Hostname: page-component-78c5997874-v9fdk Total loading time: 0 Render date: 2024-11-04T18:03:14.224Z Has data issue: false hasContentIssue false

Clay minerals as records of temperature conditions and duration of thermal anomalies in the Paris Basin, France

Published online by Cambridge University Press:  09 July 2018

N. Clauer
Affiliation:
Centre de Géochimie de la Surface, 1 rue Blessig, 67084 Strasbourg, France
J. R. O'neil
Affiliation:
Centre de Géochimie de la Surface, 1 rue Blessig, 67084 Strasbourg, France Department of Geological Sciences, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan 48109, USA
s. Furlan
Affiliation:
Centre de Géochimie de la Surface, 1 rue Blessig, 67084 Strasbourg, France

Abstract

Upper Triassic sandy horizons in the Paris Basin were sampled at depths ranging from outcrop in the northeast to 2,700 m in the centre of the basin. The smallest clay sub-fractions (<0.2 μm) from the deepest central samples consist mainly of illite and chlorite whose K-Ar age is ∼ 190 Ma. These minerals formed at a relatively high temperature of 220-250°C, as determined from the oxygen isotope fractionation between authigenic illite and associated quartz overgrowths, but at a burial depth of only 500 m. In a nearby drillhole that crosscuts a fault zone reactivated during the 190 Ma event, illite is less well-crystallized and has a higher δ18O value suggesting different physical and chemical conditions of formation during the same hydrothermal episode. Two other generations of illite-smectite mixed-layer clays formed in the same Triassic horizon: one at ∼150 Ma and the other at ∼80 Ma. These younger clays have higher δ18O values and thus may have formed at somewhat lower temperatures. The δ18O values of the fluids from which the different illite-smectite mixed-layer minerals form range from +9 to +13.5 per mil (SMOW).

An Ar diffusion code was used to estimate, on the basis of the Ar loss of the clay-type material, the duration of these events. The results suggest that the duration of the hydrothermal events at 190 Ma and 150 Ma were rather short, <1 Ma, whereas the youngest event was protracted over a much longer period of ∼37 Ma. Comparison between K-Ar ages of the different mixed-layer minerals and sedimentation rates of the sediments since the Palaeozoic shows significant accelerations of the rates at ∼ 190-200 Ma and 150 Ma, and a less important one at ∼80 Ma. These observations provide additional evidence that the first two events were promoted by basement-related tectono-thermal activities. The third event is considered to be of diagenetic origin.

Resume

Resume

Un horizon de grès triasiques a été échantillonné depuis l'affleurement dans la partie nord-est, jusqu'à une profondeur de 2700 m au centre du Bassin de Paris. Les fractions argileuses les plus fines (<0.2 μm) extraites des échantillons les plus profonds contiennent essentiellement de l'illite et de la chlorite avec des ages K-Ar de l'ordre de 190 Ma. Ces minéraux se sont formés à des tempàratures relativement élevées de l'ordre de 220-250°C sur la base des fractionnements isotopiques de l'oxygène entre illite authigène et surcroissances de quartz associées, à une faible profondeur d'enfouissement d'environ 500 m. Dans un forage qui recoupe une zone faillée réactivée pendant l'événement à 190 Ma, l'iilite est moins bien cristallisée avec des δ18O supérieurs qui suggérent des conditions physiques et chimiques de formation différentes pendant le meme épisode hydrothermal. Deux autres générations d'interstratifiés illite/smectite ont cristallisé dans le méme horizon triasique, il y a 150 Ma et 80 Ma environ. Ces phases argileuses qui ont des valeurs en δ18O plus élevées, ont probablement cristallisé à des températures inférieures. Les δ18O des fluides à partir desquels les minéraux ont pu précipier ont été estimés; ils se situent entre +9 et +13.5 ‰ (SMOW).

Un logiciel de diffusion de l'Ar hors des minéraux argileux a été utilisé pour estimer la durée des trois évènements identifiés. Les estimations suggèrent que les épisodes hydrothermaux à 190 et 150 Ma ont été de courte durée, moins d'un million d'années, alors que l'évènement le plus récent semble s'etre poursuivi durant 37 millions d'années. Une comparaison entre les ages K-Ar des différentes générations d'interstratifiés et les rythmes de sédimentation des dépots montre des accélérations nettes des rythmes vers 190 Ma et 150 Ma, alors que vers 80 Ma cette accélération est moins nette. Ces relations permettent d'envisager une origine tectono-hydrothermale liée à des réajustements du socle sous-jacent pour les deux premiers épisodes, le troisième épisode étant probablement d'origine diagénétique.

Type
Research Article
Copyright
Copyright © The Mineralogical Society of Great Britain and Ireland 1995

Access options

Get access to the full version of this content by using one of the access options below. (Log in options will check for institutional or personal access. Content may require purchase if you do not have access.)

References

Aronson, J.L. & Hower, J. (1976) Mechanism of burial metamorphism of argillaceous sediment: 2. Radiogenic argon evidence. Geol. Soc. Amer. Bull. 87, 738–743.Google Scholar
Autran, A., Chiron, J.C., Debeglia, N., Bebrand-Passard, S., Gros, Y., Gros, Y., Jean, F., Labour-Guigne, J., Manivit, J., Masse, C. & Megnien, F. (1985) Synthèse géologiqne du Bassin de Paris, 2, Atlas. Structure tectonique, Carte G2. Mém. B.R.G.M. 102.Google Scholar
Bonhomme, M.G. & Millot, G. (1987) Diagenèse généralisée du Jurassique moyen (170—160 Ma) dans le bassin du Rhône inférieur jusqu'à la bordure des Cévennes (France). Datations K-At d'argiles du Trias et du Lias inféErieur. Comp. Rend._Acad. Sci., Paris, 304, II, 431–434.Google Scholar
Bonhomme, M.G., Bohmann, D. & Besnus, Y. (1983) Reliability of K-Ar dating of clays and silicifications associated with vein mineralizations in Western Europe. Geol. Rdschau. 72, 105–117.Google Scholar
Brunet, M.F. & Le Pichon, X. (1982) Subsidence of the Paris Basin. J. Geophys. Res. 87, B10, 8547–8560.Google Scholar
Demars, C. & Pagel, M. (1993) Fluid inclusion microthermometry on quartz and carbonates characterized by cathodoluminescence in the Keuper reservoir of the Paris basin: higher paleotempera-tures than present ones. EUG VII, 4—8 April, Strasbourg, Terra Abstracts, 1, 648.Google Scholar
Demars, C. & Pagel, M. (1994) Paléotempératures et paléosalinités dans les grès du Keuper du Bassin de Paris: inclusions fluides dans les minéraux authi-gènes. Comp. Rend. Acad. Sci. Paris, 319, II, 427–434.Google Scholar
Ehrenberg, R.A. & Nadeau, P.H. (1989) Formation of diagenetic illite in sandstones of the Garn Formation, Haltenbanken area, mid-Norwegian continental shelfs. Clay Miner. 24, 233–253.Google Scholar
Eslinger, E.V. & Savin, S.M. (1973) Mineralogy and oxygen isotope geochemistry of the hydrothermally altered rocks of the Ohaki Broadlands, New Zealand geothermal area. Am. J. Sci. 273, 240–267.Google Scholar
Gaulier, J.M. & Burrus, J. (1995) Modelling present and past thermal regimes in the Paris Basin. Petroleum implications. In: Hydrocarbon Exploration in France (Mascle, A., editor). Springer Verlag, Heidelberg (in press).Google Scholar
Guilhaumou, N. (1493) Paleotemperatures inferred from fluid inclusions in diagenetic cements: implications for the thermal history of the Paris Basin. Eur. J. Mineral. 5, 1217–1226.Google Scholar
Hamilton, P.J., Kelley, S. & Fallick, A.E. (1989) K-Ar dating of illite in hydrocarbon reservoirs. Clay Miner. 24, 205—213.Google Scholar
Hunziker, J.C., Frey, M., Clauer, N., Dallmeyer, R.D., Friedrichsen, H., Flehmig, W., Hochstrasser, K., Roggwiller, P. & Schwander, H. (1986) The evolution of illite to muscovite: Mineralogical and isotopic data from Glarus Alps, Switzerland. Con-trib. Mineral. Pet. 92, 157–180.Google Scholar
Huon, S., Cornée, J.J., Piqué, A., Rais, N., Clauer, N., Liewlg, N. & Zayane, R. (1993) Mise en évidence au Maroc d'évènements thermiques d'âge triasico-liasique liés à l'ouverture de l'Atlantique. Bull. Soc. géol. France, 164, 165—176.Google Scholar
Kharaka, Y.K. & Thordsen, J.J. (1992) Stable isotope geochemistry and origin of waters in sedimentary basins. Pp. 411—466 in. Isotopic Signatures and Sedimentary Records (Claner, N. & Chaudhuri, S., editors). Lecture Notes in Earth Sciences, 43, Springer Verlag, Heidelberg.Google Scholar
Liewig, N. (1993) Datation isotopique d'illites diagéné-tiques de grès réservoirs à gaz, huile et eau du Nord-Ouest de l'Europe. Implications pétrogénétiques et géodynamiques. Thèse Doc.-es-Sci., Univ. Strasbourg, France.Google Scholar
Liewig, N., Clauer, N. & Sommer, F. (1987a) Rb-Sr and K-Ar dating of clay diagenesis in Jurassic sandstone reservoirs, North Sea. Am. Ass. Petrol. Geol. Bull. 71, 1467–1474.Google Scholar
Liewig, N., Mossmann, J.R. & Clauer, N. (1987b) Datation isotopique K-Ar d'argiles diagénétiques de réservoirs gréseux: mise en évidence d'anomalies thermiques du Lias inférieur en Europe Nord-Occidentale. Comp. Rend. Acad. Sci., Paris, 304, II, 707–712.Google Scholar
Morton, J.P. (1985) Rb/Sr evidence for punctuated illite/ smectite diagenesis in the Oligocene Frio Formation, Texas, Gulf Coast. Geol. Soc. Amer. Bull. 96, 1043–1049.Google Scholar
Mossmann, J.R. (1991) K-Ar dating of authigenic illite-smectite clay material: application to complex mixtures of mixed-layer assemblages. Clay Miner. 26, 189–198.Google Scholar
Mossmann, J.R., Clauer, N. & Liewig, N. (1992) Dating thermal anomalies in sedimentary basins: The diagenetic history of clay minerals in the Triassic sandstones of the Paris Basin (France). Clay Miner. 27,211–226.Google Scholar
O'neil, J.R., Johnson, C.M., White, L.D. & Roedder, E. (1986) The origin of fluids in the salt beds of the Delaware Basin, New Mexico and Texas. Appl. Geochem., 1, 265–271.CrossRefGoogle Scholar
Pagel, M. & Meyer, A. (1991) A fluid inclusion and fission track study in the Sancerre-Crouy deep drill hole. ECROFI XI (abstract), 10–12 April, Florence, Ip.Google Scholar
Perry, E.A. (1974) Diagenesis and the K-Ar dating of shales and clay minerals. Geol. Soc. Amer. Bull. 85, 827–830.2.0.CO;2>CrossRefGoogle Scholar
Perry, E.A. & Hower, J. (1970) Burial diagenesis in Gulf Coast pelitic sediments. Clays Clay Miner. 18, 165–177.Google Scholar
Perry, E.A. & Turekian, K.K. (1974) The effects of diagenesis on the redistribution of strontium isotopes in shales. Geochim. Cosmochim. Acta. 38, 929–935.CrossRefGoogle Scholar
Pomerol, C. (1974) Le Bassin de Paris. In: Géologie de la France. (Debelmas, J., editor) 1. Vieux Massifs et Grands Bassins Sédimentaires, Doin, Paris.Google Scholar
Reynolds, R.C. (1980) Interstratified clay minerals. Pp. 249—303 in: Crystal Structures of Clay Minerals and their X-ray Diffraction Identification. (Brindley, G.W. & Brown, G., editors) Mineralogical Society, London.Google Scholar
Reynolds, R.C. (1985) NEWMOD © a computer program for the calculation of one-dimensional patterns of mixed-layer clays. Reynolds, R. C., 8 Brook Road, Hannover, N.H. 03755, USA.Google Scholar
Ziegler, P.A. (1982) Geological Atlas of Western and Central Europe. The Hague, Shell International Petroleum, Maatschappij B.V.Google Scholar