Formation Yarishevska (FY)

Séquence V2bern

Dans la partie médiane de la formation FY, au-dessus du niveau bentonitique (B4), le matériau se présente comme un grès fin laminé, constitué d’un assemblage de minéraux détritiques comprenant des quartz et des feldspaths, essentiellement potassiques (Tab. 6.1), dont les formes sont anguleuses à sub-arrondies (Fig. 5.10 a, b). Du point de vue granulométrique, ces éléments présentent une distribution unimodale assez stricte (0,13- 0,21 mm), ce qui atteste d’un matériau homogène et bien trié. Ces grains (Fig. 5.10 c, d) sont généralement peu jointifs du fait de la présence d’une abondante 40-50%) matrice fine, jaune verdâtre (LPNA).

Figure 5.10 Micrographies (FY1): (a, b) d’un assemblage détritique de quartz (Q) et de feldspaths (F), aux formes anguleuses à sub- arrondies ; (c, d) d’une matrice fine argileuse (MA), jaune verdâtre; (e, f) de matériau argilo-pélitique formant des cutanes semblables à ceux créés par l’activité de voiles bactériens (VB); d’un cristal isolé d’apatite (Ap).

Vers le haut (FY11), la proportion de la matrice intergranulaire diminue légèrement et les joints de grains, caractérisés par des contacts plans, sont alors plus fréquents. L’espace intergranulaire est généralement rempli par une matrice argilo-pélitique brunâtre (LPNA), parfois silicifiée ou, plus rarement, occupé par des plages vert pale (LPNA). Ce même matériau pélitique peut également s’organiser en lamines ou en cutanes, dont certaines moulent la surface des quartz sous-jacents (Fig. 5.10 e, f). Ces structures en cutanes sont très semblables à celles produites par l’activité de voiles bactériens dans des contextes similaires. Enfin, quelques cristaux épars d’apatite sont observables dans l’ensemble du matériau (Fig. 5.10 e, f).

Du point de vue de l’altération (Fig. 5.11 a, b), comme dans le faciès précédent, le plagioclase semble avoir remplacé tout ou partie de feldspath potassique en suivant les plans de clivage (albitisation). Cette première phase a été suivie par la cristallisation de calcite et de silice secondaire dans l’espace intergranulaire fin. Ces deux phénomènes n’ayant pu être observés de manière contiguë, il est difficile d’en déterminer l’ordre ou les relations génétiques. Enfin, l’espace poral plus ouvert a finalement été cimenté par une matrice argileuse riche en kaolinite.

Figure 5.11 Micrographies (FY11) montrant : (a, b) un assemblage de feldspaths potassiques (KF) et de plagioclases (Pl) ponctuellement cimentés par des silicifications (Si) et des plages ce calcite (Ca). Dans les zones à porosité est plus ouverte, l’espace est occupé par une matrice argileuse riche en kaolinite.

Le faciès sus-jacent (FY13) possède une texture gréseuse à arkosique. Les grains de 1,3-2,0 mm sont essentiellement des quartz, associés à des feldspaths potassiques et des plagioclases, moins abondants (Fig.5.12 a, b). A cela s’ajoute la présence de quelques clastes polycristallins (φ : 3-4 mm) dans lesquels les contacts intergranulaires sont engrenés. En revanche, les grains de la matrice gréseuse, lorsqu’ils sont jointifs, présentent entre eux des contacts plans. L’ensemble de ces grains présente en général un assez fort coefficient d’usure. Enfin, à ces constituants majeurs sont associés des fantômes de petits micas, probablement de la biotite à l’origine, très chloritisés (Fig.5.12 c, d, e).

Figure 5.12 Micrographies (FY13) : (a, b) des quartz (Q), largement dominants, associés à des feldspaths potassiques (KF) et des plagioclases (Pl); (c, d, e) fantôme de biotite tout ou partiellement chloritisé (Annexe 2 Tableau 6.1 et 6.2)

En remontant, la minéralogie reste sensiblement identique avec toutefois une diminution de la taille de grain, comprise entre 0,5 et 0,8 mm (Fig.5.13 a, b). Le degré d’altération, assez faible, varie selon la nature des minéraux ; pratiquement inexistante pour les quartz et faible pour les feldspaths, il peut être plus poussé pour les rares micas observés. Enfin, la porosité beaucoup plus réduite (5%) et encore ponctuellement remplie de calcite (Fig. 5.13 c, d, e).

Figure 5.13 Micrographies (FY15) montrant : (a, b) la porosité du squelette quartzo-feldspathique (Q, KF) remplie par calcite (Ca). Les quartz au contact de la calcite sont fréquemment affectés par des golfes de corrosion (c, d). Au MEB (d), il apparaît que la calcite cristallise généralement masses poreuses.

Au sommet de la séquence, le faciès se caractérise par une alternance arythmique de matériaux fins puis plus grossiers. Cette variabilité concerne autant la granulométrie des minéraux que l’épaisseur des lits qu’ils constituent (Fig. 5.14 a, b). Le faciès est constitué des grains de quartz fins de 0,01-0,03 mm qui sont associés à de petit micas bruns (biotite) ainsi qu’à des plages brunâtres (LPNA) à la texture fibreuse (Fig. 5.14 c, d). Plus haut, la granulométrie de ce niveau pélitique devient beaucoup plus grossière, et l’on observe alors la présence de clastes de 0,05-0,07 mm de diamètre moyen (Fig. 5.14 e, f).

Figure 5.14 Micrographie (FY15): (a, b) d’une alternance arythmique de matériau fin (MF) et plus grossier (MG); (c, d) des feuillets de micas (Mi) et de plages brunâtres à texture fibreuse ; (e, f) des clastes grossiers de quartz (Q) et feldspath (F).

A la transition des séquences V2bern et V2bron de la Formation FY, on observe (FY17) la présence d’un faciès riche en une matrice argileuse très fine (50-60%), emballant quelques cristaux de quartz (5-7%) et de feldspaths (3-5 %) de 0,03-0,05 mm, anguleux à sub- anguleux, et des micas altérés (20-30%). Des patches d’oxydation marron-rouille sont disséminés dans l’ensemble de cette matrice argileuse. Le litage micrométrique souligné à la base par les micas devient moins visible vers le haut. Parallèlement, la présence de cristaux anguleux de quartz, et parfois de feldspaths, s’accompagne localement d’une plus grande concentration de feuillets micacés (Fig. 5.15 a, b). En d’autres endroits, ces micas soulignent également ce qui ressemble à des micro-rides (Fig. 5.15 c, d).

Figure 5.15 -Micrographies (FY17) montrant : (a, b) la concentration de feuillets micacés (Mi) au voisinage immédiat des cristaux de quartz anguleux (Q); (c, d) des micas (Mi) soulignant des structures de micro-rides (MiR).

Séquence V2bron

Le faciès le plus fréquent de la séquence V2bron est constitué d’une matrice pélito-argileuse, relativement homogène si l’on excepte ses variations de couleur (FY20/21). Ainsi, vers le haut du faciès, les teintes plus claires sont dues à l’apparition de plages blanchâtres (0,2-0,4 mm) de calcite qui se disséminent dans la matrice quartzo-argileuse très fine par ailleurs localement enrichie en concentrations de quartz très fin. Cette distribution irrégulière de plages claires dans une matrice plus sombre confère au matériau un aspect presque « porphyroblastique ». Enfin, dans l’ensemble de l’échantillon, on observe de petits granules de calcite disséminés dans la matrice. Dans la partie rougeâtre, le matériau est essentiellement composé d’une matrice argilo-quartzeuse, beige (LPNA) à brun foncé (LPA), très homogène qui emballe de petits agrégats microcristallins (0,06-0,08 mm) de calcite (Fig. 5.16 a, b) et de quartz, ces derniers étant les moins abondants. Dans la partie jaunâtre en contact avec la précédente, la teneur en calcite croît sensiblement (Fig. 5.16 c, d, e). Par ailleurs, la distribution non homogène de la calcite se traduit par une texture plus nuageuse sans pour autant souligner une quelconque stratification.

Figure 5.16 - Micrographies (FY20/21) : (a, b) d’une matrice quartzo-argileuse (M Q-A) emballant de petits agrégats microcristallins de calcite et de quartz (Ac-q); (c, d, e) l’augmentation des teneurs en agrégats de calcite et de quartz (Ac- q) et des structures nuageuses (SN) au passage d’un domaine rougeâtre (PR) et d’un domaine jaunâtre (PJ) (Annexe 2 Tableau 6.2).

Plus haut, la texture se complexifie avec des plages successivement brunâtres (LPNA) très argileuses jusqu’à des zones blanchâtres sub-arrondies à nuageuses, constituées de calcite ou composées d’un mélange gris de calcite, de quartz et d’argile (Fig. 5.17 a, b). Enfin, on observe dans l’ensemble de l’échantillon des agrégats de calcite micro-cristalline. Cependant, dans la partie jaunâtre, ces agrégats sont souvent associés avec des taches brun rougeâtre dont la partie centrale est occupée par des plages opaques (Fig. 5.17 c, d) partiellement constituées de cristallites d’oxyde de fer (Fig. 5.17 e). Il est probable que la partie opaque complémentaire soit de la matière organique.

Figure 5.17 Micrographies (FY20/21): (a, b) de la matrice argileuse (MA) envahie d’agrégats de calcite (AC) et de patches composés d’un mélange de calcite et de quartz (Ac-q). Parfois, les agrégats de calcite sont digérés par des matériaux opaques (c, d) dont l’observation MEB (e) révèle une partie centrale est occupée par des oxydes de fer. Les agrégats sont emballés dans la matrice quartzo-argileuse (Annexe 2 Tableau 6.2).

VI.3 Formation Nagoryanska (FN)

Séquence V2ka

Les faciès de la formation FN, à grain beaucoup plus fin que les faciès des Formations FM et FY précédentes, peuvent être qualifiés de silto-argileux à argilo-silteux. A la base, cette séquence a livré des structures en chevrons (« cone-in-cone ») qui font souvent débat quant à leur origine minérale ou biologique (« stromatolite-like »).

Macroscopiquement ces structures (FN2) sont constituées d’une succession de matériaux fins devenant progressivement plus clairs du bas vers le haut. A la base, un matériau fin, grisâtre et taché de plages plus colorées, est recoupé verticalement par des filaments brunâtres distribués sans schéma d’organisation clair. Plus haut, le développement de la matrice grisâtre a été brusquement interrompu par le dépôt horizontal d’un lit micrométrique de matériau brun (apparemment argileux), au-dessus duquel la matrice grisâtre réapparaît, toujours associée à la présence des filaments brunâtres verticaux. La partie sommitale est caractérisée par l’augmentation de la densité des filaments brunâtres. Vers le haut, ce phénomène est tel que l’accumulation des filaments conduit à la formation de petits lits assez homogènes et plus foncés que l’ensemble sur lequel ils reposent.

Sur le plan de l’organisation microscopique, la base de ces structures est constituée par de la calcite columnaire. Cette morphologie est la conséquence de la croissance contiguë de colonnettes de calcite se développant deux à deux, l’une et l’autre selon le même plan de clivage mais accolée selon le second plan de clivage de ce minéral, qui fait avec le précédent un angle de 60°. Les clivages internes aux cristaux de calcite sont soulignés par de la matière organique noire, tandis qu’entre les cristallites le matériau interstitiel est plus clair, probablement un mélange de matière organique et d’argile (Fig. 5.18). Ces domaines de calcite columnaire contiennent également des plages opaques et sub-hexagonales possédant des bords très nets révélateurs de leur caractère authigène. En lumière réfléchie (Fig. 5.18), une grande part de ces plages présente une teinte blanche caractéristique d’oxyde de fer de type hématite. L’autre partie, de couleur marron, semble être un mélange de calcite et de matière organique, ce qui suggère que l’oxyde de fer s’est développé par pseudomorphose d’un cristal de calcite préexistant.

Figure 5.18 Micrographies (FN2): (a, b) de calcite columnaire (CC) et d’un matériau brunâtre interstitiel (MB) soulignant la bordure des cristallites; (c, d) plages opaques sub-hexagonales constituées (e) d’oxyde de fer (hématite) et d’un mélange de matière organique et de carbonate (lumière réfléchie).

En peu plus haut, l’organisation columnaire disparaît brusquement (Fig. 5.19 a, b). Des taches brunâtres de matière organique restent visibles, mais elles ne sont plus liées comme précédemment à l’orientation des cristaux de calcite. Par ailleurs, dans ce niveau où la cristallisation du carbonate semble désordonnée, les plages opaques riches en oxyde de fer disparaissent.

Au-dessus du niveau argileux brunâtre précédemment mentionné (Fig. 5.19 c, d ; Fig. 5.20 a, b, c), le dépôt carbonatée montre un aspect colloforme et contient quelques rares traces de matière organique s’orientant verticalement (Fig. 5.21 a, b.). Enfin, les filaments brunâtres deviennent de plus en plus abondants vers le sommet et forment le niveau très riche en matière organique qui scelle cette structure en chevrons (Fig. 5.21 c, d, e).

Figure 5.19 -Micrographies (FN2) montrant : (a, b) la transition entre les calcites columnaire (CC) et désordonnée (CD); (c, d) le lit argileux (NA) brun faisant l’interface.

Figure 5.20 Micrographies détaillées (FN2) montrant: (a, b) la structure anastomosée du lit argileux brun du voile bactérien (NA) et (c) la présence de rares cristaux d’oxyde de fer (Ox Fe) dans le dépôt sus-jacent de calcite désordonnée (MEB) (Annexe 2 Tableau 6.2).

Figure 5.21 Micrographies (FN2): (a, b) du dépôt de calcite à structure colloforme (SC) et (c, d) du niveau très riche en filaments brunâtres, riches en matière organique (MO), coiffant la partie sommitale de la structure en chevrons.

Caractéristiques pétrographiques des concrétions phosphatées

Une étude pétrographique détaillée a été menée sur une concrétion grossièrement sphérique de petit diamètre (2,8 cm) afin d’observer toute la structure sur une seule section de roche. Le cœur de forme allongée (Fig. 5.22 A, B) possède une composition minéralogique hétérogène : sa partie centrale est constituée un assemblage assez compact de cristaux hétérométriques (1 à 50 µm) de calcite. Cette calcite bien cristallisée (Fig. 5.22 C, D) est associée à des agrégats de cristaux de pyrite (Fig. 5.23). La partie externe du cœur, beaucoup moins bien cristallisée, est constituée par une matrice micro- à cryptocristalline faite d’un mélange de calcite et d’apatite, dont les variations de proportions expliquent les variations de couleurs, gris, brun à jaunâtre (Fig. 5.22 E, F, Fig. 5.23, Fig. 5.24).

Figure 5.22 Micrographies : (A, B) du cœur allongé de la concrétion (Co); (C, D) des cristaux de calcite bien cristallisée (BC) formant la partie interne du cœur; (E, F) mélange microcristallin (MC) de calcite et d’apatite forme la partie externe du cœur.

Figure 5.23 Micrographies du cœur de la concrétion, composé essentiellement de calcite (Ca), et localement d’agrégats de cristaux de pyrite (Py) ; entouré l’apatite (Ap).

Figure 5.24 Micrographies optique et MEB de la partie centrale de la concrétion montrant le remplacement du carbonate initial par le matériau phosphaté : Ca – calcite ; MA – matrice argileuse.

Vers les bordures, les plages toujours très riches en phosphate deviennent très brunâtres, presque noires, du fait d’un enrichissement en argile et probablement en matière organique (Fig. 5.25). La pyrite est toujours présente, ainsi que des cristaux d’oxyde de fer (hématite) qui ne sont pas observables dans la partie centrale de la concrétion (Fig. 5.25). Enfin, on remarquera que dans ce domaine, des plages importantes de calcite peuvent encore être présentes (Fig. 5.25).

Figure 5.25 Micrographies en lumières LPNA (A), LPA (B) et LR (C) montrant la bordure d’une concrétion constituée d’une matrice argileuse (MA) scellant des plages d’apatite (Ap) ayant tout ou partie remplacé la calcite primaire (Ca). Ce domaine périphérique de la concrétion contient de petits cristaux de pyrite (Py) et d’oxyde de fer (Ox Fe) généralement localisés dans les zones de contact entre apatite et calcite.