Abridged version
The Migoumess formation crops out in a small area on the northeastern edge of central Morocco (figure 1). Its deposits unconformably overlays the Devonian substrate [10,19] and are in turn tectonically overlain by the Upper Visean and Serpukhovian (E1) limestones of the Tirhela formation [4,19]. The beds are dipping 30 to 40 N20–40 (figure 2). This formation (approximately 200 m thick) exposes some channelized polygenic conglomerates with Silurian sandstones, quartzitic sandstones, fragments of quartz, and cherts, Devonian limestones, Late Visean limestone pebbles (1 to 50 cm in diameter), accompanied by siliceous sandstone beds (5 cm to 3 m thick) rich in terrestrial plant remains and presenting some planar and parallel and/or cross laminations, siltstones, shales and coal veinlets (figure 3A). The vertical distribution of these sediments is characteristic of deltaic deposits. The thick layers of shales topped by siltstones correspond to shelf and prodelta deposits; the sandstone beds with terrestrial plant remains and parallel and/or cross laminations are probably deposits of delta-front and the conglomerates correspond to the distributary channels of deltaic plain. The biostratigraphic datings of the limestone pebbles of the channelized conglomerates revealed assemblages of foraminifers, algae and pseudo-algae belonging to the Late Visean (V3bγ–V3c). They are characterized by Koninckopora sp., Kamaenella sp., Fasciella sp., Ungdarella uralica, Endothyra sp., Archaediscus stilus (at concavus stage). Consequently, the Migoumess formation is necessarily of a post-Late Visean age, and belongs certainly to the Westphalian, as Hollard supposed [15], due to the brachiopods Brachythyrina ex gr. strangwaisi. The Tournaisian age assigned to this Formation by palynology [10] cannot be retained. This new dating confirms the gap of the Tournaisian and Early Visean in the northeastern Central Morocco basin [4–7].
Cartes schématiques de position. En médaillon: le Maroc à petite échelle ; l'étoile noire indique l'emplacement de la région étudiée. Schéma des affleurements paléozoı̈ques de la Méséta occidentale et localisation de la région étudiée au Maroc central.
Location sketch maps. Above left: main cities of Morocco and location of the study area (black star). Below: location of the Palaeozoic outcrops in the western Meseta and the study area.
Carte géologique schématique de la région étudiée et localisation des coupes. A: Migoumess; B: Tirhela; C: Idmarrach. 1: Pélites et grès calcareux (Dévonien); 2: argilites, siltites et grès (Viséen supérieur); 3: calcaires (Viséen supérieur–Serpoukhovien); 4: grès, siltites et argilites (Namurien); 5: conglomérats, grès, siltites et argilites (Westphalien); 6: terrains post-paléozoı̈ques; 7: faille; 8: pendages; 9: chevauchement.
Schematic geological map of the study area and location of the sections. A: Migoumess; B: Tirhela; C: Idmarrach. 1: Pelites and calcareous sandstones (Devonian); 2: shales, siltstones and sandstones (Late Visean); 3: limestones (Late Visean–Serpukhovian); 4: sandstones, siltstones and shales (Namurian); 5: conglomerates, sandstones, siltstones and shales (Westphalian); 6: post-Palaeozoic outcrops; 7: fault; 8: dip; 9: thrust.
Coupes synthétiques du Carbonifère. A: formation de Migoumess; B: formation de Tirhela; C: formation d'Idmarrach. 1: socle dévonien; 2: conglomérats polygéniques; 3: conglomérats à ciment carbonaté; 4: grès siliceux; 5: siltites; 6: argilites; 7: calcaires bioclastiques; 8: calcaires sableux; 9: stratifications entrecroisées; 10: laminations parallèles; 11: foraminifères; 12: algues; 13; polypiers; 14: gigantoproductidés; 15: brachiopodes; 16: crinoı̈des; 17: débris végétaux terrestres.
Synthetic sections of the Carboniferous. A: Migoumess formation; B: Tirhela formation; C: Idmarrach formation. 1: Devonian basement; 2: polygenic conglomerates; 3: calcareous cemented conglomerates; 4: siliceous sandstones; 5: siltstones; 6: shales; 7: bioclastic limestones; 8: sandy limestones; 9: cross stratifications; 10: parallel laminations; 11: foraminifers; 12: algae; 13: corals; 14: gigantoproductids; 15: brachiopods; 16: crinoids; 17: terrestrial plant fragments.
The Tirhela formation (55 m thick) is composed of channelized polygenic conglomerates, black limestones with gigantoproductids, bioclastic black limestones, oolitic limestones and sandy limestones (figure 3B). The dip of the beds is 35 to 50 N100–150 (figure 2). The biostratigraphic datings indicate a Late Visean and Serpukhovian (E1) age for this formation. Important microfossils are: Coelosporella jonesii WOOD, 1940; Plectogyranopsis sp.; Endostaffella spp.; ‘Euxinita efremovi’ (VDOVENKO & ROSTOVCEVA in Brazhnikova et al., 1967); Palaeotextularia longiseptata LIPINA, 1948; ‘Biseriella parva’ (CHERNYSHEVA, 1948); Archaediscus stilus GROZDILOVA & LEBEDEVA in Grozdilova, 1953; Archaediscus karreri BRADY, 1873; Asteroarchaediscus sp. Therefore the Tirhela formation is coeval with the Akerchi formation [4,7].
The Idmarrach formation (40 m thick) contains polygenic conglomerates, black limestones with corals and gigantoproductids, bioclastic black limestones, limestones with brachiopods, siliceous sandstones and shales (figure 3C). The dip of the beds is 40 to 60 N60–80 (figure 2). The biostratigraphic analysis of this formation revealed Serpukhovian (E1) assemblages. This formation, mapped as a thrust sheet, is consequently thrusted after the Serpukhovian.
Two types of deformations, compressive and extensive, are recorded in this area. Three episodes of extensive deformations have been recognized [4,5]: the first one occurs during the V2a, and is responsible for the opening of the Central Morocco basin, the second at the V3bα/V3bβ and the third during the V3c (between Early V3c and Upper V3c). Three episodes of compressive deformations occur coevally: the first one between Late Devonian and Middle Visean times which folded the Devonian and ante-Devonian basements, corresponding to the Bretonne phase stricto sensu [4,5]; the second one between Serpukhovian and Westphalian times, characterized by a thrust sheet whose material is Serpukhovian (E1 + E2) in age, and the third one between the Westphalian and Permian times that folded the Westphalian and ante-Westphalian basements.
1 Introduction
Le Carbonifère des formations de Migoumess, de Tirhela et d'Idmarrach affleure sur la bordure nord-orientale du Maroc central (figures 1 et 2). Ces formations appartiennent à un bassin en extension, associé à un bassin d'avant-pays [3–5,17]. Leur relation, leur description ainsi que leur datation sont controversées. Nous les avons réétudiées et avons procédé à un levé détaillé, accompagné d'un échantillonnage systématique destiné à des datations micropaléontologiques. Cette note donne une description lithologique précise de ces formations, puis leur attribue de nouvelles datations basées sur les foraminifères, les algues et les pseudo-algues, avant de discuter l'évolution paléogéographique et géodynamique du bassin du Maroc central hercynien à cette époque.
2 Lithologie et biostratigraphie
2.1 La formation de Migoumess [20]
Elle affleure sur une superficie de 2 à 3 km2 au nord-est d'Akerchi et présente une polarité sédimentaire, du sud vers le nord. Le pendage des couches varie de 30 à 40 N20–40 (figure 2). Cette formation a une puissance de 200 m environ et repose en discordance angulaire sur les terrains dévoniens plissés [10,19] et est surmontée en contact anormal par la formation de Tirhela [19]. La formation de Migoumess, essentiellement détritique, est composé : (1) de conglomérats polygéniques chenalisés, d'une puissance de 75 cm à 6 m et d'une extension latérale d'une dizaine de mètres à 250 m – leurs galets matures sont de composition et d'âge variés (grès, quartzites, quartz, phtanites du Silurien, calcaires dévoniens et calcaires du Viséen supérieur) et de taille centimétrique à décimétrique (1 à 50 cm) – ; (2) de bancs de grès siliceux stratocroissants (de 5 cm à 3 m d'épaisseur), riches en débris végétaux et présentant des laminations planes et parallèles parfois entrecroisées ; (3) de bancs de siltites (5 à 10 cm), d'argilites et de lits de charbon (figure 3A). L'agencement vertical de ces sédiments montre qu'il s'agit de dépôts deltaı̈ques. Les niveaux épais d'argilites surmontés de siltites correspondent à des dépôts littoraux et prodeltaı̈ques, les grès très riches en débris végétaux avec des laminations parallèles et/ou entrecroisées sont des dépôts de front de delta et les conglomérats correspondants ont dû se former dans les chenaux distributaires d'une plaine deltaı̈que.
L'échantillonnage des galets calcaires des chenaux conglomératiques (figure 3A) a livré des associations de foraminifères, d'algues et de pseudo-algues datant le Viséen supérieur (V3bγ–V3c).
L'échantillon Mg3 est un calcaire grainstone oolithique contenant Koninckopora tenuiramosa WOOD, 1942, Zidella aurivella (VACHARD, 1977), Kamaenella tenuis (von MOELLER, 1879), Pokorninella n. sp. aff. enigmatica (MAMET & ROUX, 1978), Ungdarella uralica MASLOV, 1956, Endothyranopsis sp. silicifiés, Pseudotaxis brazhnikovae (BOGUSH & JUFEREV, 1966), Archaediscus stilus GROZDILOVA & LEBEDEVA in Grozdilova, 1953. Le niveau Mg4 livre un calcaire wackestone passant à un rudstone à gros ooı̈des, avec un assemblage de Pseudosolenopora owodenkoi (CHANTON, 1972), Kamaenella sp., Fasciella sp., Ungdarella uralica MASLOV, 1956, Endothyra sp. L'échantillon Mg5 révèle un calcaire grainstone oolithique à Girvanella sp. ; Koninckopora sp. ; Kamaenella tenuis (von MOELLER, 1879), Planoarchaediscus ex gr. spirillinoides (RAUSER, 1948), Pseudoammodiscus sp., Endothyranopsis sp., Pseudoendothyra sp. L'échantillon Mg6 renferme un calcaire packstone oolithique à Koninckopora tenuiramosa WOOD, 1942, Pseudosolenopora owodenkoi (CHANTON, 1972), Ungdarella uralica MASLOV, 1956, Endothyra sp. L'échantillon Mg7, enfin, est un calcaire grainstone oolithique à Koninckopora tenuiramosa WOOD, 1942, Atractyliopsis cumberlandensis RICH, 1974, Ungdarella uralica MASLOV, 1956, Pseudolituotuba sp., Endothyra sp., Archaediscus stilus GROZDILOVA & LEBEDEVA in Grozdilova, 1953 (stade convexus).
La formation de Migoumess, qui contient des galets de calcaires d'âge Viséen supérieur (V3bγ–V3c), est donc d'un âge plus récent que ce dernier. Ceci confirme l'âge Westphalien que lui avait assigné Hollard [15], à la suite de la découverte du brachiopode Brachythyrina ex gr. strangwaisi. Ouarhache [19] a lui aussi récolté, au sommet de la série (x=502,60 ; y=327,35) une faune de brachiopodes très mal conservés, pouvant se rencontrer du Viséen au Westphalien (dét. C. F. Winkler Prins). Ainsi, l'âge Tournaisien attribué à cette formation par Bouabdelli et Doubinger [10], en se basant sur Lophozonotriletes cristifer et Spaeleotriletes lepidophytus, ne peut être retenu. En revanche, deux hypothèses peuvent être suggérées pour expliquer ce résultat palynologique : (1) alors que l'espèce Spaeleotriletes lepidophytus disparaı̂t en Europe occidentale au Tournaisien, elle pourrait subsister au Maroc jusqu'au Westphalien, soit pendant près de 50 Ma [18] ; (2) plus vraisemblablement, sa présence dans ces terrains westphaliens pourrait être due à un remaniement.
À l'échelle régionale, la formation de Migoumess présente de fortes ressemblances avec celle de Sidi Kassem [20], située à l'ouest du Massif central (figure 1). Cette dernière, discordante sur le Paléozoı̈que inférieur de l'anticlinorium Khouribga–Oulmès, est composée d'argilites, avec quelques veinules de charbon anthracite, de calcaires à gastéropodes d'eau douce, de siltites–argilites en mégaséquence négative et d'un conglomérat rouge chenalisé à galets imbriqués [12,16]. Elle a été datée du Westphalien C à sa base par des débris de fougères « Linopteris » et du Westphalien D dans ses niveaux supérieurs [12,13].
2.2 La formation de Tirhela [4]
Cette formation, d'une puissance de 55 m environ, est composée de calcaires noirs à Gigantoproductidés, calcaires noirs bioclastiques, calcaires sableux, calcaires oolithiques, conglomérats polygéniques chenalisés à galets matures de grès, quartz, quartzites, phtanites et calcaires à Gigantoproductidés (figure 3B). Ces galets sont de taille centimétrique à décimétrique (0,5–20 cm). Les faciès correspondent à des dépôts de plate-forme carbonatée très peu profonde [4]. Le pendage des couches est de 35 à 50 N100–150 (figure 2).
Les échantillons de cette formation nous ont fourni des associations de foraminifères, d'algues et de pseudo-algues du Viseén supérieur et du Serpoukhovien inférieur (E1). Le niveau Tr1 est un calcaire rudstone bioclastique à Gigantoproductidés et à Tetratxis cf. paraminima VISSARIONOVA, 1948, Mediocris sp., Endostaffella sp., indiquant un âge peu précis, pouvant aller du V3bγ à l'E1. Le niveau Tr3 est un calcaire grainstone bioclastique à Coelosporella jonesii WOOD, 1940, Plectogyranopsis sp., Endostaffella spp., Euxinita efremovi (VDOVENKO & ROSTOVCEVA in Brazhnikova et al., 1967), Palaeotextularia longiseptata LIPINA, 1948 ; Biseriella parva (N. CHERNYSHEVA, 1948), Archaediscus stilus GROZDILOVA & LEBEDEVA in Grozdilova, 1953, Archaediscus karreri BRADY, 1873, Asteroarchaediscus sp. constituant une association caractéristique du Serpoukhovien basal (E1). L'échantillon Tr8 est un calcaire grainstone bioclastique et oolithique à Endothyra sp., Endostaffella sp., Tetrataxis sp., Pseudotaxis sp., Koskinobigenerina sp., Neoarchaediscus incertus (GROZDILOVA & LEBEDEVA, 1954), Asteroarchaediscus parvus (RAUSER, 1948), indiquant encore le Serpoukhovien E1. L'échantillon Tr10 est un calcaire grainstone bioclastique à Gigantoproductidés à Pseudoammodiscus sp., Endostaffella ex gr. parva (von MOELLER, 1880), Tetrataxis sp., Pseudotaxis sp., « Biseriella » sp. ; Neoarchaediscus sp., qu'on peut à nouveau attribuer à l'E1. Les microfaciès des échantillons Tr3, Tr8 et Tr10 ressemblent beaucoup à ceux du Serpoukhovien E1 de l'Akerchi.
La formation de Tirhela, d'âge Viséen supérieur et Serpoukhovien E1 est, de ce fait, l'exact équivalent latéral de la formation d'Akerchi [4].
2.3 La formation d'Idmarrach
Son épaisseur est d'environ 40 m. Elle est constituée de conglomérats à ciment carbonaté et à galets matures de grès et de quartzites (⩽3 cm), de calcaires noirs à polypiers et Gigantoproductidés, de calcaires noirs bioclastiques, de calcaires à brachiopodes, de grès siliceux rouges et d'argilites (figure 3C). L'épaisseur des bancs de calcaires est de 10 cm à 3,50 m, celle des grès de 10 à 50 cm. Le pendage des couches est 40 à 60 N60–80. Elle repose en contact anormal sur les terrains du Dévonien (figure 2).
Le niveau Mg0 est un calcaire grainstone/packstone bioclastique à polypiers et Gigantoproductidés, abritant l'association de foraminifères suivante : Earlandia vulgaris (RAUSER & REITLINGER in Rauser & Fursenko, 1937) ; Endothyra sp. ; Endothyranopsis compressa plana BRAZHNIKOVA in Brazhnikova et al., 1967 ; Endostaffella fucoides ROZOVSKAYA, 1963 ; Climacammina sp. ; Pseudotaxis sp. ; Biseriella sp. ; Neoarchaediscus stellatus (BOZORGNIA, 1973) ; Asteroarchaediscus sp. L'échantillon Mg2 est un wackestone bioclastique à crinoı̈des et foraminifères : Pseudoammodiscus buskensis (BRAZHNIKOVA, 1956) ; Endothyranopsis ex gr. compressa (RAUSER & REITLINGER in Rauser, Belayev & Reitlinger, 1936) ; Tetrataxis paraminima VISSARIONOVA, 1948.
La formation d'Idmarrach est donc datée du Serpoukhovien.
3 Conséquences paléogéographiques et géodynamiques
Les nouvelles données biostratigraphiques des formations de Migoumess, Tirhela et Idmarrach font apparaı̂tre une lacune du Tournaisien dans ce secteur, ce qui nous était déjà apparu dans les régions avoisinantes (Nord-Est de la Méséta occidentale marocaine) [4–7]. De plus, les hypothèses de la genèse du bassin du Maroc central, basée sur la présence du Tournaisien [9,11], doivent être reconsidérées. Ce bassin s'est ouvert en fait au Viséen moyen (V2a) et a évolué en régime extensif durant tout le Carbonifère inférieur [4,5]. La transgression marine a débuté au V2a dans le secteur occidental (Agouraı̈) et elle n'a atteint le secteur oriental de ce bassin (Imouzzer du Kandar) qu'au V3bγ [4,5]. La formation de Migoumess, à dépôts deltaı̈ques, est le témoin important de la présence du Westphalien au Maroc central. Au cours du Carbonifère, la sédimentation dans l'ensemble du Maroc central est passée globalement d'une sédimentation carbonatée au Viséen moyen–Serpoukhovien à une sédimentation siliciclastique au Namurien supérieur, puis deltaı̈que au Westphalien.
La géométrie des couches de la formation de Migoumess, dont le pendage est de 30 à 40 N20–40, pourrait la faire passer pour le flanc sud d'un synclinal d'axe est–ouest, dont le flanc nord serait enfoui sous les terrains secondaires du Causse d'El-Hajeb [19]. Si cette hypothèse était confirmée, cela entraı̂nerait le fait que la phase responsable de ce plissement soit post-westphalienne. Les couches du Westphalien se trouvent en contact anormal avec les calcaires de Tirhela, datés du Viséen supérieur et du Serpoukhovien inférieur [4]. La discordance angulaire de la formation de Migoumess sur les terrains dévoniens déjà plissés est le témoin d'une déformation plicative anté-westphalienne. La formation d'Idmarrach, cartographiée comme une nappe de charriage par Bouabdelli et Doubinger [10] étant d'âge Serpoukhovien E1, sa mise en place lui est donc postérieure et non intra-viséenne, comme il a été proposé [9,11]. Trois déformations compressives peuvent alors être observées dans ce secteur : (1) une déformation anté-Viséen moyen et post-Dévonien supérieur, correspondant à la première déformation retrouvée dans les régions voisines [1,2,14] ; (2) une seconde déformation post-Serpoukhovien et anté-Westphalien, caractérisée par la mise en place de nappes à matériel serpoukhovien, correspondant à la déformation majeure [19] et à la déformation post-Viséen dans la région d'Azrou [8] et dans la partie sud-est du Maroc central [2] ; (3) une troisième déformation post-Westphalien [19]. Par ailleurs, nous rappelons que trois épisodes à déformations extensives ont été déchiffrés dans le Nord-Est de la Méséta occidentale [4,5] : le premier au V2a, responsable de l'ouverture du bassin du Maroc central, le second au V3bα/V3bβ et le troisième au V3c (V3c inférieur–V3c supérieur).
4 Conclusions
La formation de Tirhela date du Viséen supérieur et du Serpoukhovien inférieur. Elle est l'équivalent latéral de la formation d'Akerchi. La nappe d'Idmarrach à matériel gréso-carbonaté daté de l'E1 est d'une lithologie assez semblable à celle du Serpoukhovien (E1) de l'Akerchi et de Tirhela. Elle en serait originaire. L'âge Viséen supérieur (V3bγ–V3c) des galets calcaires des conglomérats chenalisés de la base de la formation de Migoumess montre que l'âge Tournaisien qu'on lui avait prêté ne peut être retenu. Elle date donc vraisemblablement du Westphalien. Sa sédimentation essentiellement détritique, de type deltaı̈que, rappelle celle du Westphalien de Sidi Kassem, à l'ouest du Massif central et celui du bassin de Jerada dans la Méséta orientale.
Les conséquences paléogéographiques et géodynamiques de ces datations sont multiples. Le Tournaisien et le Viséen inférieur font dès lors totalement défaut dans la partie nord-orientale du bassin du Maroc central [4,5]. L'ouverture de ce bassin s'est produite au Viséen moyen (V2a) et la transgression marine y a été progressive. Elle a débuté au V2a dans le secteur occidental (Agouraı̈) et elle a atteint la zone orientale (Imouzzer du Kandar) au V3bγ [4,5].
Deux types de déformations hercyniennes peuvent être observées dans le Nord-Est du Maroc central ; les unes extensives, les autres compressives. Trois épisodes à déformations extensives sont survenus [4,5] : le premier au V2a, responsable de l'ouverture du bassin, le second au V3bα/V3bβ et le troisième au V3c (V3c inférieur–V3c supérieur). Trois épisodes à déformations compressives sont également intervenus : le premier, post-Dévonien supérieur et anté-Viséen moyen (V2a), correspondant à la phase bretonne au sens strict, a plissé les terrains dévoniens et anté-dévoniens [4,5] ; le second, post-Serpoukhovien et anté-westphalien, est responsable de la mise en place des nappes de glissement ; le troisième est post-Westphalien et probablement anté-Permien.