3.2.2 Aires Continentales

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1 3.2.2 Aires Continentales Les suites magmatiques continentales représentent le tiers de la surface du globe car elles sont émergées et l érosion importante permet de les observer de la surface à la croûte inférieure. L éruption massive dans un intervalle de temps des trapps volcaniques et leur impact sur l environnement et la météorologie a pu jouer un rôle dans l extinction en masse des espèces. a) Trapps volcaniques De vastes secteurs continentaux ont été recouverts par des épanchements volcaniques alimentés par des fissures et constituant les trapps ou CFB («continental flood basalts»). Associées aux épisodes d extension intra-continentale et de formation de bassins océaniques, les provinces de CFB ou «grandes provinces magmatiques» («Larges Igneous Provinces» ou LIP) recouvrent sur des épaisseurs pouvant atteindre plusieurs milliers de m. L association tholéiitique à transitionnelle, plus rarement alcaline, évolue des basaltes aux rhyolites. Les complexes tholéiitiques lités, comme Skaergaard dans le Groenland oriental sont liés à des trapps basaltiques cogénétiques et synchrones. Le cmplexe géant du Busheveld est lui-même associé à une série volcanique analogue. L ensemble des roches des 2 suites (basalte-rhyolite) provient de magmas picritiques, issus dela fusion d un manteau analogue à celui responsable du magmatisme des îles océaniques (OIB) et s y s en différenciés par fractionnement de l assemblage [Ol + CPX + Plagio] et contamination par la croûte profonde. b) Magmatisme anorogénique Dans qui ne subissent aucun évenement orogénique compressif, se mettent en place des volcans en surface et des complexes annulaires en profondeur, appartenant généralement aux séries alcalines. On appelle ce magmatisme anogogénique. L essentiel de ce magmatisme se concentre dans les riftsintracontinentaux, mais il existe auxxi des provinces sans rift associé. Le magmatisme anorogénique alcalin est caractérisé par l abondance des termes évolués (granite/rhyolite, syénite/trachyte, syénite néphélinique/phonolite) relativement aux termes basiques (basanite, basalte, hawaïte). Plusieurs associations ont été définies (Fig. 3.11) : 1. L association sursaturée en silice (= faiblement alcaline), marquée par la coexistence de basalte à néphéline normative et de roches différenciées à quartz modal (granite/rhyolite). 2. L association saturée en silice dans laquelle les roches différenciées ne contiennent ni quartz, ni feldspathoïdes modaux (syénite/trachyte). 1

2 3. L association sous-saturée en silice (=fortement alcaline), constituée de roches qui contiennent des feldspathoïdes normatifs et /ou modaux (théralite/basanite syénite néphélinique / phonolite). Les magmas primaires proviennent de faibles taux de fusion partielle d un manteau comparable à celui générateur des OIB (Fig. 3.12). Comme les basaltes des trapps (CFB), ils montrent de fortes teneurs en certains éléments incompatibles (K, Rb, Ba, Th). L évolution des magmas basiques aux liquides résiduels s effectue par cristallisation fractionnée et contamination à 2 étages : à l interface croûte-manteau et à la limite entre croûte inférieure plastique et croûte supérieure cassante. Les minéraux responsables de la différenciation sont aussi bien anhydres (Ol, px, plagio) que hydroxylés (amphibole ± biotite). A partir de l achèvement d un épisode orogénique majeur, le magmatisme anorogénique évolue au cours du temps dans les cratons. Pendant 500Ma, la série sursaturée en silice prédomine. Les autres séries, saturées et sous-saturées en silice, se mettent en place plus de 500Ma après la fin de l orogenèse, souvent en association avec les carbonatites et les kimberlites (Fig. 3.13). c) Rifts intra-continentaux Les rifts intra-continentaux ne constituent qu un cas particulier du magmatisme anorogénique continental. Expressions en surface de fractures lithosphériques profondes, les rifts favorisent la mise en place de grands volcans et de leurs racines plutoniques. Deux types principaux ont été distingués : Les rifts peu volcanogènes sont caractérisés par de faibles taux d extension, ex. Rift Est-Africain. Les associations alcalines sont fortement sous-saturées en silice (néphélinites, basanites et leucitites) et faiblement différenciées (roches acides rares), Les rifts très volcanogènes présentent un taux d extension élevé, commele Rift Ethiopien et la branche orientale du Rift Est-Africain. Le volcanisme est typiquement bimodal avec association de basaltes et de roches acides. L évolution spatio-temporelle des séries alcaline tholéiitique dans les rifts continentaux est donc l inverse de l évolution tholéiitique alcaline observée dans les îles océaniques. Les phénomènes tectoniques extensifs favorisent la fusion par décompression de l asthénosphère et de la lithosphère. S y ajoute l intrusion possible d un panache chaud qui peut induire la fusion partielle des mêmes réservoirs (Fig. 3 14). 2

3 Fig Associations magmatiques anorogéniques sursaturées en silice dans le diagramme QAP. 3

4 Fig Compositions normalisés des roches d une suite alcaline continentale. 4

5 Fig Sites géodynamiques du magmatisme anorogénique Fig Magmatisme lié aux rifts Subduction et collision continentale Deux grands types de magmatisme orogénique continental peuvent être définis : Le magmatisme syn-subduction, associé à la subduction d une plaque océanique et mis en place dans la plaque continentale chevauchante ; Le magmatisme syn-collision, lié à la collision entre deux plaques continentales et mis en place aussi bien dans la plaque chevauchante que la plaque chevauchée. 5

6 a) Zonalité des séries alcalines Le magmatisme unimodal est caractérisé par l andésite et la dacite, prédominant sur le basalte alumineux et la rhyolite. De la fosse océanique vers le continent, se mettent en place au cours du temps, différentes séries magmatiques: La série adakitique pauvre en K, précoce et située près de la fosse océanique, est formée d andésite, de dacite et de rhyolite. La suite adakitique est associée à des basaltes distincts, non cogénétiques et marqués par de fortes teneurs en Nb. L association plutonique correspondante est appelée tonalitique ou TTG, par l abondance de la trilogie tonalite-trondhjémite-granodiorite. Les séries calco-alcalines à potassium normal et à potassium élevé, plus en arrière et plus tardives, se manifestent en surface par des stratovolcans andésitiques, des dômes dacitiques, des basaltes et des rhyolites en quantités mineures. L association plutonique est appelée granodioritique en encore de type I (I pour Igné) ; il est aussi qualifié de type andin. La série potassique, communément appelée shoshonitique, se met en place lorsque le processus de subduction cède à celui de collision. La suite plutonique comprend (monzo) gabbro et diorite, monzonite, monzogranite et rare syénogranite. L association plutonique est appelée monzonitique, ou encore de type calédonien, forme également une partie type I. La série ultrapotassique se met en place postérieurement à la fin de la subduction. Elle montre des compositions très alcalines dues à la richesse en K des magmas (lié à la destabilisation de la phlogopite du manteau métasomatique). La zonalité des séries plutoniques syn-subduction se met en évidence dans le diagramme modal QAP (Fig.3.15). 6

7 Fig.3.15 Associations magmatiques orogéniques dans le diagramme QAP. L origine du magmatisme orogénique est liée à la cinétique des plaques. En effet, de la ride médio-océanique où elle se forme jusqu à la forme océanique où elle disparaît, la croûte océanique refroidit et sa densité augmente. Corrélativement, la lithosphère s éppaisit. Dans la zone de subduction, la lithosphère océanique agit à la manière d un coin froid pénétrant dans le manteau supérieur chaud et subit un métamorphisme de haute pression et basse température. Parmi les différentes possibilités, 2 cas peuvent se présenter : Dans le cas général, la croûte océanique vieille, dense et froide, se deshydrate avant de fondre et expulse les fluides jusqu à la transition amphibolite éclogite (Fig.3. 21A). En revanche, si la croûte océanique est jeune et chaude, elle peut fondre avant la réaction de destabilisation de l amphibole et former alors des magmas dits «adakitiques». c- Leucogranites d anatexie et hypercollision Au stade de collision continent-continent, encore appelés d hypercollision, sont associés des épisodes magmatiques de faible volume. Les roches acides hyperalumineuses sont riche en quartz et caractérisés par une minéralogie distincte que l on ne retouve pas dans les autres types de magmatisme. Ils sont liés au processus d anatexie. Les leucogranites à 2 micas ± tourmaline caractérisent le type hymalayen, c'est-à-dire de mise en place au cours d un épisode de chevauchement d une croûte continentale sur une autre croûte continentale. 7

8 Les leucogranites hyperalumineux sont des granites à feldspaths potassiques et albite-oligoclase, quartz globuleux, deux micas (muscovite & biotite) et des minéraux accessoires alumineux (andalousite, cordiérite, sillimanite, grenat ). Saturés en fluides (H 2 O, Cl, F), ils subissent d importantes altérations hydrothermales (poches & filons pegmatitiques, épisyénites, greisens et poches à kaolinite) avec des concentrations métalliques à Sn- W-Mo, Pb-Zn-Cu, Au, U, Nb-Ta. D origine crustale, les magmas proviennent de matériaux orthodérivés (orthogneiss) ou paradérivés (métapélites ou paragneiss en Himalaya). La fusion de la croûte chevauchante est favorisée par la percolation d eau provenant de la déshydratation de la croûte chevauchée (origine externe) ou par la déstabilisation de minéraux hydratés (muscovite, biotite) de la croûte chevauchante (origine interne). Ces magmas très visqueux donnent des massifs intrusifs et des formations volcaniques associées (Fig.3.24) : Etat suchauffé de la source subissant un métamorphisme de moyenne à basse pression et haute température. Surchage tectonique, par chevauchement de nappes denses (amphibolite, granulite, éclogite) permet une ascension diapirique. Surchauffe locale par l intrusion d un magma basique. Les massifs granitiques contiennent des enclaves basiques, comagmatiques (magmas synchrones) mais non cogénétiques (origines différentes). Fig Magmatisme liés à la subduction d une lithosphère océanique sous une lithosphère continentale. 8

9 Fig Magmatisme liés à la subduction d une lithosphère océanique sous une lithosphère continentale (suite). Fig Magmatisme d anatexie crustale. 9

10 d) Granitoïdes hyperalumineux Un dernier groupe de granitoïdes orogéniques se distingue des granitoïdes calcoalcalins par son caractère hyperalumineux marqué et des leucogranites à 2 micas par son indice de coloration plus élevé. Contenant fréquemment la cordiérite ou le grenat almandin. Ils se rapprochent des granites de type S et forment l association unimodale tonalite-granodiorite-granite hyperalumineux (PTG= «peraluminous tonalite-granodiorite»), où les granodiorites prédominent. Les PTG forment de grandes laccolites (massif Guéret en France). Les équivalents volcaniques forment une suite hyperalumineuse dacite-rhyolite à phénocristaux de cordiérite bleue, souvent associée à des roches volcaniques ultrapotassiques. Les associations lamprophyriques ont leur source dans un manteau métasomatique à phlogopite et sont associées dans le temps et l espace avec les PTG. Il est donc possible de produire des magmas anatectiques en contexte orogénique, dès lors que les conditions de fusion sont réunies (Fig.3.20). 10