Géochimie des black shales du Jurassique supérieur de la plate-forme russe. Processus de sédimentation et de préservation de la matière organique

Abstract

During the Middle Volgian, the Russian Platform was the seat of important organic matter (OM) deposition. The resulting formation shows alternating levels of clayey marlstones and black shales. This formation was studied in Gorodische and Kashpir areas, located in the middle Volga Basin, in order to determine the processes of OM sedimentation and preservation. A global study of the sediment and OM was first performed on numerous samples from the two places. Very similar bulk geochemical data (HI, TOC, CaCO3...) are obtained, indicating similar conditions of OM deposition and preservation in the whole middle Volga Basin. Palynological observations indicate that the samples are dominated by amorphous OM (AOM) and that TOC and HI variations are not due to differences in relative contributions of terrestrial and marine OM. Gorodische samples were divided into three groups of contrasted bulk geochemical and morphological features : (i) grey AOM for poorly aliphatic, Sorg-poor samples of lowest TOC contents, (ii) heterogeneous orange AOM for relatively aliphatic and Sorg-containing samples of middle to high TOC contents, (iii) pure orange AOM for aliphatic and Sorg-rich samples of very high TOC contents. Detailed geochemical study (spectroscopy and pyrolysis) of three kerogens representative of each group showed the phytoplanctonic origin of the OM. A weak bacterial contribution is also noted. Different OM preservation processes are observed : pure orange AOM was mainly formed by natural sulphurisation of lipids and carbohydrates under anoxic conditions; grey AOM was mainly formed by the degradation-recondensation process with a minor contribution of selectively preserved algal cell-walls under mainly oxic conditions; heterogeneous orange AOM appears in between the other two groups and is constituted of melanoidins and sulphurised material under changing oxygenation conditions, mainly dysoxic. The three kerogens also show an important contribution of lipids incorporated by oxydative reticulation. Combination of bulk and detailed geochemistry, allows to put forward a recontruction of the paleoenvironment and of its evolution during the deposition of the organic-rich formation.La plate-forme russe a été le siège d'un important dépôt de matière organique (MO) au cours du Volgien moyen. La formation qui en résulte, montre des alternances décimétriques de niveaux marneux et de black shales. Nous avons étudié cette formation sur deux sites, Gorodische et Kashpir, situés dans la région moyenne de la Volga, afin de déterminer les processus de sédimentation et de préservation de la matière organique. Une première étude globale du sédiment et de la matière organique a été menée sur un grand nombre d'échantillons provenant des deux sites. Les résultats indiquent que les échantillons de Gorodische et de Kashpir présentent des caractéristiques géochimiques globales proches (IH, COT, CaCO3...), ce qui atteste de conditions de dépôt et de préservation de la MO similaires sur l'ensemble du bassin de la moyenne Volga. La palynologie montre que les échantillons sont dominés par la MO amorphe (MOA) et indique que les variations verticales d'IH et COT observées le long de la coupe de Gorodische ne sont pas liées à des variations dans la contribution relative de MO terrestre et de MO marine. Les échantillons de Gorodische ont pu être répartis selon trois groupes présentant des caractéristiques morphologiques et géochimiques différentes : (i) MOA grise pour les kérogènes peu aliphatiques, pauvres en soufre organique et présents dans les échantillons de plus faible COT (ii) MOA orange hétérogène pour les kérogènes relativement aliphatiques, moyennement enrichis en soufre, présents dans les échantillons de COT intermédiaire et (iii) MOA orange pure pour les kérogènes très aliphatiques et enrichis en soufre organique, présents dans les niveaux de plus fort COT. L'analyse géochimique détaillée (spectroscopie et pyrolyse) des trois kérogènes représentatifs de ces trois groupes indique l'origine phytoplanctonique de la MO. Une faible contribution de matériel bactérien est également notée. Les différents processus de préservation de la MO ont également été mis en évidence : la MOA orange pure s'est essentiellement formée par sulfuration naturelle de lipides et de sucres sous des conditions anoxiques ; la MOA grise s'est principalement formée par dégradation-recondensation et, dans une moindre mesure, par préservation sélective de parois d'algues sous des conditions principalement oxygénées ; la MOA orange hétérogène intermédiaire entre les deux autres types, est constituée de mélanoïdines et de matériel soufré, elle s'est formée sous des conditions variables globalement dysoxiques. Les trois kérogènes montrent également une importante contribution de lipides incoporés par réticulation oxydative. La combinaison des deux approches, géochimie globale et détaillée, permet de proposer une reconstruction du paléoenvironnement et de son évolution au cours du dépôt de la formation