Note explicative du modèle d évolution géodynamique proposé par. LAKHRISSI My Abdessamad en 1996 pour le Massif des Vosges du Sud,

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1 Note explicative du modèle d évolution géodynamique proposé par LAKHRISSI My Abdessamad en 1996 pour le Massif des Vosges du Sud, France à volcanisme dévonodinantien N.B : Pour pouvoir lire cette article vous devez disposer de mon travail de doctorat intitulé : Pétrologie, minéralogie et géochimie du volcanisme Dévonodinatien des Vosges du sud sa place dans le contexte géodynamique Varisque. 1 - L authenticité du caractère orogénique du magmatisme et de celui de sa source : Le fondement de notre modèle est d abord le caractère orogénique de l ensemble du volcanisme. Ce caractère orogénique correspond à un ordre de répartition et de comportement des éléments majeurs, traces et terres rares qu en rencontre dans les magmatismes des zone de subductions ou des zones postdatant des subductions. Cet ordre a été respecté dans le cas de nos faciès des Vosges du sud. Dans ces faciès, Les éléments HFS, tous incompatibles et avec des coefficients de partages voisins lors des processus de la fusion, ont évolué ensemble et se sont comportés à leurs manière habituelle dans les magmas orogéniques et dans le respect de l ordre en question. En effet dans la base théorique de la géochimie d étude des roches endogènes, ces éléments HFS, 1

2 englobent des éléments fortement hygromagmatophiles (H+) qui présentent des coefficients de partages presque égaux et donc un même comportement lors du processus de fusion et englobent également des éléments faiblement hygromagmatophiles (H-) qui eux aussi présentent des coefficients de partages presque égaux et un même comportement lors du processus de fusion. Les rapports de ces éléments, deux à deux c'est-à-dire (H+)/(H+) et (H-)/(H-), dans les liquides basiques primaires sont donc avec les mêmes valeurs que dans leurs sources de genèse. Ces rapports peuvent donc être utilisés pour caractériser ces sources. En ce moment les valeurs des rapports (H+)/(H-) dans ces magmas basiques primaires eux sont très peu différents ou très peu supérieures à leurs valeurs dans les sources de ces magmas. En ce moment, étant donné que ces rapports (H+)/(H-) sont égaux ou analogues ou sont les mêmes, de point de vue de la géochimie comparée, dans tous les Basaltes primaires des zones de subductions et dans les basaltes primaires à caractères de MORB-N ; et sont aussi égaux dans tous ces magmas (à la fois ceux de zones de subduction et les MORB-N). Ceux ci peuvent donc être significatifs d une source de genèse de MORB-N et peuvent donc être utilisés pour caractériser cette source. La même chose peut être faite pour les magmas des contextes intraplaques. Les éléments LFS à ce titre à la fois ceux H+ et ceux H- sont non trop discriminants quant à la source du magmatisme, car ils sont affectés par la composante de la subduction à la source et par l assimilation et la contamination crustale lors de la différentiation (A savoir que les conclusions 2

3 sont controversées ou non encore tranchées, d une manière définitive, au sujet des terres rares et du Thorium et de l Uranium, considérés tous non mobiles par certaines auteurs et très peu mobiles par d autres). Ainsi comme nous travaillons sur des roches basiques, et comme l ensemble de ces éléments HFS sont immobiles et manifestent, selon ce qui a été présenté ci-dessus, un comportement cohérent (se diluent ensemble et se concentrent ensemble et dans le même ordre dans les magmas basique c est-à-dire en dehors de la différenciation), cela signifie que leurs rapports sont correct et ne sont pas modifié depuis leurs genèse. Cet ordre et cette répartition sont ceux qu ils présentaient à la source et ces rapports sont donc ceux qu ils présentaient entre eux dans cette source. Les rapports calculés entre ses éléments HFS, deux à deux à l image des diagrammes binaires publiés par Wilson en 1994 ou même leurs rapports entre eux trois à trois à l exemple de ceux sur le quel sont fondés les diagrammes de caractérisation triangulaires ou ternaires de Pearce et de Meschede, associés aux rapports de Titane/Vanadium utilisés pour typer les sources des magmas, aussi les diagrammes des éléments majeurs de Besson et Fonteill et ceux de Cabanis et le résultat de l analyse discriminante statistique de Pearce, montrent tous que ces magmas ne sont pas les mêmes ou ne sont pas analogues à ceux des contextes intraplaques anorogéniques (notamment les tholéiites continentales). Les rapports cités sont analogues ou égaux à ceux de MORB-N alors que les positions occupées sur les diagrammes en question sont ceux des magmatismes 3

4 orogéniques des zones de subduction ou des zones postdatant ces dernières. Ce caractère de MORB-N présenté habituellement par les magmas orogéniques et ici par les faciès des Vosges du Sud est celui de leur source qui est donc de MORB-N. Ces données associées au découplage des éléments HFS avec les éléments LFS et terres rares (Rapports entre éléments HFS et LFS ou terres rares) ainsi que les comportements et teneurs brutes des éléments de transition, montre que cette source est orogénique de zones de subductions ou de zone postdatant ces dernières et que celle-ci et les magmas qui en proviennent ne peuvent en aucun cas être intraplaques. Ce qui écarte le caractère de tholéiites continentales associé à une assimilation de matériels continentale que l on pouvait proposer pour ces roches. Cette déduction peut également être faite à partir de la considération de la source du magmatisme qui est la même pour l ensemble des faciès des unités I et II. Celle-ci est orogénique de MORB-N pour les roches spilitisées de l unité I dont la chimie ne supporte pas des phénomènes d assimilation et permettant ainsi d écarter quant à leurs caractère toute correspondance ou analogie avec les tholéiites intraplaques. Cette source qui n est donc pas intraplaque est la même pour les faciès de l unité II et exclue pour ces derniers tous caractère intraplaque. Ces faciès de l unité II, compte parmi eux les gabbros d Ermensbach, qui vue leurs positions sur les diagrammes K2O/SiO2 et K2O+Na2O/SiO2 ainsi que sur celui Rb/Y-Nb/Y, ne supportent pas de phénomènes d assimilation. Ce Gabbros qui n a donc pas assimilé est subalcalin calcoalcalin orogénique et il est le terme le moins différencié de la 4

5 série des roches de l unité II et des faciès associés de l ensemble des porphyres trachyandésitiques et trachytes de l unité III. Ceci permet ainsi d écarter pour cette série sans aucune doute toute caractère de tholeiites intraplaques pouvant être associées à de l assimilation de matériel continentale. Les indices de différentiations tel Zr/TiO2 et les teneurs en éléments de transitions ainsi que le fer et le magnésium montrent tous que les gabbros d Ermensbach, les basaltes andésitiques ainsi que les andésites de l unité II sont évoluées et différentiées à partir de magmas primaires qu on ne rencontre pas dans le massif. Les faciès de l unité II sont donc évolués et les basaltes andésitiques et andésites sont bien des termes évolués intermédiaires basiques. D où si l on déplie les spectres élargies normalisées au MORB-N (Pearce, 1982) de ces faciès on enlevant la partie ou les quantités ajoutées par la contamination et puis on enlevant la partie ajoutée par la différentiation (ces deux processus se superposent, et le trend d évolution du potassium en fonction de la silice est presque vertical annonçant l ajout du potassium par l assimilation grande variation de K2O pour des teneurs presque constant ou pour une faible variation du SiO2, si la différenciation opérait seule ou s elle est dominante les trends devraient être obliques) et par le faible degré de fusion partielle, on obtient des spectres de MORB-N et non pas des spectres de roches intraplaques (tholéiites continentales et basaltes alcalins continentales). Ce résultat en lui-même n est pas correct car on n a pas affaire à des MORB-N. Ces derniers ne se 5

6 différencient pas et n assimilent pas. Ceci étant, lorsqu on déplie nos spectres après avoir annuler l effet de l assimilation en augmentant nos teneurs en HFS et en diminuant ceux en LFS on doit après cela diminuer beaucoup les teneurs des éléments hygromagmatophiles notamment les HFS pour annuler l effet de la différenciation. D où le résultat du dépliement sera un spectre de basaltes primaires orogéniques calcoalcalins. Si l on déplie encore ce spectre, en enlevant la quantité due à l effet de la composante de la subduction c est-à-dire la partie due à l enrichissement de la source par la subduction avant la genèse de ces liquides primaires (Augmenter les HFS et diminuer les LFS), on obtient un spectre plat de MORB-N, puis en enlevant l effet du relativement faible degré de fusion partielle et cela en diminuant les teneurs de l ensemble des éléments LFS et HFS et en augmentant relativement les teneurs des éléments de transition (c'est-à-dire faire évoluer la composition du liquide jusqu à la fusion totale), on obtient la composition et la distribution des éléments chimiques dans cette source. Ce résultat est cette fois correct et la composition et la nature de la source obtenue sont ainsi celles de la source des MORB-N, aussi le liquide primaire qui a produit les gabbros d Ermensbach et les faciès andésitique (au sens large) de l unité II est ainsi calcoalcalin. Ces résultats peuvent être suivis et observés on considérant les positions des basaltes primaires de ces roches, sur les diagrammes Th/Yb en fonction du Ta/Yb ou celui du Th/Y en fonction du Ta/Y (Lakhrissi, 1996). Ainsi on ne peut donc pas dire, surtout lorsqu on considére le potassium et le Ribidium, que ces roches sont des basaltes subalcalins 6

7 intraplaques qui ont assimilés du matériel continentale (le caractère alcalin étant exclu par les valeurs subalcalines de l indice d alcalinité de winchester et Floyd Y/Nb ). 2 Géodynamique et pétrogenèse des laves des unités II et III : A -Cas de l interruption du contexte de subduction et d installation de celui de la collision : Le potassium a subit une augmentation de sa teneur dans les faciès andésitiques de l unité II après les gabbros d Ermensbach. Les gabbros ont cristallisé dans leurs interstices des biotites et des apatites significatives de petites concentrations locales du potassium et du phosphore dans les dernières gouttes de liquide gabbroïque c est-à-dire les points eutectiques ou points du dernier stade de la cristallisation du liquide gabbroïque. Le potassium et le Rubidium dans les autres faciès de cette unité, autres que les gabbros, viennent de l hybridation et l assimilation des liquides d origine crustale. En effet cette série lors de la production des andésites a connu un ajout important du potassium d origine crustale (une sorte de métasomatose potassique) qui a augmenté le potassium et les éléments traces mobiles surtout le rubidium. Ces teneurs en potassium, associées à l effet plagioclase (ces roches sont avec un indice de porphyrisme élevé représenté essentiellement par les phénocristaux du plagioclases) qui se 7

8 traduit par : «des teneurs élevées en Al2O3 (celles-ci sont augmentées de l ordre de 3% par rapport à la normale), des teneurs élevées en CaO (une partie de ces dernières est remplacée par des teneurs en Na2O par suite de l albitisation) et par des teneurs élevées en Na2O», en effet ces deux processus (l assimilation du potassium et l effet du plagioclase) ont dilué les teneurs en silice de ces termes andésitiques. Cet effet à fait que ces roches occupent le domaine alcalin sur le diagramme alcalins/silice et sur celui de winchester et Floyd fondé sur la silice. Ainsi ces roches dans l ensemble des diagrammes non fondés sur la silice, surtout ceux avec l indice d alcalinité Nb/Y et celui de différentiation Zr/TiO2 de winchester et Floyd, occupent les positions d andésites sens stricte subalcalines alors que sur celui avec SiO2 elles se trouvent décalées vers le domaine alcalins, en ce moment, si l on corrige la dilution de la silice en l augmentant et les augmentations du «potassium, de Al2O3, de CaO et de Na2O» en les diminuants, ces roches andésitiques retrouvent leurs vraies positions et places d andésites subalcalines typiques et manifestent une compatibilité de caractères sur l ensemble des diagrammes. Le magma qui a livré les andésites aurait causé l anatexie des formations continentales de la base de la croute ou de la limite croute - manteau, qu il a chauffé (Celles-ci sont supposé être des granulites anhydres). Nomenclature des faciès de l unité III : l unité III englobe deux ensembles ou deux séries évoluées, la première avec des termes qualifiés de 8

9 trachyandésites peu porphyriques évoluant vers des rhyodacites et la seconde avec des termes qualifiés de trachyandésites porhyriques dénommés porphyres évoluant vers des trachytes cette deuxième série et issue des faciès andésitiques de l unité II. Les faciès de la première série sont liés à ces andésites de l unité II indirectement par un processus de mélange. Nous reviendrons sur ce problème plus loin dans cette note. En ce moment les deux séries sont shoshonitiques et ses appellations de trachyandésites des termes les moins évolués de ces séries sont retenues par une correspondance entre les données de la pétrographie et les diagrammes de Winschester et Floyd ainsi qu avec leurs positions sur les diagrammes faisant intervenir la somme des alcalins K2O+Na2O tel le diagramme de Kox et celui de Dela Roche. En ce moment l ensemble de ces diagrammes ne sont pas conçus pour les séries alcalines potassiques et hautement potassiques notamment les séries shoshonitiques et celles leucititiques orogéniques et anorogéniques. Les positions des termes de ces séries alcalines potassiques ne figurent pas sur ces diagrammes, ces derniers comportent par contre les positions des termes des séries alcalines sodiques. En ce moment si l on doit lire les positions des termes trachyandésitiques de ces séries de l unité III sur ces diagramme des séries potassiques notamment les diagrammes K2O/SiO2 de Kuno et celui de pécerillo et Taylor et si l on fait une correspondance avec le caractère chimique shoshonitique et pétrographiques des faciès les moins évolués de ces séries : Il s agit en effet de phénocristaux de pyroxènes et de 9

10 plagioclases + péridots et amphiboles et de Fk dans le mode de ceux les plus basiques ce qui fait d eux des «shoshonites» puis ceux peu évolués à phénocristaux de plagioclases + pyroxènes + olivines + Fk + Amphiboles puis + des biotites ce qui fait d eux des «banakites». Ce pendant ces faciès de l unité III, à caractères de shoshonites et de banakites, ne sont pas des termes ou différenciats ultimes de cette série. Cela annonce que ceux-ci ne sont pas des vraies résidents de ces classes des shoshonites et banakites (celles-ci sont les termes extrêmes ou les plus différenciés de la série shoshonitique il n y a pas d autres termes après eux dans l évolution), d où ces termes de l unité III sont donc passager ou de passage seulement par ces classes et doivent encore évoluer vers des trachytes pour les porphyres et vers des rhyodacites pour les trachyandésites peu porphyriques. Donc ces caractères de «shoshonites et banakites» présentés par ces faciès n est pas vrai ou n est pas réel ou n est pas correct même. Ainsi, pour ne pas perdre de vue le caractère des diagrammes de Winschester et Floyd fondé sur la base des éléments HFS Inertes ou non mobiles ou non sensibles aux phénomènes secondaires et le caractères des autres diagrammes cités ci-dessus et aussi le caractère pétrographique, on utilisera donc l appellation de «trachyandésites» qui est mieux et plus correcte. 10

11 Une proposition : Les magmas anatectiques produits par les faciès de l unité II, se serraient mélangés aux andésites de cette l unité au niveau de la transition andésite - porphyres et la composante hybride de ce mélange de magmas aurait livré les magmas trachyandésitiques et rhyodacitiques de l unité III de composition tonalitique. Il n y a pas d autres magmas mantéllodérivés à cet âge (base du viséen supérieur) dans le massif que ceux de l unité II et leurs équivalents plutoniques (à part aussi bien sur ceux de l unité I d âge dévonien terminal - viséen inférieur), et on ne va pas imaginer l existence de magmas mantéllodérivés non affleurant, ou perdues, par tous leurs termes à la fois plutoniques et effusifs ainsi que ceux mêmes volcano-sédimentaires. Parenthèse : A noter que jusqu ici la proposition de la dérive de ces roches de l unité III à partir des magmas de l unité I, n a pas été définitivement écarté. En effet des âges du viséen inférieur terminal viséen supérieur infra-basal sont de temps à autre enregistrés pour ces faciès (notamment par Schaltteger et al, 1996), aussi les Cpx de ces faciès englobent des cpx tholéiitiques et des cpx de volcanisme potassique dans une même roche, des Fk poeceletiques se rencontrent dans l ensemble des facies à la fois les lamprophyres, ces trachyandésites et les granites des crêtes et ceux des ballons ; aussi une similitude de caractères pétrographiques existe entre d une part les dacites - les ingnimbrites de l unité I, tous amarantes, sous aquatiques ou marines et métamorphisées par le granite des ballons, et les faciès trachyandésiqtiques peu porphyriques de l unité III et les ingnimbrites 11

12 qui leurs sont associées d autre part, reportées être continentales et métamorphisées en partie eux aussi par ce même granite. Sur le terrain les lamprophyres calcoalcalines affleurent ou sont intrusives dans les faciès de la série d Oderen en association au faciès rhyolitiques de l unité I dans la forêt Saint Maurice et doivent se rencontrer avec ces faciès (de l unité III) du Molkenrein à l EST ou du côté EST de la ville de THANN. Ces analogies et ses traits communs, laissent ainsi ouverte une hypothèse que ces trachyandésites peu porphyriques et ces ingnimbrites rhyodacitiques de l unité III, serraient les magmas intermédiaires du Daly-gap ou de la lacune des faciès de l unité I (hydratés) qui se serraient mélangé à un magmas crustal qui aura livrer aussi les lamprophyres potassiques calcoalcalines. Ceci étant, Nous allons tenter d éliminer cette hypothèse plus loin dans cette note. FIN DE LA PARENTHESE. Les magmas de l unité II et ceux de l unité III ont continué à évoluer en subissant une augmentation du potassium, de Al2O3, de CaO et de Na2O par différentiation et du potassium depuis la croute par assimilation, ce qui leur a permet d acquérir un caractère de magmatisme potassique du type troisième groupe de Foley. Selon la classification des roches potassiques, le volcanisme de ce groupe englobe des faciès orogéniques allant des trachybasaltes jusqu aux trachytes (présentant également un enrichissement en potassium est une dilution des teneurs en silice qu on attribuaient à leurs genèse à partir d une source à phlogopite et à l intervention de fluides riche 12

13 en CO2), ce qui est également le cas de nos roches orogéniques de l unité II (potassique, riche en carbonates secondaires, et présentant des teneurs diluées en silice) et leurs termes évolués orogéniques englobés dans l unité III, caractérisés tous par l installation d un caractère trachytique. En effet ces déductions faites au sujet de la source et des fluides, des équivalents potassique de ce groupe de Foley, auraient pu être faites également pour nos roches mais cela ne peut être vrais que si la série n englobait pas les gabbros d Ermensbach, qui eux sont non potassique et n ont pas assimilés de matériels continentale, et présentent un effet du plagioclase modeste. Cependant les gabbros en question sont bien les termes les moins évolués de cette série ce qui pousse à déduire que dans le cas de notre série ces caractères sont seulement acquits secondairement. Le volcanisme de l ensemble des trachyandésites peu porphyriques et des rhyodacites de l unité III, est le résultat du mélange d un magmas basique mantéllodérivé et d un magmas acide d origine crustal probablement produit par chauffage et fusion due à l ascension et la mise en place des magmas de l unité II, il peut aussi être, s il n y a pas de contrainte d âge, produit par anatexie due à l ajout d eau et à l augmentation du flux thermique aux formations de la limite «base de la croute - manteau supérieur», cette eau provient de la déshydratation de la source, lors de son enfoncement isostatique pendant la collision Varisque, qui serrai montée jusqu à ce niveau, mais dans ce cas de figure le magmas résultant doit probablement être antérieure ou contemporaine à l unité II. 13

14 Ces conclusions sont compatibles avec les propositions de genèse faites au sujet de cette série par Lakhrissi en Cependant pour expliquer la grande quantité des magmas produits comparée à la petite quantité de celles des roches basiques de l unité II, on doit envisager l existence d un batholites gabbroïque à dioritique sous les formations de cette partie du massif. Dans le cas contraire, le liquide anatectique puiserait la source de sa genèse dans les augmentations de pression par charriage lors de la collision, du flux thermique et de l eau citées en provenance du manteau. Dans les trachyandésites peu porphyriques et les rhyodacites associées, on note l absence de l effet du plagioclase (cité dans la série de l unité II et notamment dans les porphyres et trachytes), ceux-ci sont par opposition aux faciès de «l unité II porphyres et trachytes» avec un indice de coloration élevé, et un indice de porphyrisme relativement moins élevé. Ainsi l augmentation du potassium dans ce magma (résultant du mélange cité) et le déséquilibre produit lors du mélange ont causé une déstabilisation des amphiboles au profit des micas noirs du type phlogopites (à noter que le trend d évolution K2O en fonction du SiO2 est resté oblique c'est-à-dire que la différenciation l emporte sur l assimilation et grande quantité des teneurs en potassium à ce niveau sont donc juvéniles. Cela bien sur sans pouvoir savoir ce qui s est passé dans les termes basiques s ils existent car la genèse par le mélange supposé des magmas ne permet pas de prévoir des termes basique autres que des compositions tonalitiques en principe). 14

15 Aussi à ne pas négliger que cette déstabilisation des amphiboles et cette cristallisation des phlogopites (pôle magnésien des micas noires) n est pas synonymes seulement d anomalie en potassium mais aussi en magnésium. Donc soit cette amphibole est plus magnésien soit le déséquilibre du mélange a produit des dissolution des péridots et des Cpx (fréquences d individus a habitus elliptique) qui à enrichit le liquide également en magnésium. Ceci étant, on a ainsi assisté par la suite de ce mélange à une installation d un caractère kersantitique ou plutôt lamprophyrique orogénique (abondance des amphiboles, des micas noirs «celles-ci sont tous des phlogopites» et des mégacristaux de FK poeceletiques, péridots etc ) qui serait aussi probablement à l origine des lamprophyres (minettes ou vosegettes des Vosges). Ce caractère lamprophyrique place le volcanisme de cette série parmi le volcanisme potassique du type lamprophyrique des contextes orogéniques notamment les contextes d arcs matures, ceux collisionnelles et ceux post-orogéniques ou post-collisionneles. Ce pendant ce caractère parait avec une certaine clarté depuis les termes les plus évolués du faciès des trachyandésites peu pophyriques à l exemple de celui du site de la vierge d Alsace et autres, riches en phlogopites, (les faciès les plus basiques de ces trachyandésites peu porphyriques à l exemple de celui du site du Ruthemtal et autres, ne présentent pas de micas noirs dans leurs faciès pétrographiques mais ils contient des amphiboles et du FK ). Ces faciès contiennent aussi du quartz xénomorphes limpide à golfes de 15

16 corrosion et à auréoles de dissolution et des fantômes d olivine (pouvant être de la fayalite) certaine fois dans une même roche. Nous retrouvons ainsi ici pour cette série une convergence des idées notamment avec celle reportées, par Bébien, André, Gagny, Pagel et Letterrier, au sujet des équivalents plutoniques que sont les monzonites et les monzogranites des ballons. Cette série classée comme orogénique calco-alcaline très potassique est shoshonitique. Ses termes basiques sont absents jusqu ici. Et les valeurs des rapports des éléments HFS sont faibles, les spectres élargies prévoit une légères composante intraplaque qui n a jusqu ici pas de signification si ces termes sont évolués, car elle sera dû seulement à la différenciation ou au degré d évolution des faciès. Les teneurs en Silice eux restent dilués dans l ensemble mais pas par le potassium à ce niveau de l évolution, et puis à la fois les teneurs des éléments de transition (notamment le Ni et le Cr) et ceux mafiques sont relativement élevées. Ces données n auraient de l intérêt que si l on doit supposer une autre hypothèse de genèse mantéllique associée à de l assimilation crustale. Les arguments de la dérive par ce mélange sont de point de vue minéralogique, l ensemble des figure d instabilités, les nids de pyroxènes typiques des mélanges avec des magmas issuent de l anatexie des granulites, les différentes générations de pyroxènes dans chaque même échantillon de trachyandésites, les mégacristaux de FK et d apatite, Les fantômes ou pseudomorphes serpentinisés de péridots, les sites de 16

17 pseudomorphose de l amphiboles, la couleur amarante des faciès annonçant leur oxydation et hématitisation, les mésostases microlitiques combinant un pilotaxisme avec du FK peuvant être décrit comme poecelitique et les FK résorbés et squelettiques. La présence de quartz xénomorphes limpide à auréoles de dissolution et des fantômes d olivine (d aspects rougeâtres brulés à vermiculite) dans une même roche trachyandésitique. Chimiquement la présence d anomalie en Baryum qui est un caractère typique continentale, le caractère chromifère de Cpx à affinités à la fois tholéiitique et orogéniques potassiques, aussi ces roches acides intermédiaires présentent en même temps des teneurs relativement élevée en silice, potassium, magnésium et en éléments de transition surtout le Ni et le Cr. Les caractères des faciès de l unité II (à caractère induits de trachybasaltes et andésitique s.l réellement) et ceux de l unité III à la fois les trachyandésites peu porphyriques, évoluant vers les rhyodacites, et les trachyandésites à caractères de porhyres, évoluant vers les trachytes, rappellent dans l ensemble ceux des roches du volcanisme potassique des champs phlégriennes d Italie à la fois celles de Vulsini et celles de la province Romaine. Les termes de ces unités II et III présentent un couplage de caractères pétrographiques des roches des rifts continentaux et de caractères chimiques des magmatismes des zones orogéniques des zones de subduction et de collision. 17

18 Les laves de l unité II est les gabbros d Ermensbach associés expriment quant à leur chimie de roche totale une augmentation modérée des teneurs en Fer, Titane et Vanadium avec la différentiation incompatible avec leur évolution et leur caractère calco-alcalin orogénique potassique. Ceci est exprimé également par la chimie de leurs clinopyroxènes, ce qui soutient donc que ce caractère est réel et qu il ne s agit pas d un artéfact des analyses chimiques. En effet ces Cpx expriment des teneurs en Titane et en Fer qui sont faibles et qui n atteignent pas ceux élevées des faciès alcalins, elles sont en ce moment intermédiaires entre ceux tholéiitiques orogénique de l unité I et ceux des magmas alcalins de la littérature et ils sont de ce fait calcoalcalins et présentent une augmentation avec la différentiation. Aussi d un point de vue Pétrographique ce caractère est exprimé dans ces faciès par la presque absence d opaques (ces derniers ne sont représentés que par de rares minuscules granules de titanomagnétite) et de minéraux hydratés telle l amphibole, qui sont des phases dont la présence dans les magmatismes orogéniques calcoalcalins est obligatoire. Ceci permet de tirer la conclusion que ce magmas est presque anhydre et qu il est ainsi issue d une source orogénique présentant très peu voir une absence totale d eau. Donc pas ou très peu d eau à la fois lors de la genèse et de la cristallisation de ce magma. On note aussi l absence d une autre phase dont la présence est également importante, il s agit de l Ortopyroxène. Son absence signifie pour ces magmas une genèse et une évolution sous une faible pression 18

19 lithosphérique. Cela est affirmativement exprimé par leurs Clinopyroxènes qui sont de faibles pressions lithostatiques. Ces caractères sont en effet des caractères de la source de ces magmas. Cette dernière reportée être à caractère de MORB-N par Lakhrissi en 1996, est donc mantellique anhydre et orogénique. L'amphibole qu on ne rencontre pas à l échelle de la lave ou de l échantillon est donc absente de cette source orogénique, le découplage HFS/LFS (caractère orogénique) dans ces roches et dans cette source existe toujours (ou est conservé en mémoire) mais la phase reportée depuis toujours comme en être responsable est absente. Pourquoi cette eau est de quantité très faible et cette amphibole a disparue de cette source orogénique qui les avait acquis dans une zone de subduction? (cette source contenait de l eau et de l amphibole pendant la subduction antérieure). Pour répondre à cette question et expliquer ces faits nous devons faire intervenir la géodynamique. En effet cette source est au départ une source de zone de subduction et elle a perdu son eau et son amphibole avant de produire les faciès de l unité II. Pour cela nous allons envisager que celle-ci s est enfoncée d une manière isostatique lors de la collision continentale varisque et des phénomène de charriages et de dédoublement de croute qui accompagne cet évènement d habitude, c est-à-dire une grande charge lithostatique et un grand phénomène isostatique. Cette source va donc faire un voyage vers les zones mantélliques de haute pression d une manière adiabatique. Sa température inférieure ainsi à celle de son nouveau milieu ou sa nouvelle 19

20 zone mantéllique est telle que la péridotite constitutive serra éloignée de son solidus et de son géotherme normale vers les hautes pressions - basses températures. Elle va ainsi lors de son séjour dans cette zone mantéllique tenter un rééquilibrage thermique pour rejoindre le géotherme normale de la péridotite dans cette nouvelle zone parallèlement à une augmentations de la pression. Il va donc subir une augmentation de la température et de la pression, Ce qui implique un déroulement de réactions métamorphiques courant lesquelles elle se produira une déstabilisation de l amphibole et une perte d eau c est-à-dire une déshydratation. Ceci est une première explication qui parait vraisemblable. En ce moment, étant donné que les spectres des magmas résultant présentent un enrichissement en LFS et un appauvrissement en HFS, cela signifie que l eau a connu une histoire différente de celles des LFS c'est-à-dire que la phase fluide a emportée l eau toute seule sans les éléments LFS et cela car le découplage orogénique existe toujours, et donc l amphibole a subit une transition de phase vers une phase de haute pression de même composition mais qui est en ce moment anhydre. Ceci étant, Il y a lieu en ce moment de penser une deuxième explication qui elle aussi est fort probable. En effet dans les nouvelles conditions, l augmentation de la pression et de la température qu a connue la roche péridotique source de MORB-N a produit une transformation ou une transition de phase de l amphibole en une phase de haute pression de même composition et de structure cristalline ou minérale différente. L eau en ce moment, devenue avec sa forme de haute pression, est entrée dans la 20

21 structure de cette nouvelle phase minérale. Cette phase est composée donc entre autre par l eau de haute pression et les teneurs en HFS qui composaient l amphibole. L eau avait donc deux possibilités lors de la déstabilisation de cette amphibole par transition de phase qui sont donc soit s échapper toute seule, soit entrer dans la structure de la nouvelle phase sous une forme de haute pression. Après que ce rééquilibrage thermique serrait établi, on va géodynamiquement assister au rifting lors de la transtention qu ont connu les vosges à cette époque. C est-à-dire une distention locale sur décrochement dans ou comptemporainement à un régime globale compressif. Il s est donc produit une ouverture locale et un spreading accompagnée de la formation d un bassin ensialique sur décrochement. Cette distension serrait lier d un point de vue de son déclenchement à des phénomènes d effondrement gravitaire qui aurait allégé la charge lithostatique et déclenché l uplift et l ouverture, ou bien au fonctionnement des décrochements qui auraient produit une ouverture d un bassin en pullapart et un amincissement qui aurait allégé la charge lithostatique et produit l uplift. Ceci s est donc traduit au niveau de la source par un uplift et un bombement qui se localisera aux environs de l emplacement actuel des Vosges moyennes. On a donc une décompression isostatique et une montée adiabatique du manteau sous la zone en distension. La source toujours de MORB-N est ainsi de retours dans un domaine de relativement basse pression - basse température mantellique. Sa péridotite anhydre (avec une composition de source de MORB-N et un 21

22 découplage orogénique en mémoire) est ainsi cette fois avec une température élevée par rapport à son nouveau milieu mantellique de relativement basses pressions basses températures, elle va ainsi franchir le solidus et fondre pour produire les magmas à l origine des faciès de l unité II. Après cela elle tentera à nouveau de rejoindre le géotherme de la péridotite de cette zone par diminution de la température (et en ayant subi une décompression). Cette source, qui a produit ces magmas dans un contexte transtensif, est toujours avec le découplage HFS/LFS qu elle a gardé dans sa mémoire et elle est cependant anhydre, orogénique, sans amphibole et à caractère de MORB-N en première hypothèse. Dans la seconde hypothèse, cette source de composition de MORB-N est avec un caractère orogénique en mémoire, et la péridotite qui la composait englobe toujours la phase de haute pression résultant de la transformation de l amphibole, probablement sous une forme métastable. Cette phase contenait toujours de l eau sous sa forme de haute pression. Celle-ci ne subira pas ou ne participera pas à la fusion et du cout elle va empêcher l eau, contenue dans sa structure sous une forme de haute pression, d intervenir dans cette fusion, ce qui a produit les conditions d un contexte anhydre lors de la fusion. Cette phase qui est restée dans le résidu de fusion a également retenue les HFS, d où le magma primaire produit est anhydre et orogénique. 22

23 A noter que cette rétention des HFS par cette phase résiduelle accentuera, dans les liquides produits, le découplage induit anciennement par la composante de la subduction au niveau de cette source de MORB-N. Habituellement dans les rifts continentaux lors de l uplift il se produit un upwelling mantellique et une alimentation par diapir mantellique depuis le bas d où le caractère anorogénique riche en HFS du magmatisme de ces contextes intraplaques. Ici dans notre cas, il n y a pas eu d alimentation lors de l Upwelling par un diapir mantellique, mais un uplift d une source mantellique à caractère de MORB-N correspondant ou en réponse à un réequilibrage de la lithosphère qui cherche un retour à la normale. Il y a donc une relaxation de la charge isostatique est un uplift, d où le volcanisme produit est avec des mécanismes de cristallisation et de mise en place des contextes structurale de rifts et ceux chimiques subalcaline contrôlés par la chimie de la source qui est orogénique, anhydre et de MORB-N. D où le pourquoi du caractère pétrographiques et texturales des faciès qui sont ceux des rifts alors que leur caractère chimique et celui de volcanisme orogénique subalcalin calcoalcalin anhydre. Aussi nos trachytes sont orogéniques et avec des faibles teneurs en éléments HFS, ce qui écarte le contexte d île océanique pour ces roches. En effet la documentation récente surtout celle géophysique basée sur la seismologie, relative aux îles océaniques et au volcanisme intraplaque en générale (à la fois celui des rift et celui des plumes) montre des conduits magmatiques qui s enracinent dans le manteau inférieur, ce qui explique et 23

24 confirme leur caractère anorogénique riche en HFS qui est donc généré, comme il est admet dans les travaux de pétrologie, depuis un manteau inférieur primordiale ou primitif et donc contrairement aux caractères des volcanismes de zones de subductions ou des zones orogéniques et des trachytes qui leurs sont associées, qui eux sont appauvris en HFS et générés à partir du manteau appauvri source des MORB-N. Aussi dans le cas des porphyres trachyandésitiques et des trachytes du massif des Vosges du sud, le même problème d enrichissement en potassium, de l effet du plagioclase et de dilution de la silice se présente. Celui-ci est irrité depuis les faciès basiques de l unité II, en effet si l on regarde les diagrammes fondés sur les HFS à savoir Zr/TiO2 en fonction de Y/Nb, ses roches de l unité III à la fois les trachytes et les tarchyandésites (porphyres) montrent un caractère chimique (limite) de Dacites puis de rhyolites sens strict évoluant depuis des andésites. Sur le diagramme fondé sur la silice ses roches sont des trachybasaltes-tarchyandésites et des trachytes ceci est évidement le résultat de «l ajout du potassium et de l effet du plagioclase», (qui se répercute à ce niveau avec une dilution des teneurs de la silice de l ordre de 10% et cela si l on considère aussi l effet de l altération surtout l albitisation et la séricitisation qui s ajoutent à la différenciation, assimilation et mélange, et cela dans toute la série), et qui a produit ce changement de caractère vers celui trachytique que présent maintenant ses roches. Si on corrige la silice en l augmentant et «le potassium, l Al2O3, le CaO et le Na2O» en les diminuants ses roches 24

25 expriment le caractère manifesté par les HFS à savoir celui dacitique à rhyolitique évoluant depuis des andésites( en effet en régle générale : les dacites rhyolites se distinguent des trachyandésites et trachytes (roches à FK et sans quartz) d un point de vue pétrographique par une composition modale ou s ajoute le quartz et l absence du FK dans les dacites, dans les rhyolites le Fk et le potassium sont disponibles du fait de la differenciation). Donc dans cette série de l unité II et de l ensemble des porphyres trachyandésitiques et trachytes de l unité III, les composition chimiques réelles corrigées des déviations du silicium et du potassium - Al2O3 ainsi que de CaO et Na2O donnent des roches à caractères chimiques des andésites, dacites et Rhyolites ; Les caractères pétrographiques et texturale favorisés par le contexte (et les conditions de mise en place) de Rift et par ces déviation du potassium effet plagioclase et de la silice sont celles de «Basaltes alcalins - hawaites mugéarites» passant par des «tarchybasaltes trachyandésites» et trachytes et mêmes des «commendites-pantéllirites» pour ce qui est des trachytes supérieures. Cet effet du potassium est également à réinterpréter au niveau des roches des faciès de l unité III de l ensemble des tarchyandésites peu porhyriques et des rhyodacites. 25

26 TEST D HYGROMAGMAPHILITE : Essayons le Test d hygromagmaphilité dans l ensemble de la série depuis les gabbros d Ermensbach jusqu au trachytes A - lors de la différenciation : Les éléments traces sont affectés par les deux processus de l ajout du potassium et de l effet du plagioclase. En ce moment on constate que : - Th et U manifestent un comportement cohérent et leurres teneurs initiales ce sont concentrées de l ordre de 17 à 18 fois, donc sont les plus fortements hygro ; - HFS : le Ta et N b manifestent un comportement cohérent et associé au Hf et Zr, les teneurs initiales de tous ces éléments ce sont concentrées de l ordre de 10 fois, sont donc fortement hygro mais faiblement hygro par rapport au Th et U ; - La et Ce : manifestent un comportement cohérent et leurres teneurs initiales ce sont concentrées de l ordre de 5 fois, sont aussi fortement hygro mais faiblement hygro par rapport au HFS ; - Yb et Y : leurres teneurs initiales ce sont concentrées de l ordre de 2 fois, et sont donc faiblement hygro. Ils sont proches de devenir compatible, leurs évolutions sont très perturbées par la minéralogie et le porphyrismes des faciès ; 26

27 - Les éléments de transition, compatibles, ont des teneurs moins élevées qui chutent ; - Rb, Sr et Ba eux sont mobiles. B - Lors de la fusion : Si l'on considère que le manteau de la lithosphère est de composition uniforme, appauvrie, de péridotite à plagioclases source de MORBN, la profondeur de genèse des magmas a source de MORBN n'aura pas d'influence sur leurs compositions qui seront en ce moment dépendant des degrés de fusion partielle. On peut approcher le comportement des éléments en comparant les compositions en éléments traces et terres rares de la roche la plus basique de la série produite par un fort degré de fusion partielle (ici gabbro du Mont de Vanne pour l'unite I) et de celle la plus basique de la série produite par un faible taux de fusion partielle (ici gabbro d'ermensbach pour l'unite II). Etant donné que l'unité I et plus ancienne que l'unité II, et étant donné que les deux unités sont issues d'une même source de MORBN, en considérant que le liquide du gabbros de l'unité II et l'équivalent du premier liquide produit par un faible taux de fusion sur cette même source de MORBN lors de la genèse du gabbros de l'unité I, et dont la composition a évolué lors du déroulement du processus de fusion partielle vers celle du liquide de ce gabbros de l'unité I par augmentation du taux de fusion (devenu fort). Ces changements de taux de fusion sont significatifs de changements des caractères chimiques des magmas (alcalin ou calco-alcalin passant par celui transitionnel vers celui tholéiitique) bien sûr dans les arcs insulaires, le caractère tholéiitique est obtenu en premier dans le temps. En passant de la roche basique de l'unité II à celle de l'unité I, on note et ceci toujours lors de la fusion partielle : - Le Th et l'u se sont dilués 6 fois ils sont donc fortement hygro. - Les HFS se sont dilués 2 à presque 3 fois et sont fortement hygro, mais faiblement hygro par rapport au Th et U. 27

28 - Les terres rares légers La, Ce etc.., se sont dilués 3 fois, de ce fait leurs caractères et comportement sont presque analogues à ceux des HFS. - Les terres rares lourds et notamment Yb n'ont pas été dilués, ils sont presque restés constants, ils sont donc très très faiblement hygro ou très très faiblement compatibles. - Les éléments de transition ont été très mobiles dans l'unité I, la spilitisation et les processus d'altérations secondaires ont beaucoup diminué leurs teneurs qui sont devenues plus faibles que ceux du gabbros de l'unité II. Voilà ce dont on dispose pour mener l étude. REMARQUES AU SUJET DES MODELES PORTES DANS LA THESE (LAKHRISSI, 1996) : A Modèles des éléments hygromagmatophiles H+/H- et ceux ((H+/H-) en fonction de H+) : Dans ces modèles il a été fait appel comme élément H- aux deux éléments Yb et Y. Ces deux éléments sont très faiblement hygromagmatophiles lors de la différenciation, et leurres évolutions sont très perturbés par la minéralogie. Les modèles obtenus ainsi avec ses éléments, même peu écrasés pour la raison de faire apparaitre toutes les séries sur les diagrammes, présentent moins de clarté et les séries ne se distinguent pas nettement, on a souvent obtenu sur les diagrammes (H+/H-en fonction de H+) de grandes trends oblique étendues, ceci est dû au fait que pour une grande variation de H+ il y a une faible variation de H-. Ceci étant obtenu aussi pour les rapports d HFS notamment le Nb et le Zr portés contre Y ou Yb, signifie qu elle est donc ici l œuvre de la différenciation seule et vu qu on a obtenu la même chose pour les LFS (éléments Th, U, La et Ce portés contre Yb ou Y), cela signifie que pour ceux-ci on doit concevoir aussi la différenciation seule et très peu voir une absence de l assimilation (donc on peut estimer que ces éléments n ont pas connus des phénomènes de mobilité secondaires). 28

29 Pour les HFS, lorsque les modèles sont bâtis entre des éléments qui se sont comportés en H+ et H- lors de la différenciation et qui sont des HFS on note que ceux si présentent dans les roches les plus basiques (basaltes ou gabbros), des rapports qui sont presque confondues ou voisins. Ces rapports synonymes de degrés de fusion faibles (rapports H+/H- élevés) pour l'unité II et de degrés de fusion forts (rapport H+/H- faibles) pour l'unité I, d'une même source, sont ainsi presque voisins, ceci est dû au fait que lors de la fusion les coefficients de partage de l'ensemble de ces HFS ont été voisines ou presque égaux. Donc quel que soit le degré de fusion les rapports de ces éléments sont restes voisins (car ils se sont concentrés ensemble et se sont dilués ensemble). La même chose sera conclue, dans le cas de nos roches des Vosges du sud, pour les rapports établis entre terres rares légers entre eux ou aussi entre ces terres rares légers et les HFS. Ceci est dû au fait que les coefficients de partage des éléments de ces deux classes ont été avec des valeurs très voisins lors de la fusion partielle. Donc les modèles seront claires et lisibles si les rapports H+/H- sont nettement distincts pour les basaltes, et sont ainsi significatifs de degrés de fusion variables et très distincts. Ceci ne peut pas être obtenu pour des éléments présentant les mêmes coefficients de partage ou donc le même degré d'hygromagmaphilité lors de la fusion, autrement dit appartenant à une même classe. Donc pour avoir des modèles clairs, il faut porter des éléments H+ d'une classe (LFS par exemple Th et U) contre des éléments H- d'une autre classe (HFS par exemple ou terres rares à la fois LREEE et HREE). On doit ainsi conclure que : Si la différence du degré d hygromagmaphilité est moins importante entre les deux éléments utilisés pour établir les modèles, on obtiendra des digrammes ou des modèles clairs et lisible c'est-à-dire avec les séries qui se distingue nettement bien, ceci peut être observé à titre d exemple sur le modèle du Th porté contre le Hf et peut être obtenu sur les modèles établis pour les éléments H+ ( Th et U) en fonction des H- (HFS ou La et Ce). Il doit être ainsi utilisé des éléments qui ont beaucoup de chance de présenter des coefficients de partage différents ou très différents lors de la 29

30 fusion et voisins lors de la différenciation pour éviter des trends de différenciation obliques. A part les éléments très faiblement hygro lors de la différenciation, les trends de la cristallisation fractionné seront beaucoup moins obliques pour les diagrammes fondés sur des rapports (H+/H- en fonction de H+) impliquant des éléments dont les coefficient de partage sont proches ou dont les degrés d'hygromagmaphilité ne sont pas très distincts lors de la différenciation. En ce moment les trends obliques dans les modèles sont acceptables, car ils s'expliquent, et cela si les séries sont séparées c'est à dire si les degrés de fusion sont nettement distincts. Dans les gabbros du massif des Vosges du Sud il faut utiliser les éléments fortement hygro contre ceux faiblement hygro et pour ces derniers : prendre des éléments dans la classe des HREE marchera le mieux tout en évitant les HFS contre Y. Ici dans le cas des Vosges du sud, les HFS ont été lors de la fusion, entre ces deux taux, des éléments fortement hygro mais pas très hygro, en effet, ils se sont peu dilués entre les deux taux (de l unité II et celui de l unité I). Cela même si la fusion a opéré distinctement dans le temps sur une même source, mais c est le taux fort qui est le plus ancien (on doit donc pas raisonner comme s il s agit du même liquide produit par la fusion qui change dans le temps mais de deux liquides issues d une même source séparés dans le temps et avec deux taux différents). Ces HFS, sont moins hygro que les LFS qui eux se sont beaucoup dilués entre le taux faible de l unité II et celui élevé de l unité I. On peut noter que : «Ces rapports (ou bien les degrés de fusion partielle) peuvent être possiblement utilisés pour approcher les coefficients de partage et le comportement des éléments dans les liquides basiques lors des processus de fusion partielle et ceci surtout quand cette dernière a intéressé une même source». B - Modèles des éléments de transition : Ces éléments de transition quand ils sont pas mobiles, peuvent permettre d'élaborer des modelés (H+/élément compatible en fonction de H+) très claires et bien lisibles. 30

31 Dans notre travail sur les Vosges du sud dans ces modèles ou diagrammes, il a été fait appel comme indice de différenciation à la silice (SiO2), or celui-ci souffre du problème de l assimilation du potassium et de l effet plagioclase. Ceci a fait que ces modèles sont difficilement lisibles et présentent une mauvaise netteté et clarté, car les séries s y distinguent difficilement (il faut en fait les corriger des dilutions de SiO2 etc ). Cependant les modèles des éléments de transition doivent en principe être dressés en utilisant les teneurs logarithmiques des éléments de transition en fonction des teneurs logarithmiques des éléments Hygromagmatophiles (de préférences ceux H+). Ceci peut être observé à titre d exemple sur le modèle (présenté dans ce travail) fondé sur la représentation des teneurs logarithmiques du Ni en fonction de celles logarithmiques du La, sur ce modèle les séries se distinguent avec netteté et ceci après correction (c'està-dire diminution), bien sûr, des teneurs en éléments Ni, Cr et Mg (et éventuellement Fe) pour la série des trachyandésites peu porhyriques et rhyodacites. En ce moment on doit tenir compte d un fait important, en effet dans l unité I, les éléments de transition ont été mobiles par suite du nombre important de processus d altérations secondaires que cette unité spilitique a subi. Et ainsi, ces éléments se sont diminués d une manière importante, ceux-ci sont devenus faibles par rapport à ceux de l unité II, alors qu en principe ils doivent être élevés par rapport à leurs équivalents de l unité II. Dans ces modèles des éléments de transition, l unité II, compatiblement au principe de ces derniers modèles, se place avec un degré de fusion faible vers des teneurs élevées en LFS ou même en LIL et des teneurs faibles en éléments de transition et ceci pour les gabbros d Ermensbach et les andésites, elle s oppose ainsi au basaltes et gabbros de l unité I qui, corrigés de la mobilité des éléments de transition, vont plotés vers des teneurs faibles en LFS et LIL et des teneurs élevées en éléments de transition pour exprimer ainsi qu elle sont produits par un fort degré de fusion partielle. SPILITISATION ET EFFET DU PLAGIOCLASE SUR LES ROCHES OU SUR LES DEUX LIQUIDES LES MOINS DIFFERENCIES OU LES PLUS BASIQUES DES DEUX UNITE I ET II : Dans toutes les unités étudiées, on doit concevoir que : la chimie de l ensemble des éléments majeurs et traces (dans les roches autres que les trachyandésites peu porphyrique et les rhyodacites de l unité III, qui n ont subi que l assimilation) a été variablement influencée par l effet du plagioclase et 31