Controls on organic accumulation in late Jurassic shales of northwestern Europe as inferred from trace-metal geochemistry

• Autores: Nicolas Tribovillard, Alain Trentesaux, Abdelkader Ramdani, François Baudinet, Armelle Riboulleau
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 175, Nº. 5, 2004, págs. 491-506
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Contrôles de l'accumulation de matière organique dans la Kimmeridge Clay Formation (Jurassique supérieur, Yorkshire, G.B.) et son équivalent latéral du Boulonnais: : l'apport des éléments traces métalliques
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• Resumen
  • English

    In the Kimmeridge Clay Formation of the Wessex-Weald Basin, five organic-matter-rich intervals (or ORIs), dated from Kimmeridgian-Tithonian times, can be correlated from distal depositional environments in Dorset and Yorkshire (UK) to the proximal environments in Boulonnais, northern France. The ORIs are superimposed on a meter-scale cyclic distribution of organic matter (OM), referred to as primary cyclicity, which is commonly interpreted to result from Milankovitch climate forcing. The present work addresses the distribution of redox-sensitive and/or sulfide-forming trace metals and selected major elements (Si, Al and Fe) in Kimmeridge Clay shales from the Cleveland Basin (Yorkshire) and the Boulonnais cliffs with two objectives: 1) to determine whether the ORIs formed in similar paleoenvironments, and 2) to identify the mechanism(s) of OM accumulation. High-resolution geochemical data from primary cycles in the Yorkshire boreholes (Marton and Ebberstone boreholes), were studied and the results are then applied with lower resolution sampling at the ORI scale in the Flixton borehole and Boulonnais cliff.

    Good correlations are found between total organic carbon (TOC) vs Cu/Al and Ni/Al, but relationships between TOC and Mo/Al, V/Al and U/Al are more complex. Cu and Ni enrichment is interpreted to have resulted from passive accumulation with OM in an oxygen-deficient basinal setting, which prevented the subsequent loss of Cu and Ni from the sediment. Mo and V were significantly enriched only in sediments where considerable amounts of OM (TOC>7 %) accumulated, the result of strongly reducing conditions and OM burial. At the scale of the Flixton ORIs, the samples with the highest Mo and V concentrations also show relative Fe enrichment, suggesting pyrite formation in the water column (combination of euxinic conditions and presumably low sedimentation rates). Samples from all ORIs were slightly enriched in Si relative to Al, interpreted as reflecting decreased sediment flux during transgressive and early-highstand systems tracts.

    The data show that in some ORIs, OM accumulation proceeded while productivity was not particularly high and sediments were not experiencing strong anoxia. In other ORIs, OM accumulation was accompanied by widespread anoxia and possibly euxinic conditions in distal settings. Though somewhat different from each other, the ORIs have all developed during episodes of reduced terrigenous supply (transgressive episodes). The common feature linking these contrasted episodes of enhanced OM storage (ORIs) must be the conjunction of productivity coupled with a decrease in the dilution effect by the land-derived supply, in a depositional environment prone to water stratification and, therefore, favorable to OM preservation and accumulation.

  • français

    Au sein de la formation de la "Kimmeridge Clay" (KCF), cinq intervalles riches en matière organique (MO), appelés "ceintures organiques", datés du Kimméridgien-Tithonien, peuvent être corrélés, à partir des environnements distaux du Dorset et Yorkshire (Angleterre), jusqu'aux environnements proximaux du Boulonnais. Ces ceintures se superposent à une cyclicité d'épaisseur métrique, faisant alterner faciès riches et faciès pauvres en MO. Cette cyclicité dite "primaire" résulterait de forçages de type Milankovitch. Ce travail porte sur la géochimie inorganique des roches de la KCF (forages du Yorkshire) et des falaises du Boulonnais, avec comme objectif de déterminer si les cinq ceintures ont été gouvernées par les mêmes facteurs paléoenvironnementaux. L'accent a porté sur quelques éléments majeurs (Al, Si et Fe) et les éléments métalliques traceurs des conditions redox (V, U, Mo, Ni et Cu, principalement).

    Il apparaît que les mécanismes responsables de la cyclicité primaire (productivité, climat) ne s'appliquent pas tous aux ceintures organiques. Certaines ceintures se sont déposées dans des conditions fortement réductrices sans pour autant atteindre les teneurs les plus élevées en MO. La ceinture la plus riche en MO n'a sans doute pas connu de productivité forte. Au total, ni la productivité ni l'anoxie des fonds ne semblent avoir été les facteurs clés de l'accumulation de la MO. En revanche, le point commun entre toutes les ceintures est de s'être formé en période d'élévation du niveau marin et de forte diminution du taux de sédimentation. Le principal mécanisme responsable de l'accumulation organique semble avoir été la non-dilution de la MO par la fraction terrigène, dans un environnement stratifié globalement favorable à la préservation de la MO.