Synthèse : évolution des fluides diagénétiques dans le bassin d’Ainsa

Les nombreux ciments carbonatés et sulfatés observés dans différentes parties du bassin d’Ainsa indiquent une histoire diagénétique complexe, qui résulte de l’intéraction entre des processus précoces, liés aux conditions de dépôts (vitesse de sédimentation, hétérogénéités sédimentaires, variations tectono-eustatiques) et caractérisés notamment par la précipitation de dolomite au sein de plusieurs structures (concrétions, YB), et à la forte influence de la mise en place des chevauchements sud-pyrénéens à l’Éocène.

La dolomitisation, initiée lors des premiers stades de la diagenèse à partir d’eaux interstitielles dérivées de l‘eau de mer et modifiées par l’oxydation bactérienne de la matière organique, montre une évolution vers des compositions de plus en plus riches en Fe et Mn au fur et à mesure de l’enfouissement, que ce soit dans les faciès profonds ou deltaïques. Cela traduit le caractère de plus en plus réducteur des eaux interstitielles.

Des ciments de calcite, en majorité plus tardifs que les dolomites, sont observés dans les différentes parties du bassin, où ils présentent des valeurs isotopiques relativement proches, ainsi qu’une certaine richesse en Fe. Les fluides à l’origine de leur précipitation sont principalement dérivés de l’eau de mer, mais l’influence de fluides dérivés du socle n’est pas exclue dans les sédiments les plus profondément enfouis. La migration de fluides sous la contrainte de la tectonique à l’échelle du bassin est également évidente, au vu de la présence généralisée de fractures tectoniques comblées par de la calcite et de la célestine. Les fluides ayant migré dans le bassin ont ainsi atteint des salinités importantes, en raison du contact avec les dépôts évaporitiques du Trias servant de semelle de décollement aux chevauchements. L’altération de ces évaporites a considérablement enrichis les eaux bassinales en sulfate dissous, permettant la précipitation de gypse, observé uniquement dans le Hecho Group ainsi que de barytine et de célestine, observées dans tout le bassin.

Au terme de cette étude, la principale incertitude, outre la composition des eaux intertitielles impliquées, concerne les relations génétiques entre les ciments carbonatés décrits dans les différentes unités. Les valeurs isotopiques et la composition des calcites peuvent résulter d’évènements précis de migration de fluides à l’échelle du bassin, qui donnent partout des ciments comparables, comme cela est envisagé pour les sulfates et les calcites comblant les fractures tectoniques. Elle peut aussi résulter d’une évolution similaire des eaux interstitielles piégées dans les sédiments, dans chaque partie du bassin, sans faire intervenir de migrations.

Une étude diagénétique intégrée à l’ensemble de ce bassin de taille modeste serait à même de définir précisément l’histoire de la migration des fluides, et leur influence sur la diagenèse, en contexte de bassin d’avant-pays actif.

CHAPITRE III ETUDE DE LA STABILITE DES CARBONATES ET DES SULFATES DANS LES SEDIMENTS MARINS : DEMARCHE ET METHODES

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TUDE DE LA STABILITE DES

SULFATES ET DES

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CHAPITRE III ETUDE DE LA STABILITE DES CARBONATES ET DES SULFATES DANS LES SEDIMENTS MARINS : DEMARCHE ET METHODES

3.1. Introduction

Lors du chapitre précédent, nous avons vu, à partir de l’exemple du delta Éocène du Sobrarbe, que l’enregistrement de la diagenèse précoce dans les sédiments marins est complexe et conduit à la précipitation de plusieurs phases minérales au cours de l’enfouissement, en particulier des sulfates et des carbonates. En plus de la température et de la pression, la composition de ces phases dépend de la composition des fluides à partir desquels elles se forment. La détermination des mécanismes contrôlant leur précipitation ou leur dissolution nécessite donc de caractériser la composition des eaux interstitielles. Dans les cas les plus favorables, les compositions des eaux peuvent ête obtenues par l’analyse des inclusions fluides. On a vu, avec l’étude des barytines, des célestines et des calcites C2b, que leur analyse se heurte à de nombreuses difficultés telles que la détermination des températures eutectiques (qui fournissent des indications sur la composition des eaux piégées dans les inclusions) ou des températures d’homogénéisation (qui permettent d’estimer la température et la densité des fluides piégés). Quand la nature des eaux n’est pas accessible via les inclusions fluides, on peut peut se servir de l’enregistrement des conditions de la diagenèse par les minéraux. Dans le delta du Sobrarbe, nous avons ainsi pu obtenir des données sur la salinité, la source des ions majeurs et la température des eaux interstitielles ayant conduit à la formation des concrétions. La composition chimique des eaux interstitielles des marnes reste à déterminer.

Un autre moyen d’étudier les conditions de la diagenèse est d’aborder le problème en sens inverse, c’est-à-dire en étudiant les conditions de stabilité des minéraux authigènes, à partir de données de température, de pression et de composition d’eaux interstitielles telles que celles fournies par les programmes de forages océaniques DSDP, ODP et IODP. En effet, la composition des eaux est très sensible aux phénomènes d’intéraction eaux-roches. Si un minéral en trace est difficilement détectable par les méthodes classiques de la minéralogie, sa dissolution ou sa précipitation, se fait tout de suite sentir sur la teneur dans les eaux de ses éléments constitutifs, malgré la faible quantité de matière mise en jeu.

Afin de définir les mécanismes de formation pour les minéraux trouvés dans le bassin d’Ainsa, nous étudions dans les chapitres 4, 5 et 6 leur stabilité dans les sédiments marins, à partir des données de composition des eaux interstitielles de la base de données ODP/IODP. L’observation de la minéralogie des sédiments où ont été prélevés les échantillons d’eaux interstitielles doit permettre de définir les mécanismes d’intéractions eau/minéral durant la diagenèse précoce.

3.2. Démarche suivie pour le calcul de la stabilité des minéraux