Tesis sobre el tema "Carbonates lacustres"

Intégrée dans le cadre du programme Palhydaf (PALéoHYDrologie en Afrique), l’étude des dépôts lacustres dans le Sahara algérien a pour but la reconstitution fine des environnements continentaux au cours du Pléistocène supérieur et de l'Holocène. L’approche analytique pluridisciplinaire des échantillons prélevés sur des coupes à l'affleurement ou pour un sondage, a fait intervenir les méthodes de sédimentologie, de géochimie (analyses des éléments en trace sur biomarqueurs) et isotopiques (carbone-13 et oxygène-18 sur carbonates inorganiques et biogéniques). La chronologie des événements hydrologiques a été établie par deux méthodes, radiocarbone et U/Th. Pour les âges relativement anciens du Pléistocène supérieur, seule la cohérence de ces deux méthodes assure la représentativité de la chronologie. Pour le Pléistocène moyen, la présence de deux phases humides vers 150 et 110 ka, remet en question l'existence du dernier épisode humide du Pléistocene supérieur précédemment considéré comme centré sur 30 ka et qui serait donc beaucoup plus ancien. La mise en évidence d'une brève phase humide vers 13 ka B. P. Sur l'Atlas saharien liée à des advections d'air polaire, est un des résultats essentiels de ce travail. Cette phase paraît être synchrone de la reprise de la mousson. Sur la marge sud du Sahara et serait relier au premier palier de la déglaciation dans l'Afrique Nord.

Les stromatolites sont des roches organo-sédimentaires laminées composées de carbonates de Ca et/ou Mg mais également de silicates de Mg dans certains cas. Les processus impliqués dans leur formation restent encore mal compris. L’objectif central de cette thèse est de mieux comprendre les processus géochimiques et géomicrobiologiques permettant de favoriser ou au contraire de défavoriser la formation des carbonates et silicates de magnésium dans les environnements lacustres alcalins mexicains. Deux axes principaux ont été développés. Le premier axe s’est focalisé sur les analyses de souches formant des carbonates de calcium amorphes (ACC) intracellulaire (ACC+) ou non. Une grande diversité de souches de cyanobactéries a été analysée pour leur capacité à incorporer le Ca. De plus, l’impact des alcalino-terreux sur la croissance de certaines de ces souches a été déterminé. A partir de cette étude, nous avons mis en évidence que les souches de cyanobactérie ACC+ incorporent plus de Ca que les autres et qu’elles le stockent principalement dans les inclusions d’ACC et dans les polyphosphates (polyP). De plus, nous avons déterminé que les souches ACC+ ont relativement plus besoin de Ca pour leur croissance et certaines d’entre elles sont capables de substituer le Ca par du Sr et Ba. Nous proposons que les inclusions d’ACC 1) peuvent servir de ballasts, 2) peuvent tamponner le pH intracellulaire et équilibrer la formation d'hydroxyde par conversion de HCO3 en CO2 lors de la fixation du carbone et 3) alternativement, ils peuvent servir de forme de stockage de carbone inorganique disponible pour les cellules sur des périodes limitées en C. De plus, les polyP pourraient être impliqués dans le stockage de Ca. Plus largement, les cyanobactéries ACC+ pourraient favoriser la dissolution de carbonate de Ca et par extension celle des stromatolites. Le second axe s’est intéressé à l’étude de la formation de silicates de magnésium dans les sédiments et mésocosmes analogues de 3 lacs alcalins mexicains mais également par des expériences de biominéralisation. Les analyses minéralogiques et chimiques des silicates de magnésium ont été couplées aux caractérisations géochimiques des solutions. L’étude des sédiments a montré la formation de deux smectites, l’une pauvre et l’autre riche en Al et également de smectite ferrugineuse ou sans forte teneur en Fe. Plusieurs interprétations ont été proposées quant à leur formation : 1) la dissolution conjointe d’hydromagnésite et des frustules de silice biogénique, 2) elle est héritée de la colonne d’eau, 3) est liée à l’altération des feldspaths dans les sédiments et 4) à la biominéralisation dans la colonne d’eau. Il a également été montré qu’une souche de cyanobactéries est capable d’induire la précipitation de silicates de magnésium en milieu non tamponné. Dans les mésocosme des lacs alcalins, la formation de silicate de Mg serait directement liée à la composition minéralogique des microbialites, et possiblement des diatomées permettant l’apport de Si dans la solution et localement dans le biofilm, et est biologiquement influencée par les EPS des communautés microbiennes
Stromatolites are laminated organo-sedimentary rocks composed of Ca and/or Mg carbonates but also Mg-silicates in some cases. The processes involved in their formation are still poorly understood. The main goal of this thesis was to better understand the geochemical and geomicrobiological processes that favor the formation or dissolution of carbonates and Mg-silicates in Mexican alkaline lacustrine environments. Two main axes have been developed. The first axis focused on the study of 52 cyanobacterial strains, some forming ACC intracellular, others not forming ACC. The strains were analyzed for their ability to incorporate Ca. The impact of alkaline earth elements on the growth of some of the strains was determined. In this study we have shown that ACC+ cyanobacterial strains incorporate more Ca than others and they store this Ca strongly in ACC and in polyP. In addition, we determined that ACC+ strains need more Ca for their growth and some of them are capable to substitute Ca by Sr and Ba for this purpose. We propose that ACC inclusions 1) can serve as ballasts, 2) can buffer intracellular pH and balance the formation of HCO3 conversion hydroxide to CO2 during carbon fixation and 3) available inorganic carbon storage for carbon dioxide. In addition, polyP could be involved in Ca storage. More broadly, ACC+ cyanobacteria have contributed to the dissolution of calcium carbonate and by extension stromatolites. The second axis focused on the study of Mg-silicate formation in sediments and mesocosms of 3 Mexican alkaline lakes but also in laboratory experiments. Mineralogical and chemical analyzes of magnesium silicates have been coupled with geochemical characterization of the solutions. The study of sediments showed the formation of an Al-low and an Al-rich stevensite-like phase and of ferrous or non-ferrous saponite-like. Several interpretations have been proposed regarding their formation: 1) dissolution of hydromagnesite and biogenic silica frustules, 2) it is inherited from the water column, 3) it is related to the alteration of feldspaths within sediments and 4) biomineralization in the water column. It has also been shown that a cyanobacterial strain was able to induce precipitation of magnesium silicates in an unbuffered medium. Mg-silicate formation in mesocosms from alkaline lakes is thought to be directly related to the mineralogical composition of microbialites, and possibly diatoms that allow Si to be introduced into the solution and locally into the biofilm and is biologically influenced by microbial community EPS

En provence, un regime continental s'est installe au santonien et s'est poursuivi sans interruption jusqu'au lutetien. Il est caracterise par une alternance des conditions fluviatiles et lacustres, avec une periode de developpement majeur des paleosols carbonates au cours du danien. L'analyse des facies demontre la presence de facies de depot (limons de plaine d'inondation, calcaires palustres et dolomies de playa) et de facies d'alteration. Les facies d'alteration sont de deux types: les facies pedogenetiques (encroutements calcaires et paleosols marmorises) et les facies phreatiques (calcretes et dolocretes phreatiques). Les dolocretes phreatiques sont caracterises par la corrosion du quartz, son remplacement par la dolomite et la transformation du cortege argileux (neoformation de la smectite et de la palygorskite), phenomenes qui sont produits dans la zone du melange de l'eau de la nappe et de l'eau lacustre (dolocrete en aureole). Les caracteristiques petrographiques et les motifs en cathodoluminescence des calcretes et dolocretes phreatiques ont ete utilises pour determiner les battements de la nappe. Les variations de l'indice d'emersion des calcaires palustres ont traduit les fluctuations du niveau lacustre. La comparaison entre la courbe synthetique de fluctuations du niveau de base de la region proche du lac et celle situee dans la plaine alluviale montre une importante ressemblance et peut donc etre utilisee dans les correlations de haute resolution en milieu continental (quelques 100 000 ans). Les correlations des series daniennes a l'echelle du bassin ont ete basees sur l'hypothese que le climat a une influence importante sur la modalite de la sedimentation. Les courbes d'aridite construites pour chacune des coupes levees a partir des indicateurs lithologiques ont permis de correler des coupes separees de 0,5 a quelques km, avec une resolution temporelle que l'on estime de 0,5 a 1 ma

As recentes descobertas de acumulações gigantes de hidrocarboneto nas coquinas e outras rochas carbonáticas lacustres das supersequência Rifte e Pós-Rifte (pré-sal) das Bacias de Campos e Santos tem fomentado uma série de pesquisas focadas em entender a gênese destes reservatórios singulares. Esta pesquisa se concentra em entender o modelo deposicional e evolução das rochas bioclásticas retrabalhadas e demais rochas associadas pertencentes a Formação Coqueiros, depositadas em alto externo no norte da Bacia de Campos, durante a transição entre as fases final de rifte e sag, a partir da integração de dados petrográficos de amostras laterais e testemunho, dados sísmicos e de perfis de poços. Sete fácies carbonáticas, duas magnesianas, uma siliciclástica e três híbridas foram definidas a partir de análise combinando informações de amostras laterais e estruturas sedimentares interpretadas em perfis de imagem. Rudstones e grainstones bioclásticos com moderado a alto retrabalhamento das conchas representam 65% das amostras descritas. Diversas evidências apontam para um ambiente deposicional lacustre predominantemente raso, dominado por correntes de tempestades, sendo as principais: (i) presença de rudstones com estratificações cruzadas de alto ângulo (>14°) e paleo-correntes de longshore; (ii) ocorrência pontual de sedimentos lamosos intercalados a espessos pacotes de rudstones bioclásticos amalgamados, indicando ambiente sujeito a correntes de maior energia, acima da zona de ação de ondas de tempo bom; (iii) predomínio de depósitos de rudstones desprovidos de matriz sobre o alto estrutural, com grande continuidade lateral, coerentes com processos de tempestades atuantes sobre amplas áreas de lago raso; (iv) depósitos de rudstones maciços, com conchas desorganizadas, semelhantes aos depósitos bioclásticos costeiros modernos da Califórnia e de Shark Bay. Três conjuntos de associação de fácies são propostos : (i) conjunto de alta energia, representado por rudstones e grainstones bioclásticos desprovidos de matriz, depositados entre as regiões de shoreface e berma, acima do nível de ação de onda de tempo bom (FWB); (ii) conjunto de baixa energia, formado pelas fácies hibridas com matriz lamosa ou peloidal e demais fácies de granulometria inferior à areia média, depositados abaixo do FWB ou em ambientes rasos protegidos (backshore); (iii) conjunto formado principalmente por facies de oóides argilo-magnesianos, cujo controle é dado pela composição mais alcalina da água do lago. Blocos diagramas dos modelos deposicionais de cada uma das cinco unidades sismo-estratigráfica estabelecidas para a Formação Coqueiros na área de estudo permitiram inferir a evolução das associações de fácies ao longo do tempo, evidenciando uma tendência geral de raseamento do lago, culminando com a discordância Pré-Neo-Alagoas (DPA). O padrão de paleo-correntes sugere atuação de mais de uma direção de vento sobre o alto externo, um mais forte vindo de noroeste e outro mais brando vindo de sudeste, resultando em fácies bioclásticas limpas de matriz e com bom potencial como reservatório em ambos os flancos do alto estrutural. Estas direções de ventos propostas para o Eobarremiano e Neoaptiano no norte da Bacia de Campos são de extrema importância para prever a localização das melhores fácies deposicionais da Fm. Coqueiros em outras áreas alvo de exploração de hidrocarboneto.
Recent discoveries of giant hydrocarbon accumulations in coquinas and other lacustrine carbonate rocks of Rift and Post-Rift (pre-salt) supersequences of Campos and Santos Basins have stimulated a series of studies focused on understanding the genesis of these unique reservoirs. An integrated petrologic-sedimentologic-stratigraphic-seismic study of Coqueiros Formation allowed characterizing the depositional model and evolution of reworked bioclastic rocks and other associated rocks deposited on the external high in the north of Campos Basin during the transition between late rift and sag stages. Seven carbonatic facies were defined from analysis combining information from sidewall core and sedimentary structures interpreted in image logs, in addition to one siliciclastic, two magnesian, and three hybrids facies. Bioclastic rudstones and grainstones with moderate to high reworking of the shells represent 65% of the samples described. Several pieces of evidences point to a predominantly shallow lacustrine depositional environment, dominated by storm currents: (i) presence of rudstones with high-angle cross-bedding (>14°) and longshore paleocurrents; (ii) limited occurrence of muddy sediments interbedded with thick packages of amalgamated bioclastic rudstones, indicating environment subject to high energy currents, above the fairweather wave base (FWB); (iii) predominance of rudstones deposits devoid of matrix on the structural high, with great lateral continuity, consistent with processes of storms acting on large areas of shallow lake; (iv) deposits of massive rudstones, with disorganized shells, similar to the modern coastal bioclastic deposits of California and Shark Bay. Three sets of facies association are proposed: (i) high energy set, represented by bioclastic rudstones and grainstones devoid of matrix, deposited between the shoreface and berm regions, above the FWB; (ii) low energy set, formed by hybrid facies with muddy or peloidal matrix and other facies of grain-size finer than medium sand, deposited below the FWB or in protected shallow environments (backshore); (iii) and an alkaline set, formed mainly by magnesian clay ooids, whose control is given by the more alkaline composition of lake water. Block diagrams of each of the five seismic-stratigraphic units, established for the Coqueiros Formation in the study area allowed to infer the evolution of the facies associations over time, demonstrate the general falling of relative lake level culminating in the pre-Neo-Alagoas unconformity (DPA). Paleocurrents suggests the activity of more than one wind direction over the external high, the stronger coming from northwest and a milder one coming from southeast, resulting in clean matrix bioclastic facies with good reservoir potential on both flanks of the structural high. These proposed wind directions for the Eobarremian and Neoaptian in the north of Campos Basin is extremely important to predict the location of the best depositional facies of the Coqueiros Formation in other target areas for hydrocarbon exploration.

Les roches carbonatées lacustres de la formation de la Barra Velha (BVF), dans le bassin de Santos, présentent des compositions et textures distinctes, avec des hétérogénéités sédimentaires auxquelles se surimposent celles diagenétiques, conduisant à la formation de réservoirs complexes. Pour mieux comprendre et prédire les hétérogénéités latérales/verticales des réservoirs carbonatés du bassin de Santos, nous avons adopté une approche multidisciplinaire, intégrant des analyses sédimentologiques et diagenétiques, des modèles stratigraphiques et de la modélisation géochimique. À partir des données multi-échelles, nous avons (1) caractérisé la distribution spatiale et stratigraphique des différents faciès et phases diagenétiques et leurs principaux facteurs de contrôle, (2) évalué le modèle conceptuel proposé et fourni les conditions initiales pour le modèle d'interaction fluide-roche en utilisant la modélisation stratigraphique (SFM), (3) étudié les conditions physico-chimiques idéales et les schémas de circulation des fluides dans le bassin régissant les altérations diagenétiques observées dans la zone d'étude. L'analyse des données réalisée dans cette étude met en évidence la distribution spatiale et temporelle des différents types d'argiles magnésiennes, les principaux produits diagenétiques et leur association avec les différents faciès. La distribution stratigraphique des argiles magnésiennes indique une influence de la chimie de l'eau du lac. Par ailleurs, le schéma d'altération des argiles magnésiennes et ses caractéristiques diagenétiques suggèrent un contrôle important du cadre structural. Les tendances spatiales et stratigraphiques des caractéristiques sédimentologiques et diagenétiques indiquent, qu’au premier ordre, l’évolution hydrochimique de l'eau du lac contrôle les principaux aspects de dépôt et de diagénèse, étant modulée par des facteurs locaux qui ont renforcé l'empreinte diagenétique. Les données indiquent que trois caractéristiques principales marquent les variations hydrochimiques de l'eau du lac : une phase initiale associée à un apport important de sédiments détritiques, une phase intermédiaire marquée par des conditions d'évaporation plus élevées et une phase finale caractérisée par des fluctuations des conditions d'évaporation avec une contribution détritique plus faible. Dans la deuxième partie de l'étude, nous proposons un modèle numérique stratigraphique basé sur le modèle géologique conceptuel et l'évaluation des contraintes à grande échelle, telles que la subsidence et les variations du niveau du lac. Le modèle aborde également l'évolution des zones hydrologiques. Grâce à ce modèle, nous proposons une grille latérale et verticale de faciès, utilisée pour définir les conditions initiales de la modélisation en transport réactif. Dans la troisième phase de l'étude, une série de calculs géochimiques permet d’estimer le potentiel diagenétique de différentes sources de solutés et les principaux contrôles paléo-environnementaux sur les modifications diagenétiques. Enfin, nous examinons les principaux scénarios diagenétiques à partir de la modélisation de transport réactif, en nous concentrant sur les processus de dolomitisation, de silicification et de dissolution et sur l’impact de la circulation régionale ou locale des fluides sur les altérations diagenétiques. Les hétérogénéités sédimentaires, liées aux caractéristiques intrinsèques des environnements de dépôt, jouent un rôle crucial dans l'évolution des processus diagenétiques. Les résultats démontrent également l’existence de chemins préférentiels de circulation des fluides et d'altérations diagenétiques associés à l’alternance de strates riches en argiles magnésiennes et de faciès présentant une perméabilité plus élevée. L'approche multidisciplinaire fournit une vue spatiale des interactions entre les propriétés des roches et les schémas possibles de circulation des fluides dans le bassin
The lacustrine carbonate rocks of the Barra Velha Formation (BVF), Santos Basin, present distinct composition and texture, with superimposed sedimentary and diagenetic heterogeneities, forming complex reservoirs. To better understand and predict lateral and vertical heterogeneities of the carbonate reservoirs of Santos Basin, we conduct a multidisciplinary approach, integrating sedimentological-diagenetic analyses, stratigraphic forward (process-based) modeling, and geochemical modeling. From a multiscale dataset of a field localized in the Outer High of the Santos Basin, we (1) characterized the spatial and stratigraphic distribution of the different facies and diagenetic phases and their main controlling factors, (2) evaluated the conceptual model proposed and provide the initial conditions for fluid-rock interaction model, using stratigraphic forward modeling (SFM) (3) investigated the ideal physicochemical conditions and basin fluid circulation patterns ruling the diagenetic alterations observed in the study area. The data analysis performed in this study highlights the spatial and temporal distribution of different types of Mg-clay, the main diagenetic products, and their association with different facies. The stratigraphic variations in Mg-clay distribution indicate an influence of the lake water chemistry. Furthermore, the Mg-clay alteration pattern and its diagenetic features suggest a strong control of the structural setting. The spatial and stratigraphic distribution of sedimentological and diagenetic heterogeneities indicate that the lake water’s first-order hydrochemical evolution drove the major depositional and diagenetic aspects, modulated by local factors, which enhanced the diagenetic imprint. Three main characteristics mark the lake water hydrochemical variation: an initial stage associated with a higher input of detrital content, an intermediary phase marked by higher evaporative conditions, and a final stage characterized by fluctuations of the evaporative conditions with a lower detrital contribution. In the second part of the study, we propose a stratigraphic forward model based on the depositional conceptual model and the evaluation of large-scale constraints, like subsidence and lake-level variations. The model also addresses the lake-level variations relying on the hydrologic water balance between precipitation and evaporation rate and provides insights into the evolution of hydrological zones. Through the process-based model, we propose a lateral and vertical grid of facies used to parametrize the reactive transport modeling. In the third part of the study, a series of geochemical calculations were used to estimate the diagenetic potential of different solute sources and the main paleoenvironmental controls on diagenetic modifications. The calculations show that the pH fluctuation is the main factor impacting the Mg-clay preservation, followed by the diagenetic fluids' Mg/Ca and Mg/Si ratios, and emphasize the role of pCO2 in the diagenetic alteration. In addition, the models point out the ability of different Mg-clay types to generate distinctive amounts of diagenetic products. Finally, we explore diagenetic scenarios on the BVF sag phase through reactive transport modeling, focusing on the dolomitization, silicification, and dissolution processes and addressing the impact of regional versus local fluid circulation on diagenetic alteration. The initial facies heterogeneities, intrinsically related to the depositional characteristics, have a crucial role in the evolution of the diagenetic process. The results also highlight the preferential pathways of fluid circulation and diagenetic alteration associated with Mg-clay-rich layers and facies with higher permeability alternation. The multidisciplinary approach provides a spatial view of the interplay between rock properties and possible fluid circulation patterns in the basin

Dans les systèmes continentaux actuels, les dépôts carbonatés liés à une activité microbienne présentent des morphologies et des compositions variées et se développent dans des environnements très différents (lacs d’eau douce, alcalins, hyper-salés, rivières, systèmes hydrothermaux, etc.). Face à la diversité des dépôts microbiens continentaux et leur spécificité, les terminologies et les classifications sont devenues multiples et complexes, rendant leur usage difficile et contraignant pour les interprétations des environnements de dépôts. Par ailleurs, la minéralisation de ces dépôts carbonatés résulte de l’interaction de facteurs biotiques (intrinsèque) et de facteurs environnementaux (extrinsèques et externes) agissant à différentes échelles. Le premier objectif de ce travail était de caractériser les morphologies et les compositions des carbonates microbiens à travers une analyse fine de ces dépôts à l’échelle macro-, méso- et microscopique. Le deuxième objectif était d’identifier les facteurs contrôlant le développement et la préservation des carbonates microbiens. Ces objectifs ont été abordés à travers trois exemples ; deux exemples lacustres fossiles : les bioconstructions à microbes et métazoaires du bassin des Limagnes (France) ; les dépôts microbiens pléistocènes du lac asséché de Winnemucca (Nevada, États-Unis) et un exemple fluviatile actuel : les tufas-microbiens de la Vallée de la Mérantaise (France). Ces trois exemples permettent de préciser et de proposer une nouvelle classification des fabriques des dépôts microbiens, de l’échelle macroscopique à microscopique. Cette classification, basée sur des critères descriptifs, facilite la caractérisation des carbonates microbiens ouvrant sur de nouvelles interprétations des environnements de dépôts. L’étude des dépôts minéralisés de la Vallée de la Mérantaise et des minéralisations obtenues lors d’expériences de précipitations des micro-organismes extraits de ces mêmes milieux ont permis de discuter du caractère biotique des minéralisations. L’origine biotique des dépôts carbonatés des Limagnes et de Winnemucca est fortement suggérée, même s’il subsiste toujours un doute quand il s’agit d’attester de l’origine biotique dans le registre fossile. Plusieurs facteurs environnementaux contrôlent la répartition, les morphologies, le développement et la préservation des dépôts microbiens dans les trois secteurs d’étude : le climat et les variations d’accommodation influencent les géométries (à l’échelle du million et du millier d’années) et les microfabriques (échelle saisonnière), le contexte géodynamique (tectonique et volcanisme) contrôle la géométrie et la répartition des dépôts microbiens à l’échelle du bassin et les failles constituent des drains pour la circulation des fluides. Les paramètres physico-chimiques des eaux s’avèrent être un facteur prépondérant dans la minéralisation des carbonates microbiens. Ils résultent de changements du bilan ionique en lien avec les apports de surface et de sub-surface dans ces différents systèmes. Enfin, la minéralisation et la préservation des dépôts microbiens sont favorisées par la présence de substrats durs et stables, qui impactent également leur morphologie. Afin de mieux comprendre l’origine et la diversité des carbonates microbiens continentaux, les études à multi-échelle s’avèrent essentielles pour discuter de l’influence des facteurs de contrôle
The non-marine carbonates related to microbial activity display a large range of morphologies and compositions and accumulate in various settings (freshwater, alkaline, and saline lakes, fluvial environments, thermal and freshwater springs, …). The variety of non-marine microbial carbonates and their particularity led to propose numerous and complex terminologies and classifications, making their use complicated and restrictive for the interpretation of depositional settings. Mineralization of these carbonates results from the interaction between biotic factors (intrinsic) and environmental factors (extrinsic and external) at multi-scales. The first aim of this work was to characterize morphologies and compositions of microbial carbonates, through a detailed analysis of these deposits at macro-, meso- and microscales. The second aim was to identify the controlling factors acting on the development and preservation of microbial carbonates. To develop these topics, three examples have been studied: two ancient lacustrine systems: the microbial-metazoan buildups from the Limagne Basin (France), the Pleistocene microbial deposits from the dry Winnemucca Lake (Nevada, USA) and one modern fluvial system: the microbial-tufa of the Mérantaise Valley (France). From these examples, a new classification of the fabrics of microbial deposits ranging from macro to micro-scale has been proposed. Based on descriptive criteria, this classification is helpful for the characterization of microbial deposits and improves the discussion about depositional settings. The study of the mineralized deposits of the Mérantaise Valley and results from microbial culture experiments in the laboratory extracted from the same environment showed the implication of microorganisms in mineralization. The microfabrics from Limagne and Winnemucca Basin reveal a likely biotic origin of these carbonates even if doubt remains on the direct biotic origin in the fossil record. Several environmental factors control the distribution, morphologies, development, and preservation of microbial deposits in the three studied settings: climate and variation of accommodation influence the geometries (at the million- or thousand-years scale) and the microfabrics (seasonal scale), the geodynamic context (tectonics and volcanism) controls the geometry and the distribution of microbial deposits at the basin-scale and faults form drains for fluids circulation. Physico-chemical parameters of waters appear to be a major factor for the mineralization of microbial carbonates. They result from changes in the ion balance depending on surface and sub-surface inputs in these different systems. Finally, the presence of hard and stable substrates improves the mineralization and preservation of microbial deposits and impact their morphologies. To better understand the origin and diversity of non-marine microbial carbonates, a multi-scale approach is crucial to discuss the influence of controlling factors

Les microbialithes sont des dépôts organosédimentaires benthiques résultant de la minéralisation et de la lithification de tapis microbiens, et dont les plus anciennes formes, se développant il y a 3.4 Ga, constituèrent les premiers écosystèmes terrestres. Ils forment alors une archive sédimentaire unique incluant des périodes clés de l’histoire géologique. Ce travail de thèse se propose d’analyser et de comparer les processus et produits de minéralisation dans les tapis microbiens actuels de deux environnements contrastés : un exemple de lac intracontinental hypersalin, le Grand Lac salé (GSL) aux USA ; une lagune hypersaline à alimentation marine, à Cayo Coco (Cuba) (CCLN). Le devenir des minéraux au cours de la diagenèse précoce, ainsi que leur potentiel d’enregistrement de biosignatures seront particulièrement analysés. Cette thèse se focalisera spécialement sur l’influence de trois facteurs majeurs contrôlant la minéralogie et la fabrique des microbialithes : (i) le rôle de la chimie du milieu (ii) le rôle des métabolismes microbiens (le moteur de l’alcalinité) ; (iii) le rôle de la production et de la dégradation des matrices organiques extracellulaires (EOM). Les deux cas d’études démontrent un rôle prépondérant de la production d’EOM par les cyanobactéries et leur dégradation par les bactéries hétérotrophes dans la minéralisation : (1) Dans les deux systèmes, la première phase minérale a précipiter sur les EOM alvéolaires est une phase riche en magnésium et en silicium. Ce type de minéraux nécessite des pH>8.6-8.7 pour cristalliser. (2) Une autre observation commune est que les carbonates cristallisent souvent dans des zones de forte activité des bactéries sulfato-réductrices (SRB). Notre hypothèse est que les SRB dégradent les EOM, libérant des cations (Mg2+ et Ca2+) disponibles pour la cristallisation des carbonates. Dans les tapis du CCLN et contrairement au GSL, nos résultats démontrent une forte activité de photosynthèse anoxygénique par les bactéries pourpres sulfureuses (PSB). La limite entre la zone oxique et la zone anoxique est caractérisée par un pH maximum et coïncide avec la formation d’une lamine de carbonates. Deux différences majeures sont observées entre les paragenèses du GSL et du CCLN : (1) le locus initial de la précipitation des carbonates. Dans le GSL, l’aragonite précipite dans les cyanobactéries, perminéralise leur paroi et enfin la matrice organique. Pour Cuba, une calcite magnésienne péloïdale précipite sur les EOM puis rempli les bactéries ; (2) la minéralogie et l’évolution des carbonates lors de la diagenèse précoce. Les microbialithes du GSL montrent une aragonite partiellement dissoute et une dolomite venant se développer à sa périphérie. Au CCLN, de l’aragonite se développe en surcroissance des peloïdes de HMC précédemment formés. Les différences minéralogiques des carbonates entre les deux systèmes pourraient s’expliquer par un changement du rapport Mg/Ca. Les résultats pourront être utilisés afin de mieux interpréter les conditions paléoenvironnementales et les processus microbiens en jeu dans des microbialithes de registres fossiles analogues
Microbialites are benthic organosedimentary deposits resulting of the mineralization and lithification of the microbial mats, and the most ancient forms, developing there are 3.4 Ga, are the first earthly ecosystem. They form a unique sedimentary archive including key periods of the geological history. This study proposes to analyze and compare the processes and the products of mineralization in the modern microbial mats of two different environments: an example of intracontinental modern lake, the Great Salt Lake (USA; GSL); a lagoonal marine sea fed in Cayo Coco (Cuba; CCLN). The mineral product during of the primary diagenesis, as that them potential of biosignatures recording will be particularly detailed. This work will focus on the influence of three major factors controlling the mineralogy and the fabric of the microbialites: (i) environment chemistry role, (ii) microbial metabolisms role, (iii) role of the production and degradation of the extracellular organic matrix (EOM). Both environments studied show a high role of the EOM production by cyanobacteria and them degradation by the heterotrophic bacteria in the mineralization: (1) In both systems, the first phase to precipitate on the alveolar EOM is a rich magnesium and silica phase. This type of mineral needs pH around 8.6/8.7 to precipitate. (2) An other common observation is that carbonate precipitate generally in the high sulfate-reducing activity zones. Our hypothesis is that the sulfato-reducing bacteria (SRB) degrade the EOM, releasing cations (Mg2+ and Ca2+) available for carbonate crystallization. The limit between the oxic and anoxic zones is characterized by maximum pH coinciding with the precipitation of carbonate lamina. Two mains differences have been observed between the paragenesis both systems: (1) initial locus of the carbonate precipitation. In the GSL, the aragonite precipitates in the bacteria and then permineralizes the wall of bacteria and then the EOM network. In Cuba, the peloidal magnesian calcite precipitates on the EOM then fill the bacteria; (2) the mineralogy and the evolution of the carbonate during the preliminary diagenesis. The microbialithes of GSL show the aragonite partly dissolved and a dolomite developing next to the aragonite. In the CCLN, aragonite developing around the magnesian calcite peloids. The mineralogical carbonate differences between both systems could explain by a change of the Mg/Ca. The results could be used to better understand and interpret the paleoenvironmental conditions and the microbial processes stake in ancient microbialite analogs

Le climat et la tectonique contrôlent la sédimentation lacustre et les stromatolithes de la Limagne bourbonnnaise, au Chattien et à l'Aquitanien. Les sédiments montrent une cyclicité attribuée à une alternance de saisons humides et sèches. Les variations tectoniques contrôlent la structuration du bassin, et influencent la répartition des stromatolithes. Ces derniers présentent différentes morphologies, tributaires des associations floro-fauniques qui les composent et de l'énergie du milieu dans lequel ils se développent. Le détail de leur structure interne montre l'enregistrement des variations chimiques de la tranche d'eau, survenues au cours de leur croissance, lors des changements climatiques. Les calculs effectués sur leur vitesse de croissance révèlent que celle-ci est rapide mais discontinue. L'association des stromatolithes dans le milieu lacustre forme de véritables complexes bioconstruits plurimétriques qui enregistrent l'évolution de la subsidence au cours du temps
Climate and tectonic factors are the main ones that control the lacustrine sedimentation. Climatic variations are marked in the sedimentation by different vegetal and fauna associations, and different lithologies. Tectonic variations control the structuration of the basin, and influence the stromatolites repartition. The marls and limestones display deposition cycles, due to periodic climatic changes, like alternations of more or less humid periods. Associated stromatolites present various shapes, made of vegetal and fauna associations, and depending on their growth environment. The detail of their internal structure reveals the recording of chemical variations of the water, happening during the climatic changes. The calculations made on their speed of growth indicate that this one is fast and discontinuous. Stromatolites associations in the lacustrine environment can form plurimetrical built complexes, which record the evolution of the subsidence through time

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Programa Tecnológico para o Desenvolvimento dos Reservatórios do Pré-Sal (PROSAL)
As grandes descobertas de petróleo ocorridas nos últimos anos na província do Pré-Sal brasileiro levaram a necessidade de estudos em afloramentos análogos às rochas reservatório presentes na referida província. Neste âmbito, a Bacia de Salta com a Formação Yacoraite tem papel de alto destaque, pois apresentam diversas características semelhantes aos depósitos sedimentares do Pré-Sal. Localizada no noroeste argentino, a Bacia de Salta evoluiu a partir de um contexto tectônico de um rifte intracontinental durante o Cretáceo e início do Paleógeno, formando sub-bacias que foram preenchidas pelos sedimentos dos Sub-grupos Pirgua (sin-rifte), Balbuena e Santa Bárbara (ambos fase sag). De forma particular, o desenvolvimento do sag na Sub-bacia de Metán-Alemania durante o Maastrichtiano (Formação Yacoraite) permitiu a deposição de rochas carbonáticas em um ambiente dominantemente lacustre, onde fatores climáticos - associados aos ciclos de Milankovitch - desempenharam forte influência. As fácies carbonáticas presentes no intervalo estudado são constituídas principalmente por estromatólitos e grainstones a packstones oolíticos, que estão relacionados a períodos de clima seco em que a progressiva diminuição da lamina d'água do lago ocorreu de maneira expressiva. Com a aplicação das técnicas da estratigrafia de alta resolução, as sequências elementares individualizadas foram hierarquizadas em sequências de média e baixa frequência e correlacionadas ao longo de dezenas de quilômetros na bacia. Assim, a estratigrafia de alta resolução aplicada em sucessões carbonáticas lacustres permitiu uma melhor compreensão da evolução de seus depósitos e torna-se uma ferramenta importante de previsibilidade faciológica. Trata-se, portanto, de uma metodologia com aplicabilidade na indústria do petróleo, em que rochas de mesma natureza constituem reservatórios produtores
The large oil discoveries of the past few years in the Brazilian pre-salt province led to necessity of studies in outcrops analogous to reservoir rocks present in that province. In this context, the Salta Basin and Yacoraite formation have a remarkable importance because of the several characteristics similar to the pre-salt sedimentary deposits. Located in northwestern Argentina, the Salta Basin evolved from an intracontinental tectonic rift context during the Cretaceous and early Paleogene, forming sub-basins that were filled by sediments of Pirgua (syn-rift), Balbuena and Santa Bárbara (both sag phase) Sub-groups. In particular, the sag development in Metán-Alemania Sub-basin during the Maastrichtian (Yacoraite Formation) allowed the deposition of carbonate rocks in a typical lake environment, where climatic factors - associated with Milankovitch cycles - played strong influence. The carbonate facies present in the studied area consist mainly of stromatolites and oolitic grainstones to packstones, which are related to periods of dry weather where the progressive decrease of lake water depth was expressive. By applying highresolution stratigraphy techniques, elementary sequences individualized were ranked into medium and low frequency sequences and correlated over tens of kilometers in the basin. Thus, high-resolution stratigraphy applied to lacustrine carbonate successions allowed a better understanding of their depositional evolution and becomes an important tool for predictability and facies mapping. It is, therefore, a methodology with applicability in the oil industry, where rocks of the same nature are reservoirs

Orientador: Dimas Dias Brito
Coorientador: Guilherme Pederneiras Raja Gabaglia
Banca: Mario Luis Assine
Banca: Claiton Marlon dos Santos Scherer
Resumo: As grandes descobertas de petróleo ocorridas nos últimos anos na província do "Pré-Sal" brasileiro levaram a necessidade de estudos em afloramentos análogos às rochas reservatório presentes na referida província. Neste âmbito, a Bacia de Salta com a Formação Yacoraite tem papel de alto destaque, pois apresentam diversas características semelhantes aos depósitos sedimentares do "Pré-Sal". Localizada no noroeste argentino, a Bacia de Salta evoluiu a partir de um contexto tectônico de um rifte intracontinental durante o Cretáceo e início do Paleógeno, formando sub-bacias que foram preenchidas pelos sedimentos dos Sub-grupos Pirgua (sin-rifte), Balbuena e Santa Bárbara (ambos fase sag). De forma particular, o desenvolvimento do sag na Sub-bacia de Metán-Alemania durante o Maastrichtiano (Formação Yacoraite) permitiu a deposição de rochas carbonáticas em um ambiente dominantemente lacustre, onde fatores climáticos - associados aos ciclos de Milankovitch - desempenharam forte influência. As fácies carbonáticas presentes no intervalo estudado são constituídas principalmente por estromatólitos e grainstones a packstones oolíticos, que estão relacionados a períodos de clima seco em que a progressiva diminuição da lamina d'água do lago ocorreu de maneira expressiva. Com a aplicação das técnicas da estratigrafia de alta resolução, as sequências elementares individualizadas foram hierarquizadas em sequências de média e baixa frequência e correlacionadas ao longo de dezenas de quilômetros na bacia. Assim, a estratigrafia de alta resolução aplicada em sucessões carbonáticas lacustres permitiu uma melhor compreensão da evolução de seus depósitos e torna-se uma ferramenta importante de previsibilidade faciológica. Trata-se, portanto, de uma metodologia com aplicabilidade na indústria do petróleo, em que rochas de mesma natureza constituem reservatórios produtores
Abstract: The large oil discoveries of the past few years in the Brazilian "pre-salt" province led to necessity of studies in outcrops analogous to reservoir rocks present in that province. In this context, the Salta Basin and Yacoraite formation have a remarkable importance because of the several characteristics similar to the "pre-salt" sedimentary deposits. Located in northwestern Argentina, the Salta Basin evolved from an intracontinental tectonic rift context during the Cretaceous and early Paleogene, forming sub-basins that were filled by sediments of Pirgua (syn-rift), Balbuena and Santa Bárbara (both sag phase) Sub-groups. In particular, the sag development in Metán-Alemania Sub-basin during the Maastrichtian (Yacoraite Formation) allowed the deposition of carbonate rocks in a typical lake environment, where climatic factors - associated with Milankovitch cycles - played strong influence. The carbonate facies present in the studied area consist mainly of stromatolites and oolitic grainstones to packstones, which are related to periods of dry weather where the progressive decrease of lake water depth was expressive. By applying highresolution stratigraphy techniques, elementary sequences individualized were ranked into medium and low frequency sequences and correlated over tens of kilometers in the basin. Thus, high-resolution stratigraphy applied to lacustrine carbonate successions allowed a better understanding of their depositional evolution and becomes an important tool for predictability and facies mapping. It is, therefore, a methodology with applicability in the oil industry, where rocks of the same nature are reservoirs
Mestre

Les dépôts lacustres font l'objet d'études approfondies car ils sont propices à l’enregistrement des modifications de nombreux facteurs environnementaux (changement climatique, modification du couvert végétal…), et également car ils renferment des ressources en matière première de toute première importance. Cependant, les reconstructions chronostratigraphiques dans ces contextes sont généralement entravées par la rareté des données permettant d’établir l'âge des dépôts de manière continue. L'objectif principal de ce projet de thèse est d'examiner les avantages et les limites de la datation au carbonate U-Pb (LA-ICPMS) (méthode LAcarb) comme un nouvel outil chronostratigraphique pour les dépôts lacustres. Le deuxième objectif est d'étudier plus précisément le potentiel de datation de la méthode en analysant sa capacité à établir un âge avec résolution temporelle pertinente en fonction des différents types de carbonates et de minéralogies. Pour atteindre ces objectifs, plusieurs phases carbonatées (microbialites, ooides, oncoides) et ciments diagenétiques ont été collectés dans deux exemples lacustres fossiles ayant un âge absolu relativement bien établit: le Miocène du bassin du cratère Ries (SW Allemagne) et la formation Yacoraite (Crétacé-Paléogène) du bassin de Salta (NW de l'Argentine). Une étude sédimentologique et diagenétique s’appuyant sur des analyses pétrographiques et des isotopes stables de l’oxygène (O) de du carbone (C), a permis de sélectionner les phases carbonatées les plus précoces. Ce travail a été réalisé afin de maximiser les chances d’avoir préservé la composition géochimique originelle en U-Pb des fluides en présence lors du dépôt. Dans le bassin du cratère Ries, la méthode LAcarb a fourni des âges précis qui ont permis des corrélations chronostratigraphiques à une résolution temporelle de l’ordre de la séquence stratigraphique du 3e ordre (0,5 à 5 Ma). Dans le cadre de la formation Yacoraite, deux modèles d'âge ont été obtenus le long d'une coupe stratigraphique de référence. L'un est dérivé de la géochronologie des zircons extraits des dépôts de cendre volcaniques intercalés dans la formation Yacoraite (modèle d'âge maximum des dépôts; MDA). Le second est dérivé de la méthode LAcarb (modèle d'âge minimum des dépôts; MIDA). Les deux modèles se superposent remarquablement et permettent de décrire une même dynamique des taux de sédimentation avec une résolution temporelle d'environ 0,9 à 2% (2σ). L'âge des dépôts révisé pour la formation Yacoraite a ensuite été intégré dans un modèle chronostratigraphique combinant les données biostratigraphiques, hemiostratigraphiques et magnétostratigraphiques issues de la littérature. La localisation de la limite Crétacé-Paléogène (KPg) a bien été confortée dans la formation Yacoraite. De plus, la révision des âges de la partie sommitale de la formation Yacoraite a également permis de valider la localisation des deux phases hyperthermiques du Paléocène-Éocène (Paleocene-Eocene Thermal Maximum: PETM, et l’optimum climatique de l’Eocène; EECO) dans les deux formations sus-jacentes. Une analyse statistique a ensuite été réalisée sur la base des âges de 80 phases carbonatées de la formation Yacoraite. Les microbialites ont fourni les plus faibles succès en potentiel de datation (41 % d'âges cohérents avec le modèle MDA) ainsi que les plus basses précisions concernant l'âge (2σ <10 %). A l’inverse, les ciments lacustres ont été couronnés des meilleurs potentiels de datation (64 % d'âges cohérents avec le modèle MDA) avec des âges de meilleure précision. De plus, les phases dominées par la calcite ont généralement fourni des âges plus précis que les phases dolomitiques. Les avancées concernant les potentialités et les limites associées à la méthode LAcarb ont ainsi permis de proposer au travers de cette thèse une méthode complète pour construire un modèle d'âge robuste des dépôts en milieu lacustre. Les perspectives de ces travaux sont multiples, avec par exemple [...]
Lacustrine deposits are extensively investigated because they play a pivotal role as environmental recorders and host valuable economic resources. However, chronostratigraphic reconstructions in these settings are usually hampered by the scarcity of data required to establish the depositional age of the system. The prime objective of this PhD project was examining benefits and limitations of carbonate U-Pb (LA-ICPMS) dating (LAcarb) as new chronostratigraphic tool for lacustrine deposits. The second objective was to investigate the dating potential, in terms of dating success and time resolution, of various carbonate types and mineralogies with the aim to better organize future LAcarb based research. To achieve these goals, depositional (microbialites, ooids, oncoids) and early diagenetic carbonate phases of known absolute age were collected from two lacustrine settings: the Ries Crater basin (Miocene, SW Germany) and the Yacoraite formation (Fm.) from the Salta rift basin (Cretaceous-Paleogene, NW Argentina). A sedimentologic and diagenetic study based on petrography and Oxygen (O) and Carbon (C) stable isotope analysis allowed to select carbonate phases that most possibly preserved the pristine U-Pb geochemical composition and consequently inform on the timing of deposition. In the Ries Crater basin, LAcarb provided accurate ages that allowed chronostratigraphic correlations at a time resolution of the 3rd order stratigraphic sequence (0.5–5Ma). In the framework of the Yacoraite Fm., two depositional age depth model were obtained along a stratigraphic section. One derived from zircon (ash layer) geochronology (maximum depositional age depth model; MDA depth model) and the other from LAcarb (minimum depositional age depth model; MIDA depth model). The two models remarkably overlap and describe the same sedimentation rate dynamic with a time resolution between 0.9 and 2% (2σ). The revised depositional age of the Yacoraite Fm. was then integrated in a chronostratigraphic model merging biostratigraphic, chemostratigraphy and magnetostratigraphy data from literature. Accordingly, the KPg limit was interpreted to be located in the Yacoraite Fm. whereas the two Paleocene-Eocene hyperthermals (Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PETM; early Eocene Climate Optimum, EECO) were identified in the two overlying formations. A statistical analysis was achieved based on the ages of 80 carbonate phases from the Yacoraite Fm. Microbialites provided the lowest dating success (41% ages consistent with the MDA depth model) and age precision (2σ < 10%) in contrast with lacustrine cements that yielded the highest dating success (64% ages consistent with MDA depth model) and age precision (2σ < 3%). Furthermore, calcitic phases usually provided more precise ages than dolomitic phases. The better comprehension of potentialities and limitations of LAcarb acquired in this PhD allowed to propose a workflow to build a robust depositional age depth model in lacustrine settings. Three possible perspective scenarios were introduced: 1) the study of the Ries Crater basin as analogue of paleolakes on Mars; 2) the use of LAcarb to select pristine carbonates for chronostratigraphic studies; and 3) basin scale chronostratigraphic correlations in the Yacoraite Fm

Made available in DSpace on 2014-06-12T18:05:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5628_1.pdf: 8401604 bytes, checksum: 7c715798ff8a6bc5984d2225ed803778 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2003
Esta dissertação objetivou estudar a estratigrafia física dos depósitos carbonáticos aflorantes na Bacia do Araripe, para auxiliar na predição da qualidade de reservatórios análogos em subsuperfície. Os seguintes métodos foram aplicados: trabalhos de campo na área para seleção dos afloramentos, e consecutivas descrições estratigráficas e sedimentológicas, obtenção de fotografias, coleta de amostras, identificação e medição de estruturas deformacionais (falhas e fraturas), aquisição de dados de GPR. Trabalhos de laboratório para correlação estratigráfica, petrografia e processamento das informações. A Formação Crato apresenta fácies típicas de lagos com margens do tipo rampa de baixa energia, depositadas num trato de sistema lacustre transgressivo. As unidades carbonáticas representam ciclos de ordem de tempo menor. Três eventos deformacionais a afetaram. O primeiro (D1) de caráter distensivo gerou microfalhas normais (ENE e NW), loop beddings e slumps, resultantes de pequenos pulsos sísmicos. Estas microestruturas são observadas em alguns níveis pouco espessos dentro das unidades carbonáticas. O segundo evento (D2) de caráter compressivo gerou falhas reversas, mergulhando para SW e NE, que cortam toda a unidade carbonática C6, e representa uma inversão tectônica na bacia, que resultou num forte rebaixamento do nível do lago e provavelmente na deposição dos evaporitos da Formação Ipubi. O último evento (D3) é de caráter distensivo e reativou as falhas geradas em D2 como falhas normais. Ocorrem também fraturas, fechadas ou abertas, algumas delas preenchidas por calcita. Os dados de GPR obtiveram uma qualidade muito boa. A ausência de estruturas rúpteis não permitiu seu reconhecimento na linha adquirida. Acredita-se que estas poderão ser reconhecidas com facilidade em afloramentos onde sejam reconhecidas com mais frequência.

As coquinas de bivalves do Grupo Lagoa Feia (Eoaptiano) ocorrem na área sudoeste da Bacia de Campos e constituem reservatórios de hidrocarbonetos. Foram descritos 1030 metros de testemunhos e 368 lâminas delgadas para definir os controles estratigráficos dos eventos e produtos diagenéticos observados e propor um método de predição da paragênese diagenética. Inicialmente foram definidas 34 fácies sedimentares posteriormente agrupadas em 7 associações de fácies nas quais foram reconhecidos os conjuntos de processos geneticamente relacionados, que levaram à interpretação do paleosistema deposicional. Sete produtos eodiagenéticos foram observados na seção informalmente denominada Coquina Inferior e desses, quatro alteram bastante as características permoporosas primárias das rochas, sendo eles: cimentação por calcita blocosa em mosaico, cimentação por sílica microcristalina (quartzo), cimentação por calcedônia e dissolução. Interpreta-se um forte controle do(s) tipo(s) de produto(s) diagenético(s) com a variação do nível base do lago, conforme as seguintes premissas: o cimento de sílica microcristalina ocorre preferencialmente quando o nível base está alto e as rochas sob condições lacustre freáticas, pois, devido ao grande escoamento superficial, o lago neste momento encontra-se enriquecido em Si (proveniente do intemperismo e lixiviação das seções de rochas anteriores), porém ainda diluído (com um volume de água muito amplo), favorecendo a precipitação do quartzo e não da calcedônia. A partir do momento em que o nível do lago cai relativamente, a concentração de Si aumenta e a calcedônia passa a ser o cimento principal. Neste momento, as rochas estão sob condições de ambiente de zona de mistura, pois o nível do lago estaria mais baixo, porém ainda não totalmente em condições de domínio meteórico. A seguir, com nível do lago mais baixo ainda, as rochas passam para o ambiente meteórico e ocorre a precipitação de calcita blocosa (provavelmente necessitando de um tempo de residência baixo, pois o mineral ocorre em todo o intervalo da Coquina Inferior) no meteórico freático, e dissolução no meteórico vadoso. Quando o nível do lago volta a subir, as condições favorecem novamente a precipitação de calcedônia, e, em um nível posterior, mais alto ainda, de sílica microcristalina, iniciando assim um novo ciclo de alterações diagenéticas. A correlação entre a paleobatimetria deposicional da associação de fácies sedimentar e o nível base requerido para determinado(s) tipo(s) de produto(s) diagenético(s) encontrado(s) levou à criação de uma curva de \"velocidade relativa de variação do nível base\", que pôde também ser construída sinteticamente a partir das fácies sedimentares e dos perfis de raios gama e sônico. Tendo em mãos essa curva sintética, foi possível fazer o \"caminho inverso\" e criar um modelo preditivo (ou seja, sem descrição da diagênese em lâminas delgadas) da paragênese diagenética a partir da associação de fácies sedimentar e da \"velocidade relativa de variação do nível base\" em escala de poço (1D) e também em um grid geocelular (3D). A seção Coquina Inferior dos reservatórios da Bacia de Campos apresenta elevado grau de heterogeneidade vertical, gerada pela ciclicidade estratigráfica e pela intensa modificação eodiagenética. O entendimento dos fatores controladores da diagênese levou à criação de um método preditivo da paragênese diagenética em escala de poço (1D) e também em um grid geocelular (3D) que poderá ser usado para a caracterização e gerenciamento de outros campos petrolíferos em carbonatos.
The bivalve coquina from Lagoa Feia Group (Eoaptian), occurs in southwestern part of Campos Basin and consists petroleum reservoirs. 1030 meters of core and 368 thin sections were described to define the stratigraphic controls of the diagenetic events and then create a diagenetic paragenesis predictive method. Firstly, 34 sedimentary facies were defined and then grouped in seven facies associations. These associations have the same genetically depositional process relationship and they were used to define the depositional paleosystem. Seven eodiagenetic products were observed in the informally called Lower Coquina section and four from these products cause an important primary rock permeability and porosity alteration: block calcite cementation, microcrystaline silica (quartz) cementation, chalcedony cementation and dissolution. There is a strong control of the diagentic(s) product(s) type(s) and the base level variation. Microcrystaline silica occurs when the base level is high and the conditions are under lacustrine phreatic environment. Under these conditions, the lake has a Si enrichment due to run off great rates but still diluted, because the huge volume of water. This situation favors the precipitation of quartz instead of chalcedony. When the lake level falls, Si concentration rises, and chalcedony becomes the main cement phase. At this time, the conditions are mostly under mixing zone. When the lake falls again, meteoric environment becomes predominant. At the meteoric phreatic environment blocky calcite occurs as cement and at the meteoric vadose zone environment dissolution is the main process. When the lake level raises again, the conditions favor the precipitation of chalcedony and, in the next level, (higher base level than previous) the conditions are good to microcrystaline silica precipitation. At this moment, a new diagenetic cycle is started. The correlation between depositional paleobathymetry of sedimentary facies association and the lake level required for different types of diagenetic paragenesis led to the creation of a curve called \"relative velocity of base level variation\". This curve may also be calculated synthetically from sedimentary facies, gamma ray and velocity logs. With this synthetic curve it was possible to do a \"reverse path\" procedure and generated a diagenetic paragenesis predictive method. The coquina reservoir has a high level of heterogeneity due to stratigraphic cyclicality and due to eodiagenetic transformations. The understanding of diagenetic controls led to a diagenetic predictive method creation on 1D (well) and 3D (geocell grid). This knowledge can be used for the characterization and management of others carbonates associated oil fields.

Les systèmes carbonatés lacustres salins présentent un fort potentiel d’enregistrement des changements paléogéographiques et paléoclimatiques. Ce manuscrit présente une méthode d’analyse pluridisciplinaire (sédimentologie, écologie, stratigraphie, paléontologie, géochimie et paléomagnétisme) et multi-échelle (µm au km) appliquée au bassin lacustre d’Alès et des régions limitrophes au cours du Priabonien (–38 à –33,5Ma). Cette approche a permis d’apporter de nouveaux éléments dans les reconstitutions paléoenvironnementales, paléogéographiques et paléoclimatiques du sud–est de la France au Priabonien. De nouveaux concepts sédimentologiques et stratigraphiques transposables à d’autres systèmes lacustres sont mis en avant. Enfin, les observations permettent de reconstituer, dans un cadre temporel bien contraint, l’histoire de la détérioration climatique précédant la limite Eocène–Oligocène qui correspond à la plus grande crise climatique de ces 50 derniers millions d’années
Lacustrine carbonate systems are of great interest to record the paleogeographic and paleoclimatic changes. This manuscript provides a multi-disciplinary (sedimentology, ecology, stratigraphy, paleontology, geochemistry and paleomagnetism) and a multi-scale (from µm to km) analysis dedicated to the Alès Basin and the neighboring areas during the Priabonian (–38 to –33.5Ma). Such joint approach has already allowed us to bring new elements regarding the paleoecological, paleoenvironmental and paleoclimatic interpretations. New sedimentological ideas and stratigraphic concepts emerge and could be transposed to such saline lacustrine systems as analogues. Finally, the well-defined chronostratigraphic framework can be used to decipher the climatic deterioration recording prior to the Terminal Eocene Event at the Eocene–Oligocene boundary (the most profound climatic change of the past 50 million years

Intégrée dans le cadre du programme Palhydaf (PALéoHYDrologie en dépôts continentaux d'origine aquatique du Nord-Est de l'Aïr a pour but la reconstitution fine des environnements du Pléistocène supérieur et de l'Holocène, en vue d'une meilleure compréhension des oscillations climatiques à la limiteSaharo-Sahélienne. Les sédiments recueillis par sondage ou prélevés sur des coupes à l'affleurement dans quatre bassins endoréiques (17 à 21°N, 8 à 11°E) différents par leur mode d'alimentation en eau (eau souterraine, eau superficielle), constituent le matériel de base. L'étude pluridisciplinaire (sédimentologie, géochimie, géochimie isotopique, paléobiologie) des échantillons a fourni des informations détaillées sur les paléo environnements, tels que, par exemple, les variations du taux d'évaporation et leur impact sur la salinité du milieu. Dans certains cas favorables, il est possible de tracer la courbe de fluctuation des niveaux lacustres holocènes. La comparaison des résultats obtenus sur les différents sites montre que l'Holocène comprend une phase lacustre majeure qui débute autour de 10000 à 9500 ans B. P. Et atteint un maximum à 8000 ans B. P. Elle se serait achevée vers 7500 ans B. P. Des conditions humides sont également observées autour de 5000 ans B. P. Dans certains bassins. Pour le Pléistocène, le bilan hydrologique devait être positif avant 10000 ans B. P et probablement dès 13-12000 ans B. P. , au moins dans les bassins alimentés par le ruissellement (Adrar bous). En ce qui concerne les évènements plus anciens, une phase fluvio-lacustre a été datée d'environ 90000 ans. De plus, une phase d'engorgement des profils par la nappe phréatique a été datée de 28000 ans par la méthode T et de 20 à 30000 ans B. P. Par le carbone 14. L'existence de cet épisode plus humide reste toutefois à confirmer
Integrated in the context of the PALHYDAF program (PALaeoHYDogy of AFrica), the study of lake deposits lie in closed depressions along the northeastern margin of the Aïr mountains aims to a precise reconstitution of the Pleistocène and Holocene environments, for a better understanding of climatic oscillations in the Saharo-Sahelian border zone. The basic material for this research work consists of sediment samples collected by auger drilling or at natural outcrops ln four endoreic basins (17-2l°N, 8-ll°E), with different kinds of water supply (groundwater, surface water). A multidisciplinary study (sedimentology, geochemistry, isotopic geochemisty, palaeobiology) of the collected samples has provided detailed information about the palaeoenvironment such as, for example, variations in the rate of evaporation and their influence on the water salinity. In some favorable cases it's possible to reconstruct the fluctuation curve of Holocene lake levels. A comparison of the results from different sites shows that the Holocene period comprises a major humid phase which starts about 10000-9500 years BP and reaches a maximum 8000 years BP. This phase seems to end around 7500 years BP. In some of the basins another humid phase is observed approximately 5000 years BP. Concerning the Pleistocene period there is probably excess of water from 13- 12000 years BP, at least in the basins supplied by surface run-off (Adrar Bous). As regards more ancient conditions,analysis have shown that the calcite was diagenetic. Consequently, carbonate 14C ages (20-35000 years BP) reflect fluctuations ln the groudwater level and not the original age of the deposit. This conclusion is of great importance as it questions former age of the Upper Pleistocene period,"the humid phase 25-35000 years BP earlier recognized in the Sahellan zone, and the resulting palaeoclimatic scenarios. Several datations by Th/U suggest that the original age of the fluvio-lacustrine episode is dated around 90000 years

Le lac Saint-Point, situé dans la Haute Chaîne du Jura (à proximité de Pontarlier) constitue l'un des systèmes lacustres naturels les plus importants de France. Une campagne de forage (2005) a permis l'extraction d'une séquence continue de 12,5 m dans sa partie profonde. La chronologie de cette séquence, basée sur diverses méthodes de datation (datations radiocarbone, téphrochronologie...), couvre une période s'étendant du Tardiglaciaire à l'actuel. L'approche multi-paramètres de cette séquence consiste en une caractérisation des fractions inorganiques (minéralogie, géochimie des éléments majeurs, granulométrie, assemblages d'ostracodes) et organiques (teneurs en carbone organique, pollen). La comparaison de l'évolution des différents marqueurs dans les différents compartiments du système (sols, végétation, colonne d'eau) souligne différentes périodes d'évolution sous l'influence des forçages climatiques et anthropiques. Ainsi, la séquence se compose de deux ensembles sédimentaires distincts, associés au Tardiglaciaire d'une part (environ 18 500 à 11 300 cal BP), et à l'Holocène d'autre part (environ 11 300 cal BP à l'actuel). Cette bipartition est la conséquence d'une explosion de la production authigène, au début de l'Holocène, et de l'évolution de la pédogénèse, associée à la mise en place d'une forêt (de type chênaie-mixte) sur le bassin versant. Cette évolution du système correspond à l'Optimum holocène. Une nouvelle transition apparaît à 6 300 cal BP. Cette transition marque le passage depuis l'Optimum holocène vers le Néoglaciaire, sous l'influence du forçage orbital. Le couvert végétal évolue alors vers une hêtraie-sapinière, entraînant une modification des sols et de leur érodabilité. Malgré l'observation d'indices polliniques d'anthropisation ténus à partir de 7 200 cal BP, l'impact anthropique sur la réponse sédimentaire ne semble discernable qu'à partir de 2 600 cal BP. Il revêt deux formes distinctes. De 2 600 cal BP à 1 200 cal BP, les activités agricoles (céréales) génèrent une accentuation du détritisme global. A partir de 1 200 cal BP, une décroissance des flux silicatés, contemporaine d'une accentuation des indices polliniques d'anthropisation, serait la conséquence d'une évolution des pratiques agricoles vers un pastoralisme dominant.

El treball descrit en aquesta tesi té com a objectiu l'estudi de la matèria orgànica soluble de conques geològiques reductores amb un elevat contingut en sofre. Els estudis previs de geoquímica orgànica endegats en conques reductores posen de manifest que els biomarcadors sofrats són de gran importància per a la descripció dels paleoambients, donat que reflecteixen els biocompostos funcionalitzats, que, d'altra forma s'haurien alterat. Per aquest estudi s'han seleccionat quatre conques sedimentàries que destaquen de forma significativa per la seva anoxicitat, així com, per haver experimentat una important sulfato- reducció. Les conques escollides són: Orce, Ribesalbes, Mequinensa i Organyà.

La conca d'Orce és d'origen lacustre i de tipus endorreica, data del Plio-Plistocè (1-5 milions d'anys) i es localitza al nord de la província de Granada. El seu interès rau en el descobriment d'importants jaciments paleontològics amb restes antropogèniques.

La conca de Ribesalbes també és lacustre i endorreica, pertany al Miocè mitjà (Serraval·là, de 12 a 13 milions d'anys) i es situa a l'oest de la província de Castelló. A principis d'aquest segle s'hi van explotar les pissarres bituminoses mitjançant tècniques de piròlisi.

La conca de Mequinensa igualment és d'origen lacustre i de caràcter endorreica, pertany a l'Oligocè superior (Catià, al voltant dels 30 milions d'anys) i es localitza al sud del Sistema dels Monegros, a la província de Lleida. La importància d'aquesta conca es deu a l'explotació de lignits molt rics en sofre.

La conca d'Organyà és d'origen marí i data del Cretaci inferior (més de 100 milions d'anys). Es situa a la província de Lleida, a la comarca de l'Alt Urgell. Els materials que formen aquesta conca constitueixen una roca mare de petroli.

Els objectius d'aquest treball són:

1. L'anàlisi dels biomarcadors per a la determinació de l'origen de les aportacions de la matèria orgànica que reberen les conques estudiades, caracteritzant-ne les contribucions més significatives.

2. La descripció de les condicions paleoambientals que donaren lloc a aquests dipòsits sedimentaris.

3. L'avaluació de la maduresa de la matèria orgànica.


La tesi comença amb una introducció on es descriu la singularitat de cada conca, es continua amb les descripcions geològiques i petrogràfiques, tot localitzant les mostres estudiades a la columna estratigràfica. Després, es mostra l'anàlisi elemental de la matèria orgànica, per prosseguir amb la descripció dels biomarcadors apolars i polars: en primer lloc es descriuen els compostos acíclics, lineals i ramificats, tot començant pels compostos hidrocarbonats, després els oxigenats i finalment els sofrats; en segon lloc, els biomarcadors cíclics, començant pels diterpenoides i continuant amb els triterpenoides, amb especial rellevància dels esteroides i els hopanoides, i finalment, els oleanoides, ursanoides i lupanoides. Cal destacar la identificació de més d'una vintena de nous biomarcadors identificats per primera vegada en aquesta tesi. La descripció de les conques finalitza amb les conclusions sobre els aports de la matèria orgànica, l'ambient deposicional i la maduresa.
The aim of this thesis is the study and characterization of the soluble organic matter in sulphur rich geological basins. The previous studies carried out on reducing sedimentary basins show the significant presence of organic geochemical biomarkers with sulphur, which are very relevant for the description of the paleo-environment conditions of the sedimentation, since they reflect the presence of biological compounds very well preserved.
For this study four sedimentary basins of Spain have been selected due to their anoxicity and also for having suffered an important sulphate-reduction process. The selected basins are: Orce, Ribesalbes, Mequinensa and Organyà.

The basin of Orce is of lacustrine origin, it belongs to the Plio-Pleistocene period (1 to 5 million years) and it is located to the north of the province of Granada. Its interest comes from the fact that there are important palaeontology deposits with anthropogenic rests.

The basin of Ribesalbes also is also of type lacustrine and belongs to the Miocene period (Serravalià, 12 to 13 million years). It is located to the west of the province of Castellon. At the beginning of XX century the bituminises shales were extracted in order to obtain oil with techniques of pyrolisis.

The basin of Mequinensa is also of lacustrine origin and belongs to the upper Oligocene period (Catià from around 30 million years) and is located to the south System of the Monegros, in the province of Lleida. The importance of this basin is due to the high sulphur content of the lignite that is formed in this place.

The basin of Organyà is of marine origin and dates from the lower Cretaceous (more than 100 million years). It is located in the province of Lleida, in the region of the Alt Urgell. The materials that form this basin constitute a oil source rock.

The items of this work are:

1. The analysis of biomarkers for the determination of the origin of the contribution of the matter organic.

2. The description of the paleoenvironmetal conditions that gave rise to these sedimentations deposits.

3. The evaluation of the maturity of the organic matter.


The thesis is divided into nine chapters: The study begins with a general geological description to go on with the analysis of the paleoconditions of the environmental deposition that favour the preservation of the organic matter. Subsequently, after that, there is an accurate geochemical description of each basin. The results of this work show that the Orce basin is characterized by type I querogen and, the Ribesalbes basin is of type I-S kerogen, the Organyà basin is of type II-S and the Mequinensa basin is of type III-S querogen. The study ends with the conclusions on the contributions of the organic matter, the depositional environment and the maturity. In the case of the Organyà basin only non polar fractions have been studied, due to the little presence of polar compounds, attributed to the high maturity of the organic matter. Finally, there is also a compilation of biomarkers identified for the first time in this thesis, indicating in its case if their biological precursors.