matured and show a low degree of chemical alteration, demonstrating limited post-depositional processes. The clay minerals are mainly chlorite, kaolinite, illite, and illite/smectite mixed-layer minerals.However, the drill core with sill intrusion (S1) experienced a series of textural, mineralogical, and chemical transformations induced by brittle deformation, thermal overheating, and fluid circulation. Consequently, the original sedimentary characteristics were obliterated, especially for the sediments adjacent to the dolerite sill. The signatures of the relatively immobile trace elements suggest likely sediment mixing of different sources with a dominance of felsic source rocks. Specifically, the El Mreiti Group sediments display greater contributions of mafic and intermediate components compared to the Atar Group sediments. The Sm/Nd isotope systematics suggest that the Atar Group sedimentary rocks were dominantly derived from moderately differentiated Archean felsic source rocks of the Reguibat shield. In contrast, the El Mreiti Group sediments were significantly sourced from the juvenile Paleoproterozoic terrane that are linked to the emplacement of mafic magmatic events during the Eburnean orogeny.Furthermore, our results and specifically the comparison between metamorphosed rocks (S1) and the unmetamorphed paleoenvironmental equivalent (S2) — reveal a strong increase in the concentration of redox-sensitive trace elements (RSTEs), and with a significant Fe content in contact aureole. The S1 rocks show heterogeneous Fe isotope compositions, with high light and heavyFe generations in agreement with the secondary Fe-bearing minerals precipitation due to metamorphism and metasomatism overprints. The δ56Fe composition shows intense variations in the hydrothermally altered carbonate-bearing protoliths, suggesting intense iron Fe fractionation during the interaction of the hot circulating fluid with impure carbonate and carbonated rocks. Hence, our results show that Fe is mobile and reactive during the post-depositional processes (diagenesis and metamorphism), which can readily overprint the iron isotope signal and engendering false primary redox interpretation. Therefore, additional petrographic, mineralogical, and geochemical approaches can be combined with the δ56Fe data to help untangle the post-depositional overprints and arrive at an accurate reconstruction of the original paleoenvironmental and redox conditions.
