Minéralogie de la roche totale

V.2.1.1 Identification des minéraux majeurs

Comme l’étude pétrographique l’a précédemment montré, les dépôts silico-clastiques du Vendien du bassin de Podolya sont essentiellement constitués de matériaux détritiques issus du démantèlement des roches du bouclier ukrainien. Aussi, de manière systématique, les principaux minéraux constitutifs (Fig. 5.39) sont-ils le quartz (4,26 Å, 3,34 Å, 2,46 Å, 2,28 Å) et les feldspaths potassiques de type microcline (6,48 Å, 3,29 Å, 3,24 Å, 2,97 Å) et plagioclasiques de type albite (6,39 Å, 4,03 Å, 3,78 Å, 3,19 Å) associés à des teneurs variables en phyllosilcates, comme le montre les variations de leur réflexion commune à 4,50 Å. Les autres minéraux, toujours mineurs, sont les carbonates de type calcite (3,85 Å, 3,04 Å, 2,49 Å, 2,28 Å) et les phosphates, essentiellement de la fluorapatite (3,45 Å, 2,81 Å, 2,78 Å, 2,71 Å), commune mais toujours accessoire.

Figure 5.39 – Diffractogrammes de poudres caractéristiques de la composition minéralogique totale des sédiments vendiens du bassin de Podolya : Chl – chlorite, Kaol – kaolinite ; Q – quartz, Ca – calcite ; KF – feldspaths potassiques, Pl – plagioclase, Ap – apatite, H – hématite, I/Chl – interstratifié illite/chlorite.

Le cortège des phyllosilicates contient presque toujours de la chlorite (14,2 Å, 7,10 Å, 4,71 Å, 3,52 Å), des micas (biotite et muscovite) et/ou d’illite (10,00 Å, 5,00 Å, 3,32 Å). La kaolinite (7,15 Å, 4,37 Å, 4,18 Å, 3,58 Å) est parfois décelée ainsi que certains minéraux de type interstratifiés (réflexions au voisinage de 12,0 Å et de 11,0-10,5 Å).

V.2.1.2 Evolution temporelle des minéraux majeurs

En intégrant la surface de réflexions majeures (en gras) des différentes espèces, il est possible d’établir une semi-quantification de leurs proportions respectives du bas vers le haut de la pile sédimentaire (Fig. 5.40). Les pourcentages calculés sont donnés en annexe 3 (Tab. 7.1 – 7.10).

Les deux séquences V2lom et V2yam formant la base de FM (Fig. 5.40, niveaux 1 & 2) sont presque exclusivement composées de quartz et de feldspath dans un rapport compris entre 1:1 et 1:2. Les plagioclases de type albite dominent à la base et au sommet de ces séquences tandis que le feldspath potassique est prédominant dans la partie médiane. Les phyllosilicates, qui sont généralement mineurs ou même traces dans les niveaux de grès, deviennent légèrement plus abondants dans les niveaux silteux et parfois dans les micro- conglomérats, mais ne dépassent pas 10 à 20%. Il s'agit essentiellement d'un assemblage de micas blancs (muscovite) et noirs (biotite), souvent bien cristallisés, mais l'asymétrie vers des angles de réflexion à 10 Å indique soit la coexistence de la phase cristalline de très petite taille (fragmentation), soit un état de cristallinité plus faible (illite). Ces micas sont fréquemment associés à la chlorite, observable dans la fraction cimentaire du microconglomérat de base (V2lom). Les minéraux argileux sont principalement représentés par des composés illitiques. Si l'illite est difficile à distinguer en présence de micas, ce minéral présente une phase mixte à 10,5 Å de illite/smectite, riche en illite, dans le faciès silteux et une couche mixte de chlorite/ illite à 12,0 Å dans le faciès silto-argileux. Le premier de ces faciès, qui est riche en empreintes de la faune de type Ediacara, contient également de petites quantités de kaolinite. Dans la partie centrale de la Formation FM, les niveaux successifs de conglomérat et de grès se sont avérés dépourvus de phyllosilicates. Enfin, au sommet de la FM, où les silts argileux ont enregistré des stratifications croisées et des tempêtes (HCS), la kaolinite précédemment absente ou mineure tend à affirmer sa présence, tandis que la chlorite disparaît complètement.

Figure 5.40 Minéralogie globale en fonction de la lithologie du Vendien montrant l’évolution du cortège détritique et des phyllosilicates associés : 1 – séquence V2lom; 2 – séquence V2yam; 3 - séquence V2bern ; 4 – séquence V2bron ; 5 – séquence 2Vka ; 6 – séquence V2pil ; 7 – séquences V2pol+V2kom ; 8 – dépôts phanérozoïques.

A la base de la Formation FY (Fig. 5.40, niveau 3), dans la séquence V2bern, la tendance initiée dans les dépôts terminaux de FM est exacerbée. De plus, les teneurs en quartz et en feldspaths chutent en faveur des phyllosilicates, qui peuvent devenir majoritaires dans certains niveaux. Ce sont surtout les teneurs en feldspaths, essentiellement potassiques, qui diminuent progressivement, même dans les lits de grès, où le quartz devient le minéral dominant du cortège détritique. Au sommet de la Formation FY, la séquence de V2bron (Fig. 5.40, niveau 4) a une composition minéralogique proche de celle observée à la base, à l'exception de la disparition des feldspaths potassiques. Parallèlement, les phyllosilicates montrent un changement important. En effet, dans la partie inférieure de V2bern, sous la couche de K-bentonite (B4), la phase dominante est une un interstratifié smectite/illite, riche en illite dans la plupart des cas, associée à de petites quantités de kaolinite, ainsi qu’à des traces d'illite et/ou de mica, et parfois de chlorite. En revanche, dans les lits de grès de la séquence V2bern, la kaolinite peut devenir la phase dominante. D'autre part, dans des silts argileux des niveaux V2bron du sommet de FY, des alternances rapides montrent des passées riches en micas et parfois en chlorite, mais relativement pauvres en kaolinite, alternant avec des niveaux où la couche de chlorite et la couche mixte de smectite/illite est largement dans la majorité, seulement associé à une petite quantité de mica. Au final, les dépôts de la Formation FY montrent de rapides et intenses variations minéralogiques symptomatiques de l’instabilité des conditions de sédimentation.

La période suivante qui s'étend sur l'ensemble du FN traduit le retour à une plus grande stabilité (Fig. 5.40, niveau 5). Le cortège quartzo-feldspathique est réduit, avec la quasi disparition des feldspaths potassiques. En revanche, les phyllosilicates deviennent nettement dominants. Ponctuellement, en relation avec la présence de structures en chevrons (« cone-in-cone »), interprétées comme des niveaux de stromatolites, la calcite devient la phase minérale prédominante. Plus haut, ce minéral est également présent au cœur des concrétions, tandis que leur périphérie est occupée par de l'apatite. Ces deux phases, détectable dans les sédiments dès la base de la Formation FN disparaissent totalement dans sa partie supérieure. A l’exception des horizons porteurs de ces objets, l'assemblage des minéraux argileux montre lui aussi une composition minéralogique constante. En effet, les phases principales sont la kaolinite, l’illite et deux minéraux interstratifiés, l'un de type illite/smectite (10,40 Å) et l'autre de type chlorite/smectite et/ou vermiculite/smectite (15,14-16,07 Å) ; si la teneur du premier varie légèrement tout au long de la séquence, celle du second augmente légèrement vers le haut avant de disparaître brusquement au sommet, ainsi que la kaolinite. Enfin, il est à noter qu’aucune trace de chlorite n'a pas été détectée dans cette Formation.

La transition avec la Formation Kanilivska (UUF) signe le retour à une sédimentation plus grossière. Ainsi, à la base, la séquence V2pil montre une franche augmentation du cortège quartzo-feldspathique et notamment des plagioclases, le quartz reste quasiment constant et les feldspaths potassiques très mineurs ou en traces (Fig. 5.40, niveau 6) par rapport à la séquence sous-jacente. Par conséquent le ratio feldspaths potassiques / plagioclases très en faveur de ces derniers différencie nettement les dépôts détritique de cette Formation, au sommet du Vendien (Fig. 5.40/ 7), d’avec ceux de la Formation FM à la base de la pile sédimentaire. L’assemblage des phyllosilicates est également bien spécifique. Le fait le plus notable est la réapparition et l’abondance de chlorite qui avait complètement disparu dans

les dépôts de FN. Elle est systématiquement associé à de l'illite bien cristallisée ainsi qu'à un interstratifié illite/smectite (10,57-10,27 Å) dont les variations de teneurs semblent cycliques. Un second interstratifié de type chlorite/smectite n’apparaît qu’en relation avec une strate argilo-silteuse à intercalations de lentilles gréseuses. Enfin, la kaolinite montre une diminution progressive, jusqu'à disparaître totalement dans les sédiments gréseux sommitaux.

La transition Protérozoïque-Phanérozoïque est marquée par un changement radical de la minéralogie dans les dépôts phanérozoïques. La calcite devient la phase dominante et sa teneur augmente progressivement jusqu’au sommet de la séquence étudiée (Fig. 5.40/ 8). Les autres constituants sont de petites quantités de quartz, de feldspaths potassiques, de plagioclases et de phyllosilicates. Ces derniers se réduisent à un assemblage dominé par la chlorite, associée à des illites bien et mal cristallisées, les premières dominant les secondes.