Géométries et distribution des faciès sédimentaires fluvio-deltaïques et lacustres des gisements uranifères de Mongolie. Impact de l'évolution structurale et évolution séquentielle

Geometry and distribution of fluvio-deltaic and lacustrine sedimentary facies in Mongolian uranium deposits. Impact of structural evolution and sequence evolution

• Auteur / Autrice : Hugo Marek
• Direction : Cédric Carpentier, Raymond Michels
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 17/01/2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources

Mots clés

Mots clés libres

Gisements d'uranium

Structurale

Evolution séquentielle

Mongolie

Uranium deposits

Structural

Sequence evolution

Mongolia

Résumé

Les sous-bassins de Zuunbayan et d'Unegt situés dans le sud-est de la Mongolie renferment les gisements uranifères de type roll front de Zoovch Ovoo et de Dulaan Uul. Ces deux gisements sont situés de part et d'autre de la zone de suture tardi-hercynienne de l'océan Mongol-Okhotsk correspondant à la faille de Zuunbayan (Johnson, 2015). Dans le sous-bassin de Zuunbayan, à Zoovch Ovoo, les systèmes sédimentaires datés du Crétacé supérieur sont fluvio-deltaïques à lacustres et montrent des variations d'épaisseur significatives des niveaux réservoir liées aux géométries progradantes des sables deltaïques (Roger, 2016). En revanche le gisement de Dulaan Uul dans le sous-bassin d'Unegt, est localisé dans des sables fluviatiles de type tresse. Même si les niveaux minéralisés sont de même âge ces deux gisements présentent des géométries et des concentrations en uranium très différentes. Au sein de ces systèmes, des niveaux particuliers ont permis la combinaison du drainage de solutions uranifères avec la présence de phases minérales réductrices et de matière organiques permettant la mise en place des fronts réducteurs biogéochimiques typiques à Zooch Ovoo. Si des études à l'échelle des réservoirs minéralisés existent ponctuellement aussi bien d'un point de vue pétrographique que géochimique (Rallakis, 2019), la compréhension fine des distributions verticales et latérales de faciès reste peu connue alors qu'elle semble avoir contrôlé la mise en place de la minéralisation (Roger, 2016). Dans les systèmes fluvio-deltaïques de type bassin peu profond (Hjulström type sensu Postma, 1990) avec un faible gradient topographique, les variations du niveau de base et du taux de sédimentation engendrent des migrations rapides et sur des grandes distances des ceintures de faciès. Il apparait par conséquent primordial de caractériser de manière fine les géométries, la paléogéographie du bassin à partir notamment de données de paléocourants et d'évolution latérale de faciès, les enchainements verticaux de ces faciès, et l'évolution séquentielle du système au cours du temps. D'un point de vue structural, les données sismiques montrent la présence de structures extensives de type horst et graben d'âge Crétacé inférieur enfouies sous le bassin (Heumann, 2012). Toujours sur la base de données sismiques (Parize, 2010 ; Radouant, 2015) et structurales (Benedicto, 2008 ; Benedicto et al., 2009 ; Belaïd, 2009) après une courte phase d'inversion, la période du Crétacé supérieur semble marquée par une phase de subsidence transtensive liée au jeu senestre de la faille majeure de Zuunbayan (Benedicto et al., 2009 ; Gine Sanchez, 2010). Depuis le Tertiaire une inversion du bassin est à l'origine de la réactivation en failles inverses des principaux accidents. Le timing et la géométrie de cette histoire structurale a pu avoir une importance critique sur le fonctionnement des roll fronts, soit dans le contrôle du dépôt des séries sédimentaires hôtes, soit dans la création de gradients hydrodynamiques à l'origine de la mise en place des roll fronts, ou encore dans la mise en connexion du réservoir minéralisé avec des réservoirs et des fluides plus profonds. A l'affleurement, la présence de discordances sédimentaires au sommet du Crétacé inférieur ainsi que l'activité synsédimentaire de failles décrochantes, laissent par exemple suggérer un contrôle structural local sur la répartition des faciès et des réservoirs au Crétacé supérieur entre Zoovch Ovoo et Dulaan Uul. Cette diversité implique des situations paléo-environnementales contrastées dans l'espace et le temps qui conditionnent les propriétés des réservoirs. Les mises en place des gisements, bien que marquées par les conditions hydrologiques et diagénétiques locales des roll-fronts, répondent ainsi à des contrôles d'ordres paléoenvironnementaux (distributions des faciès perméables, nature et répartition des phases réductrices et de la matière organique), tectoniques et hydrologiques qu'il conviendrait de hiérarchiser à l'échelle de la Mongolie notamment. Ces propriétés sont ensuite affectées par la diagénèse précoce, l'enfouissement et enfin la telogenèse typique à chaque sous-bassin, mais sous contrôle d'une logique tectonique à l'échelle continentale. L'objectif est donc de caractériser d'éventuelles variations latérales de faciès et d'épaisseurs sédimentaires et de comprendre si oui ou non elles ont eu un impact sur la localisation des roll-fronts.

The Zuunbayan and Unegt sub-basins in south-eastern Mongolia host the Zoovch Ovoo and Dulaan Uul roll-front uranium deposits. These two deposits are located on either side of the Late-Hercynian suture zone of the Mongolian-Okhotsk Ocean corresponding to the Zuunbayan fault (Johnson, 2015). In the Zuunbayan sub-basin, at Zoovch Ovoo, the sedimentary systems dated to the Upper Cretaceous are fluvio-deltaic to lacustrine and show significant thickness variations in the reservoir levels linked to the prograding geometries of the deltaic sands (Roger, 2016). In contrast, the Dulaan Uul deposit in the Unegt sub-basin is located in braid-type fluvial sands. Although the mineralised levels are of the same age, these two deposits have very different geometries and uranium concentrations. Within these systems, specific levels have combined the drainage of uranium-bearing solutions with the presence of reducing mineral phases and organic matter, resulting in the biogeochemical reducing fronts typical of Zooch Ovoo. Although studies on the scale of mineralised reservoirs have been carried out on an ad hoc basis from both a petrographic and geochemical point of view (Rallakis, 2019), little is known about the detailed understanding of vertical and lateral facies distributions, which appear to have controlled the development of mineralisation (Roger, 2016). In shallow basin-type fluvio-deltaic systems (Hjulström type sensu Postma, 1990) with a low topographic gradient, variations in base level and sedimentation rate generate rapid migrations of facies belts over long distances. It is therefore essential to characterise the geometry and palaeogeography of the basin in detail, based in particular on palaeocurrent data and the lateral evolution of facies, the vertical sequence of these facies and the sequential evolution of the system over time. From a structural point of view, seismic data show the presence of extensive horst and graben structures of Lower Cretaceous age buried beneath the basin (Heumann, 2012). Again on the basis of seismic data (Parize, 2010; Radouant, 2015) and structural data (Benedicto, 2008; Benedicto et al., 2009; Belaïd, 2009), after a short phase of inversion, the Upper Cretaceous period appears to be marked by a phase of transtensive subsidence linked to the sinister play of the major Zuunbayan fault (Benedicto et al., 2009; Gine Sanchez, 2010). Since the Tertiary, an inversion of the basin has led to the reactivation of the main faults as reverse faults. The timing and geometry of this structural history may have been critical to the operation of the roll fronts, either in controlling the deposition of the host sedimentary series, or in creating the hydrodynamic gradients that set up the roll fronts, or in connecting the mineralised reservoir with deeper reservoirs and fluids. At outcrop, the presence of sedimentary unconformities at the top of the Lower Cretaceous, as well as the synsedimentary activity of strike-slip faults, suggest local structural control over the distribution of facies and reservoirs in the Upper Cretaceous between Zoovch Ovoo and Dulaan Uul.