Sedimentology and chemostratigraphy of the Bwipe Neoproterozoic cap dolostones (Ghana, Volta Basin): A record of microbial activity in a peritidal environment

Neoproterozoic glacial and post-glacial sediments from the Volta Basin (West Africa) form a stratigraphic ‘Triad’ of tillites, carbonates and cherts. The carbonates that cap the tillites were studied in detail at Bwipe (Ghana), in the western part of the basin. They are made of finely-laminated dolostones with well-preserved sedimentary features, suggesting that dolomite formation was penecontemporaneous of deposition in a warm, arid peritidal environment, with microbial activity. Rare-earth element distribution display seawater-like patterns. Redox-sensitive trace elements indicate suboxic conditions. High Ba/Al ratios can be related to high organic productivity. δ13C values are nearly constant at −3.7‰ and δ18OPDB are about −6‰. 87Sr/86Sr ratios range between 0.7061 and 0.7073. The δ13C signatures are nearly similar to those of coeval cap dolostones from the northern part of the Basin. The dolostones change upwards to limestones with secondary textures, as well as more negative δ13C and higher 87Sr/86Sr ratio. Therefore, only the dolostones witness the post-glacial conditions in seawater. It is proposed that, due to a bloom of microbial productivity following ice thaw, organic matter likely accumulated at the water–sediment interface and was consumed by sulphate-reducing bacteria, leading to the precipitation of δ13C-negative dolomite. This microbially mediated model is supported by present-day field evidence from hypersaline lagoons in Brazil and by previously published culture experiments. It is consistent with the sedimentological and geochemical data from the Ghana cap dolostones and can be applied to other Neoproterozoic cap dolostones worldwide.

RésuméLes sédiments glaciaires et post-glaciaires du bassin des Volta (Afrique occidentale) constituent une Triade formée de tillites, carbonates et silexites. Les cap carbonates qui surmontent directement les tillites ont été étudiés en détail à Bwipe (Ghana), dans l’Ouest du bassin. Ce sont des dolomies finement laminées ayant conservé des caractères sédimentaires primaires, indiquant que la formation de la dolomie est pénécontemporaine du dépôt et s’est produite en conditions péritidales, sous un climat chaud et aride et en présence d’activité microbienne. Les spectres de terres rares sont de type eau de mer. Les teneurs en éléments traces sensibles aux conditions rédox indiquent des conditions suboxiques. La valeur élevée de Ba/Al suggère une productivité élevée. δ13C reste à peu près constant à −3.7‰. δ18OPDB est voisin de −6‰. 87Sr/86Sr varie entre 0,7061 et 0,7073. La signature isotopique en carbone est très voisine de celle des cap dolomies du Nord du bassin. Vers le haut de la série, les dolomies sont remplacées par des calcaires présentant des recristallisations secondaires, des valeurs plus négatives de δ13C et une augmentation de 87Sr/86Sr. Ces signatures isotopiques sont donc considérées comme secondaires. Seules les dolomies de base, non modifiées, sont représentatives des conditions marines post-glaciaires. On propose que, consécutivement à une explosion de productivité microbienne à la fonte des glaces, la matière organique se soit accumulée à l’interface eau–sédiment. La dégradation de la matière organique par des bactéries sulfato-réductrices en conditions anoxiques conduit alors à la précipitation de dolomite appauvrie en 13C. Ce modèle organogénétique s’appuie sur un analogue actuel observé dans des lagunes hypersalées du Brésil et sur des résultats expérimentaux déjà publiés. Il rend compte des données sédimentologiques et géochimiques observées dans les cap dolomies du Ghana et peut s’appliquer à d’autres cap dolomies néoprotérozoïques ailleurs dans le monde.