Palaeoenvironmental control on primary fluids characteristics of lacustrine source rocks in the Autun Permian Basin (France)
Résumé
The Autunian (Late Gzhelian-Sakmarian, ∼295 Ma) of the Autun Basin (Saône-et-Loire, France) is well known for its lacustrine oil-shales and boghead that were exploited during the 19th and 20th centuries. A study of the kerogen geochemistry, palynofacies, hydrocarbon (HC) distribution of pyrolysates and kinetics on these organic-rich sediments gave indications on the control of lacustrine primary fluid characteristics by palaeoenvironmental settings. Palynofacies results have shown a Botryococcus algae dominance in the boghead, whereas the oil-shales were dominated either by a mixing of terrestrial particles and lacustrine phytoplanktonic/bacterial organic matter (OM), or by a lacustrine OM that suffered biodegradation within the water column. During the Autunian, an increasing trend of degraded lacustrine OM concentration is observed in the successive oil-shales. Geochemical and kinetics analyses showed that, except for the boghead, hydrogen index values were < 700 mg/g TOC and activation energies diagram showed multi-energetic profiles, unexpected for such a lacustrine OM. Along with pyrolysates primary fluids ones, these results unraveled two groups of oil-shale samples. On the one hand, samples dominated by well-preserved lacustrine and terrestrial OM produced primary fluids dominated by n -alkanes with ( n -C 6 - n -C 14 ) / n -C 14+ n -alkanes ratio depending on the proportion of terrestrial OM. They were only encountered in the three oldest oil-shales. On the other hand, the HC profile of fluids originating from samples dominated by degraded lacustrine OM, which was obtained for the first time in this study, show low n -alkanes concentrations and a relatively prominent hump. These samples were only present in the three youngest oil-shale levels. Finally, the boghead showed a link between strong concentration of the Pila genus of Botryococcus algae and a primary fluid dominated by n -C 6 - n -C 14 n -alkanes. By comparing these data with published palaeoenvironmental studies, it appears that the kind of dominant OM, and thus the HC distribution of primary fluids, is controlled by the lake level: a lower depth preventing the settlement of anoxic conditions in the bottom waters, and the subsequent good preservation of the OM. During the Autunian, the lake level decreased, consequence of a reduced tectonic activity and of the beginning of a dryer period. Finally, these changes will have caused a strong decrease of the nutrient influx to the lake, favoring the bloom of Botryococcus algae that accumulated to form the boghead.
L'Autunien (Gzhélien terminal-Sakmarien ∼295 Ma) du Bassin d'Autun (Saône-et-Loire) est bien connu pour ses niveaux de schistes bitumineux lacustres et son boghead qui furent exploités durant les 19 e et 20 e siècles. Ces sédiments riches en matière organique ont fait l'objet d'une étude géochimique, cinétique, des palynofaciès et de la distribution des hydrocarbures (HC) des pyrolysats afin d'obtenir des indications sur le contrôle exercé par les conditions paléoenvironnementales sur les caractéristiques des fluides primaires. Les palynofaciès ont montré une dominance d'algues Botryococcus dans le boghead, tandis que les schistes bitumineux étaient dominés soit par un mélange de matière organique (MO) végétale et phytoplanctonique/bactérienne lacustre, soit par une MO lacustre biodégradée au sein de la colonne d'eau. Au cours du remplissage du bassin, on note une tendance à l'augmentation de la proportion de MO lacustre dégradée. Les résultats géochimiques et cinétiques ont montré que, excepté pour le boghead, les valeurs d'index d'hydrogène étaient < 700 mg/g COT et les énergies d'activation montraient des profils pluri-énergétiques, inhabituels pour une MO lacustre. Ajoutés à ceux des fluides primaires de pyrolysats, ces résultats ont mis en évidence deux groupes d'échantillons de schistes-bitumineux. Le premier est marqué par une dominance de la MO lacustre et terrestre bien préservée et produit des fluides primaires dominés par les n -alcanes avec des rapports ( n -C 6 - n -C 14 ) / n -C 14+ corrélés à la proportion de particules végétales. Ces échantillons proviennent des trois plus anciens niveaux de schistes bitumineux. Le deuxième groupe est marqué par une dominance de la MO lacustre dégradée, dont les profils des HC de fluides primaires, obtenus pour la première fois dans cette étude, montrent de faibles concentrations de n -alcanes et une rampe proéminente. Ce groupe ne se retrouve que dans les trois schistes bitumineux les plus récents. Enfin, le boghead montre un lien entre dominance des algues Botryococcus du genre Pila et un fluide primaire marqué par de fortes concentrations en n -C 6 - n -C 14 . En comparant ces données avec des études paléoenvironnementales publiées sur le bassin d'Autun, il apparaît que le type de MO dominante, et donc la distribution des HC dans les fluides primaires, est contrôlé par la hauteur d'eau dans le lac : une profondeur plus faible empêchant la mise en place de conditions anoxiques dans les eaux profondes, auxquelles est souvent associée une bonne préservation de la MO. Pendant l'Autunien, cette tranche d'eau diminue, conséquence d'une baisse de l'activité tectonique et de la mise en place d'un climat plus sec. Finalement, ces changements vont entraîner une importante diminution de la quantité de nutriments apportée dans le lac, favorisant la prolifération d'algues Botryococcus qui constituent le boghead.
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