The Limagne Basin: a journey through modern and fossil microbial deposits^☆

Le bassin des Limagnes : une excursion à travers les dépôts microbiens modernes et fossiles

¹ Biogéosciences, UMR 6282 CNRS, Université Bourgogne Franche-Comté, 6 Boulevard Gabriel, 21000 Dijon, France
² University of Connecticut, Departments of Marine Sciences & Geosciences, Groton, CT 06340/CT 06269, USA
³ Institut de Physique du Globe de Paris, UMR 7154 CNRS, 75005 Paris, France
⁴ Rue Charles Ladreit de la Charrière, 5, 78870 Bailly, France
⁵ Total CSTJF, Avenue Larribau, F-64018 Pau Cedex, France

^* Corresponding author: emmanuelle.vennin@u-bourgogne.fr

Received: 5 October 2020
Accepted: 24 August 2021

Abstract

The Limagne Basin (Massif Central, France) originated during a major, European-scale, extensive event (European Cenozoic Rift System), which led to the formation of several rift systems in the foreland of the Alps between the Upper Eocene and Pliocene. A fluvio-lacustrine system emplaced in the basin and resulted in a mixed carbonate-siliciclastic sedimentation in which microbial and metazoan buildups occupy an important place. However, microbial deposits are not exclusive to the Cenozoic history of the Limagne Basin; nowadays, in the basin, they still form in association with thermal spring systems. A fieldtrip was carried out in the Limagne Basin as part of the Microbialites: formation, evolution and diagenesis (M-Fed) meeting (October 2019). The objective of this excursion was to assess the diversity of modern and fossil (Chattian to Aquitanian) microbial sediments and structures in three prime locations (the Jussat and Chadrat outcrops and the Grand Gandaillat quarry). A detailed description of the morphologies and fabrics of the buildups and their associated biotic components can be used to discuss the spatio-temporal distribution pattern. Different basin margin models are proposed based on the changes in the distribution, morphology and size of the microbial and metazoan-rich deposits through time. The Jussat outcrop offers novel perspectives to unravel the evolution of the lacustrine/palustrine cycles over time and to establish a long-term paleoenvironmental history of the western margin of the basin during the Aquitanian. These cycles are composed of (i) lacustrine sedimentation comprising microbial and metazoan buildups and organic matter-rich marls reflecting a period of high accommodation, and (ii) palustrine deposits made of mudstones and clayey paleosoils, indicative of a period of low accommodation. It is suggested that climatic, tectonic, volcanic and local parameters (physiography, substrate) control the deposition of the buildups in each of the different cycles. In addition, the modern microbial mats of the Sainte-Marguerite and La Poix outcrops offer an opportunity to constrain the controlling processes at the origin of the mineralization involved in the formation of the microbialites and their preservation in the fossil record.

Résumé

Le bassin des Limagnes (Massif Central) est issu de la mise en place d’une phase de rifting liée à la géodynamique Ouest-Eropéenne (Rift Ouest Européen) entre l’Eocène Supérieur et le Pliocène. Il représente un lieu privilégier pour étudier les bioconstructions à microbialites et métazoaires qui s’inscrivent dans une sédimentation mixte carbonate-terrigène fluvio-lacustre. Ce secteur bénéficie par ailleurs de la présence de tapis microbiens modernes. L’excursion organisée en octobre 2019, à l’occasion du colloque Microbialites: formation, evolution and diagenesis, dans cette région permet d’observer et d’approcher la diversité et la structuration de sédiments microbiens modernes et fossiles. Une description détaillée de la morphologie, des fabriques des bioconstructions chattiennes et aquitaniennes et de leurs composants biotiques, des affleurements de Jussat et Chadrat et dans la carrière de Grand Gandaillat, fournit un éclairage concernant leur organisation spatio-temporelle. Les changements de distribution, de morphologie et de taille des bioconstructions à microbialites et métazoaires à travers le temps permettent de proposer plusieurs modèles de rampe lacustre. Les cycles palustre/lacustre ont fait l’objet de publication récente, toutefois le site de Jussat offre des conditions d’affleurement exceptionnelles qui soulignent le rôle du climat et de la tectonique dans la mise en place de cette cyclicité. Ces cycles sont organisés en une succession de dépôts : (1) lacustres composés de bioconstructions à microbialites et métazoaires et de marnes riches en matière organique qui indiquent des périodes de forte accommodation et (2) de dépôts palustres boueux et argileux à paléosols soulignant des périodes de faible accommodation. Le climat, la tectonique, le volcanisme mais également des paramètres locaux tels que la physiographie des lacs et le substrat sont impliqués dans la formation des bioconstructions et leur organisation au sein des différents cycles sédimentaires. De plus, les tapis microbiens modernes de Sainte-Marguerite et de La Poix viennent offrir une opportunité de comprendre les processus de minéralisation à l’origine de la formation des microbialites et de leur préservation dans le registre fossile.