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Comptes Rendus

Géosciences de surface (Paléoenvironnement)
Le Viséen supérieur d'Azarhare (Maroc central) : environnements de dépôt, datation et évolution diagénétique
[The Late Visean Azarhare series (central Morocco): deposition environments, dating and diagenetic evolution]
Comptes Rendus. Géoscience, Volume 337 (2005) no. 5, pp. 525-532.

Abstracts

L'étude d'une nouvelle région du Maroc central, celle d'Azarhare, porte sur trois coupes et cinq faciès infralittoraux. Elle permet (1) de mettre en évidence des biozones du Viséen supérieur, riches notamment en algues problématiques Ungdarella, (2) de généraliser l'emploi des séquences locales de dépôt SD5, SD6 et SD7 préalablement définies, (3) de préciser les modalités de la diagenèse, principalement l'apparition de la kaolinite.

The unexplored area of Azarhare in central Morocco is studied thanks to three sections composed of five lithological facies Main biostratigraphical and sedimentological results concern (1) the identification of Late Visean biozones, with important presence of problematic algae Ungdarella, (2) the regional extension of deposit sequences SD5, SD6 and SD7 previously defined, (3) and an analysis of the diagenetic kaolinite.

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DOI: 10.1016/j.crte.2004.11.003
Mot clés : Paléoenvironnements, Biostratigraphie, Stratigraphie séquentielle, Diagenèse, Viséen, Maroc
Keywords: Palaeoenvironments, Biostratigraphy, Sequence stratigraphy, Diagenesis, Visean, Morocco

Atika Karim 1, 2; Mostafa Berkhli 1; Daniel Vachard 3; Nicolas Tribovillard 4; Beate Orberger 2

1 UFR analyse et prospection des bassins sédimentaires, faculté des sciences, université Moulay-Ismaïl, BP 4010, 50000 Meknès, Maroc
2 Laboratoire de géochimie, université Paris-11, bâtiment 504, 91405 Orsay cedex, France
3 Laboratoire LP 3, UMR CNRS 8014, UFR Sciences de la Terre, université des sciences et technologies de Lille, bâtiment SN5, 59655 Villeneuve d'Ascq cedex, France
4 Laboratoire PBDS, UMR 8110 PBDS, UFR Sciences de la Terre, université des sciences et technologies de Lille, bâtiment SN5, 59655 Villeneuve d'Ascq cedex, France
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Atika Karim; Mostafa Berkhli; Daniel Vachard; Nicolas Tribovillard; Beate Orberger. Le Viséen supérieur d'Azarhare (Maroc central) : environnements de dépôt, datation et évolution diagénétique. Comptes Rendus. Géoscience, Volume 337 (2005) no. 5, pp. 525-532. doi : 10.1016/j.crte.2004.11.003. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/geoscience/articles/10.1016/j.crte.2004.11.003/

Version originale du texte intégral

Abridged English version

The NE–SW Central Morocco Basin is interpreted as an extensional basin during Early Carboniferous, evolving to a foreland basin during Late Carboniferous [1,2,5–7,13]. The sequence stratigraphy and the carbonate microfauna from Adarouch and Akerchi (northern part of the sector) were studied [3–7] in order to explain the mechanisms controlling the northern part of the basin. Three extensional phases have been defined [3–7]: the first one is of Early/Middle Visean (‘V2a’ = Arundian = Moroccan biozone Cfm1 [19,20]) age, and corresponds to the opening of the basin; the second, during the Early Late Visean (‘V3bα/V3bβ’ = Asbian = Cfm4–5 [19,20]) and the third during the Latest Visean (‘V3c’ = Brigantian = Cfm8 [19,20]). The tectonic becomes compressive after the Serpukhovian (Early Namurian). No previous study has been undertaken in the southeastern area. Consequently, we complete the investigation in the region of Azarhare, about 5 km southeastwards of Akerchi, the well-known hill exhibiting the Visean–Serpukhovian boundary [3,4,7,10,13,18,20].

The study area crops out in the northeastern part of the Central Morocco Basin and is orientated NE–SW (Fig. 1). It is characterized by a mixed sedimentation of carbonate and detrital fractions (Fig. 2). The carbonate fraction comprises massive microbialites at its top. The detrital facies is composed of chanellized polygenic conglomerates at the base, calcareous sandstones and shales. These sediments were deposited from shoreface to upper offshore settings on an internal platform [5–7]. The three sections use the foraminifera (e.g., Endothyra sp., Loeblichia? sp., Lapparentidiscus sp., Archaediscus stilus), and algae (e.g., Paraepimastopora, Koninckopora tenuiramosa, Palaeoberesella sp., Ungdarella uralica) to date the series late Visean, i.e. Late Asbian-Brigantian (‘V3bγ/V3c’ to ‘V3c’ = Cfm7–8 [19,20]). Sequence stratigraphy analyses led to the definition of three sequences deposited during the Late Visean, corresponding to three third-order cycles of sea-level changes. The possible correlation of these sequences with those of the adjacent regions (Adarouh and Imouzzer) of the northeastern Meseta allows the regional-scale nomination: SD5, SD6 and SD7 (Fig. 4) [3,6].

Fig. 1

Cartes de localisation des affleurements paléozoïques de la région d'Adarouch et localisation des coupes A, B et C, dans la région d'Azarhare.

Location maps of the studied Palaeozoic outcrops of the western Meseta in the Adarouch area and location of sections A, B and C, in the Azarhare area.

Fig. 2

Coupes lithostratigraphiques de la région d'Azarhare. (A), (B) et (C). 1 : argilite, 2 : calcaire bioclastique, 3 : calcaire sableux, 4 : grès calcaire, 5 : conglomérat, 6 : grès à ciment siliceux, 7 : calcaire oolithique, 8 : argilite à nodules, 9 : laminations parallèles, 10 : surface ravinante, 11 : crinoïdes, 12 : brachiopodes, 13 : bivalves, 14 : algues, 15 : foraminifères.

Visean lithostratigraphical columns of the Azarhare area. (A), (B) and (C). 1: shale, 2: bioclastic limestone, 3: sandy limestone, 4: carbonate sandstone, 5: conglomerate, 6: siliceous sandstone, 7: oolitic limestone, 8: shale with nodules, 9: parallel laminations, 10: erosional unconformity, 11: crinoids, 12: brachiopods, 13: bivalvia, 14: algae, 15: foraminifera.

Fig. 4

Corrélations des séquences de dépôt du Viséen supérieur d'Azarhare, avec celles d'Imouzzer du Kandar et d'Adarouch (d'après [3], complété). BA I, II, III = autre désignation des coupes A, B, C.

Correlation of the deposit sequences of the Late Visean of Azarhare with those of Imouzzer du Kandar and Adarouch (according to [3], completed). BA I, II, III = other names of A, B, C sections.

During diagenesis, the calcareous sandstones composed initially of quartz, muscovite, kaolinite, chlorite and illite, evolved through the kaolinitisation (leverrierite) of muscovite (Fig. 5), the neoformation of albite and interstitially emplaced vermicular kaolinite. Calcite re-crystallized during early diagenesis. During burial, the cement composition changed from high Mg-calcite to low Mg-calcite and saddle dolomite (Fig. 5). During late diagenesis, silica-rich fluids led to the replacement of carbonates by quartz. The diagenesis mechanisms are mainly compaction and pressure-solution.

Fig. 5

Aspects de pression–dissolution, de dolomitisation et de kaolinisation du Viséen d'Azarhare. A. Contact suturé entre une oolite (Oo) et deux lithoclastes (litho), avec formation de microstylolites. Échantillon Ba5, ×20. B. Dolomite en rhomboèdres automorphes colorés par des oxydes de fer. Échantillon Ba1, ×20. C. Ciments précoces zonés, en cathodoluminescence, formés d'une alternance de bandes luminescentes (gris clair) et de bandes non luminescentes (gris foncé). Échantillon Ba12, ×20. D. Dolomite en rhomboèdres, entourée par du quartz qui remplace une calcite. Échantillon Ba1, ×339. E. Chlorite en baguettes courtes dispersées (gris clair), et alternance de feuillets de muscovite et de feuillets de kaolinite. Échantillon Ba13 ; ×835. F. Albite automorphe néoformée. Échantillon Ba4, ×1310.

Aspects of pressure–dissolution, dolomitization and kaolinization of the Visean of Azarhare. A. Sutured contact between an oolite (Oo) and two lithoclasts (litho) with formation of microstyliolites. Sample Ba5, ×20. B. Rhomboedric dolomite impregnated by Fe oxides. Sample Ba1, ×20. C. Zoned early cements showing an alternation of luminescent bands (light grey) and non-luminescent bands (grey dark). Sample Ba12, ×20. D. Rhomboedric dolomite surrounded by quartz replacing calcite. Sample Ba1, ×339. E. Chlorite in scattered short sticks (pale grey); alternation of muscovite lamellae with those of kaolinite. Sample Ba13, ×835. F. Newly formed automorphous albite. Sample Ba4, ×1310.

1 Introduction

La région d'Azarhare, au nord-est de la Meseta occidentale marocaine (Fig. 1), fait partie d'un bassin extensif associé à un bassin d'avant-pays [1,2,4–7,13]. Une particularité stratigraphique de la région est de présenter à Akerchi des séries du sommet du Viséen et de la base du Serpoukhovien (= Namurien inférieur) [7,10,18,20]. La stratigraphie séquentielle et les microfaunes carbonatées du Nord du secteur (Agouraï, Adarouch et les boutonnières du causse moyen-atlasique) ont été étudiées [3–7] afin d'expliquer le fonctionnement du bassin. Trois phases extensives ont été définies [3–7] : la première au Viséen inférieur/moyen ( « V2a » = Arundien = biozone marocaine Cfm1 [19,20]) responsable de l'ouverture du bassin ; la seconde à la base du Viséen supérieur ( « V3bα/V3bβ » = Asbien inférieur = Cfm4–5 [19,20]) et la troisième au Viséen terminal ( « V3c » = Brigantien = Cfm8 [19,20]). Le régime devient compressif après le Serpoukhovien [4,7]. Aucune recherche n'ayant été effectuée précédemment dans les régions du Sud-Est, nous avons choisi d'étudier trois coupes A, B, C de la série d'Azarhare (Fig. 1).

2 Faciès, microfossiles carbonatés et environnements de dépôt

Cinq faciès lithologiques se sont déposés dans des environnements plus ou moins proximaux, évoluant dans différents domaines de l'infralittoral (Figs. 2 et 3). (1) Des conglomérats polygéniques chenalisés, contenant des fragments de grès ordoviciens et de phtanites siluriennes, et des galets calcaires dévoniens tectonisés (Fig. 3A) à styliolinidés (Fig. 3B) et foraminifères Nanicella sp. (2) Des calcaires bioclastiques et bioconstruits, dont des microbialithes (cyanobactéries coccoïdes ; Fig. 3C), abritant quelques foraminifères remaniés ou fixés – Endothyra ex gr. prisca et Eotuberitina ex gr. reitlingerae (Fig. 3D et E) – et creusés de structures d'attribution discutée – Prethocoprolithus ou Terebella [11,14]. Ces constructions se développent dans des milieux proches de l'émersion [16]. Le ciment, une calcite microsparitique à sparitique en mosaïque drusique (Fig. 3C et D), ne présente aucune silicification tardive. (3) Des calcaires sableux de texture packstone, wackestone ou rudstone (Fig. 3F–H et M) sont les plus riches en fossiles, et témoignent de l'installation de plates-formes carbonatées peu profondes. (4) Des grès calcaires, grossiers, moyens à fins, avec ou sans granoclassement (Fig. 3H–L), se forment en zone infralittorale supérieure régie par des courants littoraux et la houle [3,5–7]. L'extinction roulante des grains de quartz et la présence de muscovite suggèrent une source à partir de roches métamorphiques (ortho- ou paragneissiques). (5) Des argilites noires, intercalées dans les différents faciès, qui sont interprétées comme la réponse à des diminutions momentanées de l'énergie du milieu de dépôt.

Fig. 3

Microfaciès et principaux microfossiles du Viséen de la région d'Azarhare. A. Wackestone bioclastique à bryozoaires (Br), crinoïdes (Cr) et trilobites (Tr) des calcaires dévoniens contenus dans les conglomérats polygéniques. Échantillon Ba3, ×4. B. Styliolina sp. Deux sections transverses emboîtées. Échantillon Ba1, ×20. C. Microbialites avec des fractures, cimentées par de la calcite. Échantillon Ba4, ×4. D. Biopelsparite grumeleuse de spongiostromides avec Endothyra ex gr. prisca Rauzer-Chernousova et Reitlinger in Rauzer-Chernousova et al., en section subtransverse. Échantillon Ba9, ×10. E. Eotuberina ex. gr. reitlingerae Miklukho-Maklay fixé sur une croûte de spongiostromide dans une microbialithe. Échantillon Ba4, ×20. F. Wackestone bioclastique et sableux à brachiopodes (Br) et à pelloïdes. Échantillon Ba19, ×4. G. Lappparentidiscus sp. Section subaxiale. Échantillon Ba5, ×20. H. Paraepimastopora sp. dans un lithoclaste sableux remanié dans un packstone bioclastique. Échantillon Ba5, ×4. I. Grès à ciment carbonaté. Échantillon Ba13, ×4. J. Archaediscus stilus (stade concavus passant au stade angulatus) ; section subaxiale. Échantillon Ba5, ×20. K. Koninckopora tenuiramosa Wood. Section oblique dans un grès calcaire. Échantillon Ba13, ×4. L. Ungdarella uralica Maslov ; section longitudinale bien conservée, avec double système de fixation (à droite). Échantillon Ba23, ×20. M. Loeblichia ? sp. Section oblique. Échantillon Ba19, ×20.

Microfacies and principal Visean microfossils of the Azarhare area. A. Bioclastic wackestone with bryozoans (Br), crinoids (Cr) and trilobites (Tr) of the Devonian limestone pebbles contained in the polygenic conglomerates. Sample Ba3, ×4. B. Styliolina sp. Two imbricated transverse sections. Sample Ba1, ×20. C. Microbialites with fractures cemented by calcite. Sample Ba4, ×4. D. Clotted biopelsparite of spongiostromids with Endothyra ex. gr. prisca Rauzer-Chernousova and Reitlinger in Rauzer-Chernousova et al., in subtransverse section. Sample Ba9, ×10. E. Eotuberina ex. gr. reitlingerae Miklukho-Maklay attached on a crust of spongiostromid within a microbialite. Sample Ba4, ×20. F. Sandy and bioclastic wackestone with brachiopods (Br) and peloids. Sample Ba19, ×4. G. Lappparentidiscus sp. Subaxial section. Sample Ba5, ×20. H. Paraepimastopora sp. included in a sandy lithoclast, reworked in a bioclastic packstone. Sample Ba5, ×4. I. Sandstone with carbonate cement. Sample Ba 13; ×4. J. Archaediscus stilus (concavus stage passing to angulatus stage), subaxial section. Sample Ba5, ×20. K. Koninckopora tenuiramosa Wood. Oblique section in a carbonate sandstone. Sample Ba13, ×4. L. Ungdarella uralica Maslov; well-preserved longitudinal section with a double attachment process. Sample Ba23, ×20. M. Loeblichia? sp. Oblique section. Sample Ba19, ×20.

3 Biostratigraphie et stratigraphie séquentielle

La série peut être datée du Viséen supérieur, précisément de l'Asbien supérieur–Brigantien ( « V3bγ/V3c » à « V3c » = Cfm 7–8 [18]). Cet âge est fourni [9,12,19] par des archaediscidés évolués (Fig. 3J), de rares Loeblichia primitives (Fig. 3M) et des Ungdarella, parfois très bien conservées (Fig. 3L), voisinant avec des Koninckopora (Fig. 3K). D'autres algues sont proches de Paraepimastopora (Fig. 3H), genre ne devenant commun qu'à partir du Serpoukhovien, mais signalé dans l'Asbien d'Espagne [17].

La stratigraphie séquentielle, par l'identification de discontinuités sédimentaires de type I ou II et de séquences de dépôt de 3e ordre, a conduit à une corrélation de ces séquences avec celles des régions d'Adarouch et d'Imouzzer du Kander [3–7]. On retrouve donc à Azarhare les séquences et limites de séquences de la formation de Tizra (Fig. 4). Une terminologie unifiée des séquences viséennes identifiées est donc proposée, afin de simplifier la nomenclature régionale (Fig. 4).

4 Diagenèse

Tous les faciès (excepté les microbialithes) montrent des figures de compaction avec imbrication des grains et des contacts concavo-convexes et microstylolithiques (Fig. 5A). La compaction mécanique a donc induit la dissolution des composants carbonatés. Le ciment initial micritique a recristallisé en microsparite et en sparite. La calcite magnésienne libère une partie du magnésium du fluide diagénétique pendant la recristallisation et devient faiblement magnésienne. Le Mg ainsi libéré peut participer à la précipitation de la dolomite baroque développée pendant la diagenèse, plus tardive (Fig. 5B). La présence de la dolomite dans tous les faciès, sauf dans les microbialites, pourrait indiquer que le Mg des eaux interstitielles a été piégé avant d'avoir traversé toute la série. Les oxydes de fer, soulignant les joints stylolitiques et associés à la dolomite (Fig. 5A et B), peuvent aussi provenir de la transformation diagénétique de la calcite fortement magnésienne et de la matière organique. Le ciment carbonaté précoce zoné (Fig. 5C) des conglomérats a évolué en dolomite baroque, montrant la présence d'oxydes de fer. Cette dolomite se singularise en cathodoluminescence par des couleurs orange à jaune-orangé. Au MEB, elle apparaît entourée par de la silice qui remplace la calcite (Fig. 5D). En nous fondant sur la texture de la kaolinite–leverriérite (Fig. 5E) et vermiculaire – et sur l'illite présente dans les niveaux les plus détritiques, nous proposons une origine diagénétique pour ces minéraux. La kaolinitisation est bien connue dans les faciès gréseux. On peut l'expliquer par la transformation de la muscovite à forte concentration de silice selon la réaction (modifiée d'après [8]) :

(K, Na) muscovite+2SiO2(aq)+H2Oalbite+kaolinite+illite

Cette réaction permet aussi d'expliquer la néoformation de l'albite contemporaine de la kaolinite et de l'illite présentes (Fig. 5F). Si cette réaction rend compte de la formation des feuillets de la kaolinite entre ceux de la muscovite, elle ne permet pas d'expliquer la kaolinite « en vermicules », qui se distingue au MEB dans les espaces intercristallins, sans aucun feldspath altéré à proximité. Cette kaolinite est précipitée à partir de fluides interstitiels. Selon des analyses par diffraction des rayons X (DRX) des minéraux argileux, l'échantillon Ba19, contient 57 % de kaolinite et 43 % d'illite. L'indice de cristallinité de l'illite 0,354 correspond à l'anchizone sur le diagramme proposé par Kübler et Jaboyedoff [15] et indique un faible degré de métamorphisme.

5 Conclusions

La série d'Azarhare, dans le Nord-Est du Maroc Central, se compose d'une sédimentation mixte carbonatée et détritique, déposée sur le littoral d'une plate-forme. Les algues problématiques Ungdarella et Koninckopora permettent de dater la série du Viséen supérieur, du « V3bγ/V3c » au « V3c » (= Asbien supérieur à Brigantien = Cfm7–8), et de la corréler avec trois séquences de dépôt de troisième ordre : SD5, SD6 et SD7, d'importance régionale. La minéralogie initiale des grès calcaires (quartz, muscovite, et minéraux argileux) évolue durant la diagenèse d'enfouissement par une kaolinitisation de la muscovite (formation de leverriérite) et une néoformation d'albite et de kaolinite vermiculaire interstitielle. Le ciment d'HMC, calcite micritique fortement magnésienne, se transforme en LMC, calcite faiblement magnésienne, et en dolomite baroque. Une circulation tardive de fluides riches en silice conduit au remplacement des carbonates par des quartzs diagénétiques.


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