Carbonate U-Pb dating via LA-ICPMS : insights into chronostratigraphy in lacustrine settings - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2021

Carbonate U-Pb dating via LA-ICPMS : insights into chronostratigraphy in lacustrine settings

Datation au carbonate U-Pb (LA-ICPMS) pour la chronostratigraphie des dépôts lacustres

Damaris Montano
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1178661
  • IdRef : 264590155

Résumé

Lacustrine deposits are extensively investigated because they play a pivotal role as environmental recorders and host valuable economic resources. However, chronostratigraphic reconstructions in these settings are usually hampered by the scarcity of data required to establish the depositional age of the system. The prime objective of this PhD project was examining benefits and limitations of carbonate U-Pb (LA-ICPMS) dating (LAcarb) as new chronostratigraphic tool for lacustrine deposits. The second objective was to investigate the dating potential, in terms of dating success and time resolution, of various carbonate types and mineralogies with the aim to better organize future LAcarb based research. To achieve these goals, depositional (microbialites, ooids, oncoids) and early diagenetic carbonate phases of known absolute age were collected from two lacustrine settings: the Ries Crater basin (Miocene, SW Germany) and the Yacoraite formation (Fm.) from the Salta rift basin (Cretaceous-Paleogene, NW Argentina). A sedimentologic and diagenetic study based on petrography and Oxygen (O) and Carbon (C) stable isotope analysis allowed to select carbonate phases that most possibly preserved the pristine U-Pb geochemical composition and consequently inform on the timing of deposition. In the Ries Crater basin, LAcarb provided accurate ages that allowed chronostratigraphic correlations at a time resolution of the 3rd order stratigraphic sequence (0.5–5Ma). In the framework of the Yacoraite Fm., two depositional age depth model were obtained along a stratigraphic section. One derived from zircon (ash layer) geochronology (maximum depositional age depth model; MDA depth model) and the other from LAcarb (minimum depositional age depth model; MIDA depth model). The two models remarkably overlap and describe the same sedimentation rate dynamic with a time resolution between 0.9 and 2% (2σ). The revised depositional age of the Yacoraite Fm. was then integrated in a chronostratigraphic model merging biostratigraphic, chemostratigraphy and magnetostratigraphy data from literature. Accordingly, the KPg limit was interpreted to be located in the Yacoraite Fm. whereas the two Paleocene-Eocene hyperthermals (Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PETM; early Eocene Climate Optimum, EECO) were identified in the two overlying formations. A statistical analysis was achieved based on the ages of 80 carbonate phases from the Yacoraite Fm. Microbialites provided the lowest dating success (41% ages consistent with the MDA depth model) and age precision (2σ < 10%) in contrast with lacustrine cements that yielded the highest dating success (64% ages consistent with MDA depth model) and age precision (2σ < 3%). Furthermore, calcitic phases usually provided more precise ages than dolomitic phases. The better comprehension of potentialities and limitations of LAcarb acquired in this PhD allowed to propose a workflow to build a robust depositional age depth model in lacustrine settings. Three possible perspective scenarios were introduced: 1) the study of the Ries Crater basin as analogue of paleolakes on Mars; 2) the use of LAcarb to select pristine carbonates for chronostratigraphic studies; and 3) basin scale chronostratigraphic correlations in the Yacoraite Fm.
Les dépôts lacustres font l'objet d'études approfondies car ils sont propices à l’enregistrement des modifications de nombreux facteurs environnementaux (changement climatique, modification du couvert végétal…), et également car ils renferment des ressources en matière première de toute première importance. Cependant, les reconstructions chronostratigraphiques dans ces contextes sont généralement entravées par la rareté des données permettant d’établir l'âge des dépôts de manière continue. L'objectif principal de ce projet de thèse est d'examiner les avantages et les limites de la datation au carbonate U-Pb (LA-ICPMS) (méthode LAcarb) comme un nouvel outil chronostratigraphique pour les dépôts lacustres. Le deuxième objectif est d'étudier plus précisément le potentiel de datation de la méthode en analysant sa capacité à établir un âge avec résolution temporelle pertinente en fonction des différents types de carbonates et de minéralogies. Pour atteindre ces objectifs, plusieurs phases carbonatées (microbialites, ooides, oncoides) et ciments diagenétiques ont été collectés dans deux exemples lacustres fossiles ayant un âge absolu relativement bien établit: le Miocène du bassin du cratère Ries (SW Allemagne) et la formation Yacoraite (Crétacé-Paléogène) du bassin de Salta (NW de l'Argentine). Une étude sédimentologique et diagenétique s’appuyant sur des analyses pétrographiques et des isotopes stables de l’oxygène (O) de du carbone (C), a permis de sélectionner les phases carbonatées les plus précoces. Ce travail a été réalisé afin de maximiser les chances d’avoir préservé la composition géochimique originelle en U-Pb des fluides en présence lors du dépôt. Dans le bassin du cratère Ries, la méthode LAcarb a fourni des âges précis qui ont permis des corrélations chronostratigraphiques à une résolution temporelle de l’ordre de la séquence stratigraphique du 3e ordre (0,5 à 5 Ma). Dans le cadre de la formation Yacoraite, deux modèles d'âge ont été obtenus le long d'une coupe stratigraphique de référence. L'un est dérivé de la géochronologie des zircons extraits des dépôts de cendre volcaniques intercalés dans la formation Yacoraite (modèle d'âge maximum des dépôts; MDA). Le second est dérivé de la méthode LAcarb (modèle d'âge minimum des dépôts; MIDA). Les deux modèles se superposent remarquablement et permettent de décrire une même dynamique des taux de sédimentation avec une résolution temporelle d'environ 0,9 à 2% (2σ). L'âge des dépôts révisé pour la formation Yacoraite a ensuite été intégré dans un modèle chronostratigraphique combinant les données biostratigraphiques, hemiostratigraphiques et magnétostratigraphiques issues de la littérature. La localisation de la limite Crétacé-Paléogène (KPg) a bien été confortée dans la formation Yacoraite. De plus, la révision des âges de la partie sommitale de la formation Yacoraite a également permis de valider la localisation des deux phases hyperthermiques du Paléocène-Éocène (Paleocene-Eocene Thermal Maximum: PETM, et l’optimum climatique de l’Eocène; EECO) dans les deux formations sus-jacentes. Une analyse statistique a ensuite été réalisée sur la base des âges de 80 phases carbonatées de la formation Yacoraite. Les microbialites ont fourni les plus faibles succès en potentiel de datation (41 % d'âges cohérents avec le modèle MDA) ainsi que les plus basses précisions concernant l'âge (2σ <10 %). A l’inverse, les ciments lacustres ont été couronnés des meilleurs potentiels de datation (64 % d'âges cohérents avec le modèle MDA) avec des âges de meilleure précision. De plus, les phases dominées par la calcite ont généralement fourni des âges plus précis que les phases dolomitiques. Les avancées concernant les potentialités et les limites associées à la méthode LAcarb ont ainsi permis de proposer au travers de cette thèse une méthode complète pour construire un modèle d'âge robuste des dépôts en milieu lacustre. Les perspectives de ces travaux sont multiples, avec par exemple [...]
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03828503 , version 1 (25-10-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03828503 , version 1

Citer

Damaris Montano. Carbonate U-Pb dating via LA-ICPMS : insights into chronostratigraphy in lacustrine settings. Earth Sciences. Sorbonne Université, 2021. English. ⟨NNT : 2021SORUS545⟩. ⟨tel-03828503⟩
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