Étude géologique des occurrences phosphatées du Haut-Atlas Marocain : Compréhension des contrôles géologiques sur l'accumulation du phosphate
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Abstract EN:
This thesis brings a new understanding of the geological controls on the accumulation and preservation of sedimentary phosphates through the sedimentological, sequential, and geochemical study of the Upper Cretaceous-Paleogene series of the High Atlas. The petro-sedimentary analysis of the High Atlas phosphate series revealed the presence of five different types of genetically-related phosphate. The primary "pristine" phosphate corresponds to phosphatic marls formed by the authigenesis of francolite within the outer platform zone, below the storm wave base (primary phosphogenesis zone). This lithofacies can undergo a sedimentary differentiation by the interaction of autocyclic hydrodynamic processes and an allocyclic forcing. Consequently, granular phosphate is formed by winnowing of the primary lithofacies by storm and bottom currents. Granular phosphate, composed of densely-packed peloids, has relatively high concentrations of P2O5. Turbiditic phosphate results from the transport and deposition of other types of phosphate towards the basin by gravity flows leading to normally-graded phosphate sediments. However, phosphate lags are formed by the wave-reworking and transport of the primary facies and associated granular phosphates at the inner platform. Ultimately, karst-filling phosphate is formed from previously formed phosphate that is transported by the first transgressive currents and trapped in the karst pockets as microconglomeratic phosphate. The genetic evolution of the different phosphate facies reflects a natural enrichment process of the primary phosphate. This natural enrichment process consists of the removal of the fine detrital fraction of the sediment by in-situ winnowing of the primary phosphate. This enrichment is mirrored by increasing P2O5 concentrations and a significant decrease in the concentrations of detrital phase-associated chemical elements. This process of natural enrichment of the phosphate also allows the elimination or reduction of the uranium and cadmium contents present in the sediment. The phosphates of the High Atlas present a geochemical signature typical of present-day sea water with a negative cerium anomaly that indicates the oxidizing character of the sea water where phosphogenesis took place. Sequence analysis of the phosphate series of the High Atlas revealed the links between phosphate accumulation and variations in relative sea level. The spatial distribution of the different phosphate types is controlled by tectono-eustatic allocyclic factors. The position of the phosphogenic window is controlled by variations in relative sea level. The lateral shifting of the phosphogenic window has been continuous over time. This shifting phosphogenic zone remains active as long as favorable conditions for phosphogenesis, including upwellings and phosphorus availability, are maintained.
Abstract FR:
Cette thèse propose une nouvelle compréhension des contrôles géologiques sur l’accumulation et la préservation des phosphates sédimentaires à travers l’étude sédimentologique, séquentielle et géochimique de la série phosphatée Crétacé supérieur-Paléogène du Haut-Atlas. L’analyse pétro-sédimentaire de la série phosphatée du Haut-Atlas a permis de distinguer cinq différents types de phosphate liés génétiquement. Le phosphate primaire « pristine » correspond à des marnes phosphatées formées par authigenèse de la francolite dans le domaine de la plate-forme externe sous la limite d’action des tempêtes (zone de phosphatogenèse primaire). Ce lithofaciès peut être différencié grâce à l'interaction entre les processus hydrodynamiques autocycliques et le forçage allocyclique. En conséquence, le phosphate granulaire se forme par vannage du lithofaciès primaire sous l’effet des courants de tempête et de fond. Le phosphate turbiditique résulte du transport et du dépôt des autres types de phosphates vers le bassin par des flux gravitaires conduisant à des sédiments phosphatés granoclassés. Cependant, les lags phosphatés se forment par le remaniement et le transport du faciès primaire et les phosphates granulaires associés au niveau la plate-forme interne sous l’effet des vagues. En fin, le phosphate en remplissage de karsts se forme à partir de phosphate précédemment formé qui est transporté par les premiers courants transgressifs et piégé dans les poches karstiques sous forme de phosphate micro-conglomératique. L’évolution génétique des différents faciès phosphatés traduit un processus d’enrichissement naturel du phosphate primaire. Ce processus d’enrichissement naturel consiste en une élimination de la fraction détritique argileuse fine du sédiment par vannage in-situ du phosphate primaire, résultant en une concentration résiduelle de péloïdes phosphatés primaires, qui forment ainsi des phosphates granulaires. Cet enrichissement est traduit par une tendance du P2O5 à augmenter en parallèle avec la baisse des concentrations des éléments de la phase détritique. Les phosphates du Haut-Atlas présentent une signature géochimique typique de l’eau de mer actuelle avec une anomalie négative en cérium indiquant le caractère oxydant de l’eau de mer où la phosphatogenèse a eu lieu. L’analyse séquentielle de la série a permis de mettre en évidence le contrôle des variations du niveau marin relatif sur l’accumulation et la répartition des différents types de phosphates. La distribution spatiale des différents types de phosphate et la position de la fenêtre phosphogénique est gouvernée par les facteurs allocycliques d’origine tectono-eustatique. Le déplacement de la fenêtre phosphogénique s’est effectué de façon continue au cours du temps. Cette zone phosphogénique, en mouvement, reste active tant que les conditions favorables à la phosphatogenèse, notamment les upwellings et la disponibilité du phosphore sont maintenues.