Smectite as a marker of telogenetic process along structural heterogeneities of sedimentary basin: case study of the Eocene submarine slide surfaces of the Ainsa Basin

La smectite comme marqueur des processus télogénétiques le long des structures d’hétérogénéités sédimentaires : cas des surfaces de glissement Eocènes du bassin d’Ainsa

¹ GET-OMP, CNRS-UMR 5563, université de Toulouse, 14 avenue E. Belin, 31400 Toulouse, France
² IC2MP, CNRS-UMR 7285, université de Poitiers, 4 rue M. Brunet, TSA 51106, 86079 Poitiers Cedex, France

^* Corresponding author: francis.odonne@get.omp.eu

Abstract

Fluid circulation in sedimentary basins is responsible for the transformation and cementation of mineral grains during diagenesis. Concretions and pipe chimneys are obvious features resulting from such circulation but some transformations in the matrix of rocks, if less spectacular, may lead to pervasive transformations of the sediments. Inherited slide surfaces in the Eocene Ainsa Basin (Spanish Pyrenees) have been chosen to test this hypothesis. In the Sobrarbe delta, the steady mineralogy of marls indicates homogeneity of the sedimentary source. Enrichment of montmorillonite is only observed close to scar surfaces and in the infilling of the scars. Scanning electron microscope (SEM) observation reveals that smectites are formed by in situ replacement of detrital mafic minerals resulting by transformation of detrital minerals under the action of cold sedimentary fluids, lower than 75 °C. The indications of low temperature conditions and local fluid circulation both support a meteoric origin of the fluids postdating the burial history, probably during an exhumation of the basin associated with the tectonic uplift. The higher smectite contents in the infilling of scars and along the unconformities of slide surfaces reveals enhanced circulation of fluids in under-consolidated sediments and the effective fluid circulation pathways along inherited slide surfaces.

Résumé

Les circulations de fluides dans les bassins sédimentaires sont responsables de transformation et de cimentation de grains minéraux dans le domaine de la diagenèse. Les concrétions et les cheminées minéralisées sont des constructions résultant de telles circulations mais les transformations de la matrice rocheuse, bien que moins spectaculaires, peuvent conduire à la transformation profonde des sédiments. Les surfaces de glissements héritées du bassin Eocène d’Ainsa ont été choisies pour tester cette contribution. Dans le delta du Sobrarbe, la stabilité de la minéralogie des marnes atteste de l’homogénéité de la source sédimentaire. L’enrichissement en montmorillonite n’est observé qu’à proximité des surfaces de glissement et dans le remplissage de ces cicatrices. L’observation au MEB révèle que les smectites se forment par remplacement et transformation in situ de minéraux détritiques ferromagnésiens sous l’action de fluides sédimentaires froids, moins de 75 °C. Les indications de conditions de basses températures et la circulation locale des fluides supportent l’idée d’une origine météorique des fluides postérieurement à l’histoire de l’enfouissement, probablement durant l’exhumation du bassin associée au soulèvement tectonique. Les plus fortes teneurs en smectites sont observées dans le remplissage des cicatrices et le long des surfaces de glissement, elles révèlent la circulation préférentielle des fluides dans les sédiments sous-compactés et le long des hétérogénéités constituées par les anciennes surfaces de glissement.