RESUME DU COURS DE PETROGRAP HIE

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1 RESUME DU COURS DE PETROGRAPHIE SOMMAIRE SOMMAIRE SERIES MAGMATIQUES DES DOMAINES OCEANIQUES ET CONTINENTAUX MAGMATISME INTRAPLAQUE CONTINENTAL PETROLOGIE DES LAVES DANS LES DOMAINES DE SUBDUCTION MAGMATISME EN DOMAINE OCEANIQUE LE METAMORPHISME EVALUATION DES CONDITIONS DE METAMORPHISME LE METAMORPHISME PROGRADE DES PRINCIPALES SEQUENCES LITHOLOGIQUES METAMORPHISME ET GEODYNAMIQUE DEFINITIONS
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  • branche occidentale - branche
  • continentaux magmatisme
  • séries calco
  • déshydratation de la croûte océanique
  • conditions anhydres
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  • arcs
  • arc
Publié le : lundi 26 mars 2012
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RESUME DU COURS DE PETROGRAPHIE




SOMMAIRE


SOMMAIRE

SERIES MAGMATIQUES DES DOMAINES OCEANIQUES ET CONTINENTAUX

MAGMATISME INTRAPLAQUE CONTINENTAL

PETROLOGIE DES LAVES DANS LES DOMAINES DE SUBDUCTION

MAGMATISME EN DOMAINE OCEANIQUE

LE METAMORPHISME

EVALUATION DES CONDITIONS DE METAMORPHISME

LE METAMORPHISME PROGRADE DES PRINCIPALES SEQUENCES LITHOLOGIQUES

METAMORPHISME ET GEODYNAMIQUE

DEFINITIONS

























1 SERIES MAGMATIQUES DES DOMAINES OCEANIQUES ET CONTINENTAUX

I. Diversité des magmas basaltiques

1.1) Composition de la source mantellique

- origine des magmas : source mantellique profonde et hétérogène : sommet de la
LVZ (entre 70 et 120 km ; à 1200 °C)
- les roches ultrabasiques sont composées d’olivine et de pyroxènes auxquels
s’ajoute une phase hydroxylée (OH phlogopite ou pargasite) et une source
alumineuse dont la nature est fonction de la pression :
< 30 km : plagioclases
> 30 et < 75 km : spinelle
> 75 km : grenat
compositions et proportions variées des minéraux

- la pression (donc la profondeur) modifie les structures minérales :
- 400 km (asthénosphère -> manteau sup.) disparition des pyroxènes ;
structure spinelle (orthorhombique) des olivines
- 670 km (manteau sup. -> inf.) structure pérowskite des grenats



ELEMENTS EN TRACES :
- en faibles concentrations, ils sont révélateurs des processus magmatiques :
fusion partielle ou cristallisation fractionnée
- le coefficient de partage Kd (élément dans le cristal/élément dans le magma)
permet de définir deux groupes :
- Kd << 1 éléments incompatibles (avec le réseau cristallin) dont :
- Terres Rares Légères (+ incompatibles)
- Terres Rares Lourdes (- incompatibles)
- Kd >> 1 éléments compatibles

- deux groupes de péridotites :
- péridotites résiduelles (pauvres en incompatibles) HARZBURGITES
et Dunites (issues de plusieurs FP)
- péridotites fertiles (riches en incompatibles) LHERZOLITES
(peu ou pas de FP)

1.2) Modalités de la fusion partielle

- les péridotites fondent dans trois situations différentes, dont deux anhydres :
- les péridotites hydratées fondent, ce qui arrive dans les zones de
subduction : certains minéraux hydroxylés libèrent leur eau sous l’effet du
métamorphisme magmas orogéniques
- les points chauds déplacent le géotherme des océans, permettant la fonte
de péridotites non hydratées (magmatisme alcalin)
- la remontée adiabatique de matériel profond permet également la fonte de
péridotites anhydres (basalte tholéiitique des dorsales)

2 - les modalités de la fusion partielle, variables, répondent généralement au
processus de la fusion partielle fractionnée
- taux de FP faible basaltes riches en éléments incompatibles
- taux de FP élevé basaltes appauvris en éléments incompatibles
la FP appauvrit le manteau en éléments incompatibles

II. Principaux types de basaltes

- variations de la composition des basaltes, au niveau de la minéralogie
- variations de la composition des basaltes, au niveau de la géochimie :
- éléments majeurs :
- variations de silice
- panache point-chaud peu de silice
- dorsales beaucoup de silice (magmas tholéiitiques)
- grandes variations de la teneur en MgO
- éléments en trace :
- basaltes tholéiitiques (dorsales, points-chauds, marges passives) :
- MORB N (Normal) : dorsales océaniques manteau
supérieur appauvri
- MORB E (Enrichi) : source enrichie par le biais d’un point-
chaud ( Islande)
- basaltes alcalins (intraplaque, continental et océanique) : sources
profondes (panache point-chaud) enrichissement en
incompatibles
- basaltes orogéniques (subduction) : trois types :
- tholéiite d’arc : appauvri
- basalte calco-alcalin : enrichi
- basalte shoshonitique : enrichi
- isotopes radiogéniques : permettent de cerner le rôle d’une contamination
géochimique sédimentaire des magmas basaltiques





3 MAGMATISME INTRAPLAQUE CONTINENTAL

- 3% du magmatisme
- traduction des mouvements distensifs de la croûte continentale
-deux types de roches : séries alcalines et tholéiitiques

I. La province alcaline du massif central (Eocène Quaternaire)

- trois différents types de volcanismes :
- volcanisme ponctuel dispersé : basaltes alcalins ou basanites
- volcanisme fissural ( chaîne volcanique ou plateau basaltique) : produits
différenciés abondants
- volcans centraux : grands édifices (Mont-Dore ; Cantal) de très longue
activité : rhyolites, ignimbrites… (produits riches en Silice)
- matériaux émis :
- magmas basiques (basanites…) riches en Terres Rares Légères (donc en
éléments incompatibles)
- produits différenciés : deux séries de différenciation :
- série de différenciation simple : évolution linéaire des basanites aux
phonolites, ou des basaltes alcalins aux trachytes, en deux étapes :
ère- 1 étape : basalte alcalin dans des chambres magmatiques
de base de croûte, conditions anhydres
ème- 2 étape : migration du magma vers des chambres moins
profondes et hydratées apparition de minéraux hydroxylés
- série de différenciation complexe : dans les volcans centraux
produits acides (trachytes, phonolites, rhyolithes, ignimbrites…)
- les matériaux acides seraient issus de produits de fin de
différenciation (fractionnement de l'amphibole brune)

- quatre types d'enclaves :
- cumulat (association de ferromagnésiens)
- socle acide : granite, gneiss…
- faciès granulite : (HP-HT)
- péridotites

genèse du magmatisme continental :
- Massif central : volcanisme pré-rift puis deux phases différentes :
- enfoncement d'un coin de manteau dans la lithosphère étirement (rifting
passif)
- développement d'un flux asthénosphérique en conséquence rifting actif

II. Le fossé rhénan et ses prolongements (Crétacé Quaternaire)

- importants édifices volcaniques
- magmas alcalins très sous-saturés à faible volume de matériaux émis
- activité tectonique discontinue en raison de la faible expansion du fossé rhénan
- Kaiserstuhl : néphélinites, phonolites et surtout carbonatites issues de la
cristallisation d'un magma riche en fluide et en CO2 liquide coexistant avec un
liquide alcalin (immiscibilité magmatique)

4 III. Les provinces tholéiitiques :

- caractéristiques :
- grande extension géographique : plateaux ou trapps basaltiques
- laves basaltiques très abondantes
- souvent situées sur des marges inactives ; origine directement liée à un
système de panache point-chaud
- exemple : basaltes du bassin du Parana :
- tholéiites émises lors de l'ouverture de l'Atlantique Sud
- tholéiites riches en silice, renfermant des CPX
- les tholéiites continentales sont plus ou moins contaminées par la croûte
continentale

IV. les rifts africains : coexistence série alcaline/tholéiitiques (Tertiaire
Quaternaire)

- rifts implantés sur un large bombement de la lithosphère
- deux branches :
- branche occidentale
- branche orientale : rift du Kenya ( Carbonatites)
- histoire magmatique :
- stade pré-rift (III) : premières laves (trapps d'Ethiopie, basalte tholéiitique)
- stade syn-rift : volcanisme autour des fossés d'effondrement, séries
alcalines
- mise en place des basaltes médio-océaniques (MORB)
rifting actif (la remontée d'un panache bombe la lithosphère)













5 PETROLOGIE DES LAVES DANS LES DOMAINES DE SUBDUCTION

- les zones de convergence se traduisent par un volcanisme très actif
- ces volcans se regroupent au sein de chaînes volcaniques :
- en domaine marin : arc insulaire
- en bordure de continent : marge continentale active

I. Classification et caractéristiques des magmas des zones de subduction
(magmas orogéniques)

- magmas très variés, des basaltes aux rhyolites
- trois séries orogéniques, par K2O croissant :
- série tholéiitique d'arc (pauvre en K2O)
- série calco-alcaline (moyennement riche en K2O)
- série shoshonitique (riche en K2O)
- relation entre la nature des séries orogéniques et la nature des plaques
impliquées dans la subduction :
- plaques uniquement océaniques : laves tholéiitiques (arc des Tanga-
Kermadec)
- plaques essentiellement continentales : laves calco-alcalines voire
shoshonitiques (cordillère des Andes)

a) Caractères pétrographiques

- laves orogéniques souvent très porphyriques, riches en phénocristaux souvent
calciques et zonés
- basaltes et andésites (contenant de l'olivine) + un peu de rhyolite et roches
intermédiaires

b) Caractères géochimiques

- éléments majeurs : relative richesse en silice et en alumine
- éléments en trace :
- basaltes orogéniques appauvris en éléments incompatibles par rapport
aux éléments mis en place dans des zones distensives
- les magmas orogéniques sont enrichis de manière sélective en certains
éléments incompatibles préférentiellement transportés par l'eau (U, Th, La,
Rb, Ba)
- éléments incompatibles insolubles dans les fluides :
- sites distensifs : Th/Ta<1
- sites compressifs : Th/Ta>>1

c) Caractères volcanologiques

- volcanisme fréquemment explosif, matériaux surtout pyroclastiques : cendres,
tufs, brèches volcaniques…
- coulées pyroclastiques acides (ignimbrites)



6 II. Rôle de la subduction dans la genèse des magmas orogéniques

- contraintes imposées :
- profondeur de formation : voisine de 100 km (plan de Benioff)
- laves produites par la fusion partielle :
- d'un solide initial de nature péridotitique
- d'un solide initial de nature basique (croûte océanique
métamorphique)
- présence d'eau au niveau de la zone de fusion partielle
- les magmas basiques doivent subir des mécanismes de différenciation
- deux modèles différents expliquent l'origine des magmas orogéniques :
- fusion partielle du manteau situé au dessus de la lithosphère subduite, les
magmas montent vers la surface en subissant deux processus principaux :
- phénomènes de contamination
- phénomènes de différenciation par cristallisation fractionnée +
assimilation dans la chambre magmatique (mécanisme AFC)
- fusion partielle de la lithosphère subduite magmas adakitiques

III. Variations spatiales du volcanisme dans les zones de subduction

- variations transversales des séries orogéniques dans les arcs larges :
augmentation progressive des éléments incompatibles en s'éloignant de la fosse
- exemple : passage de tholéites d'arc près de la fosse à des séries calco-
alcalines puis shoshonitiques au cours de l'éloignement
- explications :
- nature de la source mantellique métasomatisée soumise à la fusion
partielle:
- appauvrie série tholéiitique d'arc
- plus ou moins enrichies série calco-alcaline
- enrichie série shoshonitique
- rôle des sédiments subduqués : peuvent contaminer les magmas
orogéniques
- rôle de la phlogopite : la phlogopite renferme du K2O
deuxième arc appartenant à la série shoshonitique (effet phlogopite)


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IV. Arc insulaire des Petites Antilles

- arc de 850 km de long résultant de la subduction vers l'Ouest du plancher
atlantique sous la plaque caraïbe

a) Cadre géodynamique

- d'Ouest en Est :
- bassin du Venezuela
- paléo ride inactive
- arc volcanique des Petites Antilles
- bassin avant-arc
- prisme d'accrétion (de la Barbade)
- plancher océanique (ridé)

b) Cadre géophysique

- faible sismicité liée :
- à la subduction de la plaque atlantique
- à l'activité magmatique

c) Deux arcs volcaniques principaux

- l'arc externe (ou ancien) : à l'Ouest, formé entre 50 et 30 Ma
- l'arc interne (ou récent) : à l'Est, suite à une reprise de la subduction
- l'activité volcanique sous-marine est entrecoupée de périodes de
sédimentation carbonatée arc intermédiaire

les deux arcs convergent l'un vers l'autre

d) Exemple de la Martinique

- trois ensembles volcaniques :
- l'arc ancien (Est et Sud-Est) : laves calco-alcalines aériennes mises en
place avant que ne cesse l'activité de l'arc
- l'arc intermédiaire (centre et Sud) : activité sous-marine (tholéiite d'arc)
puis aérienne (calco-alcaline)
- l'arc actuel : activité aérienne, produits calco-alcalins
- on considère que l'arc récent correspond aux arcs récent et actuel

e) Evolution pétrologique des laves de la Martinique

- les laves tholéiitiques apparaissent précocement en contexte sous-marin et sont
dominées par les basaltes
- les laves calco-alcalines apparaissent plus tardivement en contexte aérien et
sont dominées par des matériaux andésitiques et dacitiques

- les variations minéralogiques sont liées à des variations de teneur en fluides (les
magmas tholéiitiques sont plus pauvres en fluides que les magmas calco-alcalins)
8 - les séries tholéiitiques sont pauvres en Terres Rares Légères, les séries calco-
alcalines sont riches en Terres Rares Légères
- dans les deux séries, faibles concentrations en Ta et Nb caractéristiques des
magmas des zones de subduction
- nombreuses variations des concentrations en éléments incompatibles dues à
des mécanismes de :
- mélange magmatique : injection de magma basique dans une chambre
entraînant une réaction en chaîne
- contamination : des sédiments sont entraînés le long du plan de
subduction

f) Modèle pétrogénétique retenu

- origine des séries tholéiitiques : fusion partielle du manteau appauvri de la
plaque supérieure déclenchée par la déshydratation de la croûte océanique
subduquée
- origine des séries calco-alcalines : fusion partielle du manteau métasomatisé de
la plaque supérieure sous l'effet des sédiments subduqués

- rôle des sédiments subduqués :
- rôle de métasomatose du manteau
- rôle direct sur l'activité du volcanisme : les sédiments rabotés influencent
le volcanisme

g) Conclusion

- reconstitution de l'évolution géodynamique de l'arc antillais en trois étapes :
ère- 1 étape (55 34 Ma) : volcanisme de l'arc ancien (subduction
volcanisme tholéiitique puis calco-alcalin)
ème - 2 étape (34 20 Ma) : blocage mécanique de la subduction
ème- 3 étape (20 0 Ma) : la subduction et le volcanisme reprennent,
formation d'un arc tholéiitique puis calco-alcalin


















9 MAGMATISME EN DOMAINE OCEANIQUE

- essentiellement au niveau des dorsales mais aussi parfois en plein domaine
océanique

I. Dorsales océaniques, comparaison avec les complexes ophiolitiques

1) Dorsales rapides et dorsales lentes : deux catégories de lithosphère
océanique

- couche océanique stratifiée :
- couche sédimentaire
- basaltes en coussin et complexe filonien
- gabbros
- péridotites du manteau
- différence entre le Moho pétrologique et le Moho sismique (front de
serpentinisation), plus profond

a) Dorsales rapides (type est pacifique)

- caractéristiques :
- pas de rift axial mais un bombement lithosphérique
- dorsales chaudes et épaisses
- nombreux basaltes et gabbros reposant sur des péridotites dominée par
des Harzburgites Ophiolites de type HOT (plus la dorsale est rapide, plus
le taux de fusion partielle est élevé)
- structure :
- dorsales segmentées, deux types de segments :
er - de 1 ordre : grandes failles transformantes
ème- de 2 ordre : rejets d'axe avec petits relais se recouvrant
partiellement : Overlapping Spreading Center discontinuités non
rigides et temporaires correspondant à des faibles taux d'accrétion

b) Dorsales lentes (type médio Atlantique)

- caractéristiques :
- rift bien marqué
- dorsales froides et peu épaisses
- croûte pauvre en gabbros et basaltes ( diminution du taux de FP),
reposant sur des péridotites dominées par les Lherzolites type Lherzolite
Ophiolite Type
- structure : trois catégories de croûte océanique (océan Atlantique) dont la
répatition s'explique par la segmentation de la croûte océanique (grandes failles
transformantes et discontinuités peu tranchées séparant des petits segments) :
- type MR : riche en magma : croûte épaisse, complexe filonien de
dolérites, gabbros et basaltes abondants (mise en évidence au niveau de
failles transformantes VEMA)
- type intermédiaire : croûte mince, peu de gabbros et basaltes, pas de
complexe filonien (observable au niveau de la faille transformante de Kane :
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