DE LA RÉUNON LES PARAGÉNÈSES HYDROTHERMALES DANS DFFÉRENTS CHAMPS GÉOTHERMQUES Applicatins thermmétriques au suivi d'un frage prfnd "Vc-V 993 BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGQUES ET MNÈRES SERVCE GÉOLOGQUE NATONAL Département géthermie SERVCE GÉOLOGQUE RÉGONAL LA RÉUNON Rapprt du B.R.G.M. 82 SGN 790 GTH Rapprt du B.R.G.M. 82 REU 28
ÉTABLSSEMENT PUBLC REGONAL DE LA RÉUNON LES PARAGÉNÈSES HYDROTHERMALES DANS DFFÉRENTS CHAMPS GÉOTHERMQUES Applicatins thermmétriques au suivi d'un frage prfnd par J.Ph. RANÇON BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGQUES ET MNÈRES SERVCE GEOLOGQUE NATONAL Département géthermie B.P. 6009 45060 Orléans Cedex Tél. (38) 63.80.0 SERVCE GEOLOGQUE RÉGONAL LA RÉUNON 2, rue Alexis de Villeneuve B.P. 206-97484 Saint-Denis Tél. 2.44.54 et 2.22.4 Rapprt du B.R.G.M. 82 SGN 790 GTH Rapprt du B.R.G.M. 82 REU 28 Décembre 982
AVANT-PROPOS Dans le cadre du mntage du dssier géthermie à la Rêunirij un aertain nnibre d'activités de recherche préparant la phase suivante d'eirplratin par frages prfnds est réalisé par le Service Gélgique Réginal de la Réunin^ en cllabratin avec le Département Géthermie du B.R.G.M. Parmi ces activités, l 'étude des minéralisatins hydrthermales du massif du Pitn des Neiges a fait l'bjet d'un précédent rapprt (82 REU 27). Le deuxième vlet de l'étude des minéraux hydr thermaux à la Réunin cncerne leur utilisatin thermmétrique dans des frages prfnds. C'est le but du présent rapprt, financé par le Cnseil Réginal de la Réunin, qui cnstitue une synthèse des bservatins réalisées dans différents champs géthermiques du mnde. Cette synthèse, qui cnduit à des résultats applicables au cas particulier de l'ile de la Réunin, dépasse également ce cadre réginal pur être utilisable dans d'autres cntextes gélgiques. Ce travail n'est qu'une étape supplémentaire de l'applicatin des minéralisatins hydrthermales en géthermie haute énergie. l sera suivi d'autres phases de recherche devant abutir à la mise au pint d'une méth dlgie fiable et applicable à la mise en prductin d'un champ géthermique.
RESUME La synthèse des dnnées recueillies dans plusieurs champs géthermiques du mnde (en milieu vlcanique] cncernant l'existence et les cnditins de stabilité thermique des minéraux hydrthermaux, cnduit aux cnstatatins suivantes. si un grand nmbre d'espèces hydrthermales cexistent dans les champs géthermiques, il en est peu qui sient représentatives d'un intervalle de température bien cerné ;. l'ensemble des espèces et assciatins recnnues "intéressantes" pur l'explratin géthermique peuvent être rencntrées dans n'imprte lequel des tris grands types d'envirnnements pétr chimiques [vlcanisme alcalin, thléiitique, calc-alcalin) ;. le relais des différentes espèces retenues permet de cuvrir une gamme de température de 0 à 350 C. La cristallisatin des différents minéraux de la famille des argiles se fait pratiquement en cntinu dans les puits CO à 50 C pur les smectites ; 230 à 300 C pur les ilutes ; 200 à 35Ü C pur les chlrites). Les nmbreuses paragénèses frmées par les espèces de la famille des zelites snt de bns marqueurs de l'intervalle 0-30ü C (faciès à chabazitephillipsite 0 à 35 C ; faciès à natrlite-thmsnite 00 à 230 C j faciès à analcime-thmsnite 35 à 300 C ; faciès à laumntite-thmsnite 80 à 300 C]. Les feldspaths secndaires (albite, adulaire] et l'épidte cristal lisent à partir de 2Ü0 C jusqu'à une limite de température supérieure à 35D C. De même, les amphibles caldques de la série tremlite-actinte apparaissent aux alenturs de 2Ü0 C et leur limite supérieure de stabilité se situe au-dessus de 33Ü C. l s'avère pssible dès maintenant d'utiliser les différents minéraux hydrthermaux en tant que géthermmètres, lrs du suivi d'un frage géthermique prfnd.
SOMMARE pagzi) A - NTRODUCTON : BUTS ET ORENTATON DE L'ETUDE. B - LES PRNCPALES SERES MAGMATQUES 3 B. J. - GENERALTES 3 B.2. - LA SERE THOLETQ.UE 5 B. 3. - LA SERE CALCO-ALCALNE 5 B. 4. - LA SERE ALCALNE 5 C - CARACTERSTQUES ET ZONATON THERMQUE DES MNERAUX HYDROTHERHAUX LES A UN ENVRONNEMENT VOLCANQUE THOLETQUE 7 C. - EXEMPLE VE L'SLAMVE 7 C.2. - RECAPTULATON VES VONNEES VSPONBLES EN SLMVE 3 D - CARACTERSTQUES ET ZONATON THERMQUE DES MNERAUX RENCONTRES DANS UN ENVRONNEMENT VOLCANQUE CALCO-ALCALN 7 V.. - EXEMPLE VU CHAMP GEOTHERMQUE VE WARAKE EN NOUVELLE lelamve... 7 V.2. - EXEMPLE VE L'ARE GEOTHERMALE VE TONGONAN AUK PHLPPNES 22 V.5. - BLAN VES OBSERVATONS EFFECTUEES EN CONTEXTE CALCO-ALCALN 22 E - CARACTERSTQUES ET ZONATON THERMQUE DES MNERAUX HYDROTHERMAUX RENCONTRES DANS UN ENVRONNEMENT VOLCANQUE ALCALN 27 E.. - EXEMPLE VES LES HAWA 27 E. 2. - EXEMPLE VES ACORES 2 9 E. 3. - L' LE VE LA REUNON 33 F - SYNTHESE : APPLCATON AU SUV D'UN FORAGE GEOTHERMQUE EN MLEU VOLCANQUE 37 F. J. - RELATONS ENTRE LE CHMSME VE LA ROCHE-MERE ET LA NATURE VES MNERALSATONS SECONVARES 37 F. 2. - LES MNERAUX MARQ.UEURS P' UNE ZONATON THERMQUE 3S F.3. - PRECONSATON V'ETUVES SYSTEMATQUES A EFFECTUER AU COURS V UN FORAGE PROFONV 40 G - CONCLUSONS 42
LSTE DES FGURES F- 3. : Diagramme simplifié alcalins/si02 indiquant la psitin des différentes séries magmatiques Fig. 2 : Schéma simplifié des relatins entre la nature des rches vlcaniques et le cadre structural Fig. 3 : Carte gélgique schématique d'slande mntrant la lcalisatin des aires géthermales haute température et basse température, mentinnées dans le texte Ftg. 4 : Cupe gélgique, distributin des minéraux hydrthermaux et prfil thermique dans un frage implanté dans la zne géthermale de Seltjamames, slande Fi.g. 5 : Cupe gélgique, distributin des minéraux hydrthermaux et prfil thermique dans un frage implanté à ThrlakshBfn, slande Fig. 6 : Cupe gélgique, distributin des minéraux hydrthermaux et prfil thermique dans un frage implanté à ReyKjanes, slande Ftg. 7 : Cupe gélgique, distributin des minéraux hydrthermaux et prfil thermique dans un frage implanté à Krafla, slande Fig. S : Znatin des zelites dans les aires géthermales d'slande et températures estimées aux frntières des différentes znes Fi,g. 9 : Représentatin ternaire en prprtins mléculaires des zelites calciques (a] et des zelites sdiques (b] Fig. 0 : Schéma simplifié mntrant la znatin des principales espèces hydrthermales présentes dans les champs géthermiques actifs d'slande, en fnctin de la température Fi,g. : Zne vlcanique de Taup et site géthermique de Wairakei, Nrth sland, Nuvelle Zélande Fi.g. 2 : Distributin qualitative des minéraux hydrthermaux en fnctin de la prfndeur et de la température dans le frage d 225 de l'aire géthermale de Wairakei, Nuvelle Zélande Fi.g. 3 : Distributin qualitative des minéraux hydrthermaux en fnctin de la prfndeur et de la température dans le frage d 7 de l'aire géthermale de Wairakei, Nuvelle Zélande Fig. 4 : Aires géthermales de l'archipel des Philippines - Situatin de la zne de Tngnan dans l'île de Leyte Fig. 5 : Distributin des minéraux hydrthermaux dans un frage implanté dans le site géthermique de Mahia, Philippines
Fig. 6 : Znatin thermique des minéralisatins hydrthermales présentes dans les îles de Mahia et de Malitbg Fig. 7 : Carte de l'île d'hawaii mntrant la lcalisatin du frage géthermique HGP-A Fig. S : Les assciatins minérales rencntrées dans les znes hydrthermales de l'archipel d'hawaii «Fig. 9a : Situatin de l'archipel des Acres dans l'océan Atlantique Nrd et par rapprt à la ride-medi-atlantique (RMA) Fig. 9b : Tpnymie des îles de l'archipel des Acres Fig. 20 : Lcalisatin du frage de Ribeira Grande (RG ] dans l'île de Sa Miguel (Acres] Fig. 2 ; Répartitin des minéraux hydrthermaux dans le frage de Ribeira Grande (RG ], Sa Miguel (Acres] Fig. 22 : Représentatin cartgraphique des faciès hydrthermaux à l'affleu rement dans les frmatins autchtnes des tris cirques du Pitn des Neiges - Extensin suppsée des différents faciès Fig. 23 : Dmaines de stabilité thermique des principaux minéraux hydrthermaux de l'île de la Réunin et des assciatins caractéristiques d'un faciès minéralgique
A - NTRODUCTON : BUTS ET ORENTATON DE L'ETUDE Les minéraux hydrthermaux peuvent s'avérer d'excellents auxiliaires d'étude au curs des différentes phases de prspectin en géthermie haute énergie. Plusieurs travaux (WALKER, 960 K.OSTOV, 969-970 ; WESTERCAMP, 978) effectués dans divers cntextes vlcaniques hydrthermalisés, nt mntré l'intérêt d'une étude des minéralisatins hydrthermales lrs d'investigatins de surface u de sub-surface. Ce type d'apprche permet de relier la znatin de certaines espèces hydrthermales (tut particulièrement les zelites) aux structures vlcan-tectniques et à l'histire d'un édifice vlcanique. Au stade de la préfaisabilité u de la faisabilité d'une expl'ratin géthermique, cette étude est riche en enseignements. Dans l'île de la Réunin, ce travail a été récemment effectué dans les tris cirques du Pitn des Neiges (RANÇON, 98, 982 a et b) et a permis de relier structures et hydrthermali satin dans un schéma d'évlutin parallèle- Un autre aspect particulièrement intéressant de l'applicatin des assemblages de minéraux secndaires peut être dévelppé lrs de la phase finale d'explratin géthermique. La mise en euvre de frages prfnds permet de recuper des hrizns hydrthermalisés et de suivre en cntinu, par l'inter médiaire des cuttings u des carttes de rches, la successin des paragénèses minérales rencntrées. Dans la mesure ù les assemblages bservés snt à l'équilibre dans les cnditins physic-chimiques actuelles, telles qu'elles snt définies lrs des mesures, il est pssible, dans une situatin idéalisée (absence de circu latins, puits à l'équilibre,...) de caler les assemblages sur le prfil thermique des puits d'explratin. A l'avenir, cette méthde dit permettre d'apprécier, autrement que par les techniques thermmétriques classiques, la température des rches réser virs traversées. Elle présente l'avantage de s'affranchir des perturbatins prvquées par le rééquilibrage thermique des puits u les circulatins d'eaux superficielles qui blitèrent suvent l'établissement d'un prfil thermique significatif dans les frages. Dès maintenant, un certain nmbre de dnnées existent pur différents champs géthermiques actifs, cncernant l'aspect qualitatif (znégraphie verticale des assemblages) et quantitatif (dnnées de stabilité thermique des assemblages) du prblème.
- 2 - Ces résultats s'avèrent en première apprche relativement différents d'un site à l'autre. En effet, les espèces hydrthermales rencntrées ainsi que leurs cnditins d'apparitin ne snt pas les mêmes dans tus.les cas. Parmi les nmbreux facteurs qui interfèrent pur cnduire à la cristallisatin des minéraux hydrthermaux, il parait vraisemblable, si l'n excepte la température qui Jue le râle essentiel, que ce snt les cmpsitins chimiques de la rche mère et du fluide hydrthermal qui snt les plus imprtants. Le but de ce rapprt est de réaliser une synthèse des résultats acquis cncernant la distributin et le dmaine de stabilité des paragénèses hydrthermales "curantes" dans plusieurs champs géthermiques bien cnnus. Cette apprche est tentée dans tris cntextes gédynamiques et pétrlgiques différents. Snt envisagées successivement les dnnées dispnibles en cntexte vlcanique thléiitique, calc-alcalin et alcalin. Nus essaierns de dégager dans chacun de ces envirnnements les espèces et assciatins hydrthermales significatives ainsi que les intervalles de température qu'elles fssilisent. Ntre bjectif final étant de puvir asscier à un envirnnement pétrchimique dnné une garrme de minéraux secn daires, cncrétisant une znatin thermique cnnue et ainsi directement appli cable au suivi d'un frage géthermique réalisé dans un cntexte cmparable.
- 3 B - LES PRNCPALES SERES MAGMATQUES B. î. - GENERALTES Une rche vlcanique est définie avant tut par sa cmpsitin minéralgique qualitative et quantitative et par sa cmpsitin chimique. Dans une régin vlcanique dnnée, les laves snt rarement tutes de même nature. Dans la plupart des cas, elles appartiennent à plusieurs types pétrgraphiques ; par exemple, à la Réunin, les laves du Pitn des Neiges varient des basaltes initiaux jusqu'aux trachytes quartzifères. Tutefis, ces différentes rches snt issues d'une même série magmatique prfnde et snt liées par des caractères génétiques. C'est cette assciatin de rches vlcaniques de chimisme et de minéralgie différents, mais qui snt cgénétiques, qui cnstitue une série magmatique. Les tris principales series magmatiques que nus cnsidérns, la série alcaline, la série thléiitique et la série calc-alcaline, snt psitinnées dans le diagramme (Na20 + K20]/SiD2 (fig. ). Dn cnstate que pur chaque série l'augmentatin de la teneur en SÍO2 des rches s'accmpagne d'une augmentatin de l'alcalinité (Na20 + K2D). * Mais pur un purcentage de SÍO2 dnné, le purcentage d'alcalins est plus u mins imprtant suivant les séries. Le sdium et le ptassium (ainsi que le calcium pur la série calc-alcaline] cnstituent dnc de bns marqueurs, pur un état de différenciatin en silice dnné, pur caractériser une série. De la même manière, au curs des prcessus hydrthermaux, ces éléments peuvent être rembilisés de manière plus u mins imprtante en fnctin de leur richesse dans la rche mère. Si l'héritage chimique de la rche prteuse des minéralisatins secndaires est fndamental dans le prcessus d' hydrthermalisatin, il dit se refléter dans la cmpsitin chimique de ces minéralisatins. Cette estimatin du rêle jué par la rche mère cnstitue un des bjectifs recherchés au curs de ntre étude. 't On ne s'intéressera pas dans le cadre de ae rapprt aux séries transitinnelle et shshnitique dnt l'extensin gégraphique est très restreinte.
NgO + HgO % SERE ALCALNE SERE THOLETQUE 2. 40 50 - e Si02% Fig. : Viagnammz &impti{ iz azcaju.ni>/si02 indiquant a piitin dzâ di{){izn.zntz znáz^ magmatiqwzi>
B.2. - LA SERE THOLETiqUE La faible valeur du rapprt (Na20 + K2D]/SiD2 est l'un des caractères chimiques principaux de la série thléiitique (fig. ). Le calcul de la nrme CPW fait apparaître pur tutes les laves de la série une sursaturatin en silice (quartz, hypersthène). A l'échelle de la planète, dans le schéma de la tectnique des plaques, les laves de la série thléiitique (fig. 2) snt caractéristiques des znes d'uverture de rifts (slande) mais peuvent également être rencntrées dans les arcs insulaires et en dmaine intraplaque céanique et cntinental (nde, Afrique du Sud). B.3. - LA SERE CALCO-ALCALNE Elle cntient, cmme la série thléiitique, des laves sursaturées en silice. Elle en diffère cependant sur de nmbreux pints. Les laves qui la caractérisent snt des basaltes riches en aluminium (SÍO2 < 53 % ; A2O3 > 7 %], des andésites ( 53 % < SÍD2 < 62 %], des dacites (62 % < SÍD2 < 68 %) et des rhylites (SÍO2 > 68 %). Dans le diagramme alcalins/sid2 (fig. ), les pints représentatifs de la cmpsitin de ces rches se situent dans un dmaine particulier, cmpris entre celui de la série thléiitique et de la série alcaline. La série calc-alcaline semble spécifique des znes de subductin (fig. 2], arcs insulaires (Japn, Philippines, Antilles,...) et marges cnti nentales (Andes, Amérique Centrale, Nuvelle Zélande,...). B.4. - LA SERE ALCALNE La série alcaline diffère des deux précédentes par la valeur du rapprt alcalins/si02 plus élevé (fig. ) et par un déficit en silice, se traduisant dans le calcul de la nrme par l'apparitin d'livine et de feldspathïdes virtuels. La série alcaline (fig. 2] est caractéristique des dmaines intra plaque cntinentale (Afrique de l'est) et céanique (La Réunin, Hawaii).
Frntières de plaques Dmaines ntraplaques Divergentes Cnvergentes Transfrmantes Océanique (îles et seamunts) Cntinental Bnssins marginaux Drsales céaniques Marges cntinen tales Arcs insu laires Bmbements et rifts < Marges inacllves > hléiiles hliiites s. calc, alca]. ± shshnitique (u s. alcaline) ignimbrites s. thléiitique s. calc-alcal. s. shshnit. (u alcaline) basaltes aie. s. thléiitique s. alcaline s. alcaline néphélinites cerbnatites ihléiites en Fig. 2 : Sckzma Aimpti^ii dza n.zlatá,m> znviz ta natxxaz dzi nckzi vtcaniquzi zt z cadaz taactunjz
7 - C - CARACTERSTQUES ET ZONATON THERMQUE DES MNERAUX HYDROTHERMAUX LES A UN ENVRONNEMENT VOLCANQUE THOLETQUE Cl. - EXEMPLE VE L'SLANVE De nmbreuses znes géthermales nt été étudiées ces trente dernières années en slande, dans lesquelles des frages prfnds (2 ODD m] nt été implantés. Les aires géthermales d'slande nt été divisées en deux grupes distincts (PALMASON, 974). Les znes de "basse température" (T < 50 C à Km de prfndeur) crrespndent aux frmatins vlcaniques tertiaires et quater naires. Les znes de "haute température" (T > 200 C à km de prfndeur) snt pnctuellement rencntrées sur les branches NS et SW-NE qui cnstituent l'expressin en surface de la ride nrd Atlantique au niveau de l'rlande (fig. 3). Ces znes frment les districts vlcaniques les plus récents d'slande. Dans tutes les znes de "haute température", les frmatins dmi nantes snt des hyalclastites basaltiques et des basaltes aériens, de nature thléiitique. Nus nus intéresserns à quelques frages prfnds implantés dans des aires de faible et de frt gradient géthermique. Dans tus les cas, ce dernier a été mesuré et les différentes minéralisatins hydrthermales ren cntrées dans les puits nt été analysées, permettant ainsi, dans un état jugé à l'équilibre, d'asscier la distributin des minéraux secndaires à des intervalles de température. La figure 4 illustre la cupe gélgique et la distributin des minéraux hydrthermaux (KRSTMANNSDOTTR et TOMASSON, 976) dans un frage situé dans la zne de basse température de Seltjarnarpes, près de Reykjavik (vir emplacement fig. 3). Dans le champ de températures tel qu'il est estimé dans le frage (2D C à 25 C), la distributin des zelites, qui représentent l'essentiel des minéraux secndaires rencntrés, semble béir à une znatin spécifique. On peut ainsi définir :. une zne supérieure à chabazite, entre 20 et 75 C. une secnde zne à méslite-sclecite, entre 75 et 9D C. une trisième zne à stilbite, entre 90 et 0 C. une zne inférieure à laumntite, entre 0 et 25 C.
- 8 KRiSÎMK REYKJANES^*''^ TtiQRLAKSHQFN 0 25 90 75 loolun llll ^ LEGENDE Zne vlcanique récente V / /\ Rxhes d'âge tertiaire quaternaire Zne de haute tempárture Fig. 3 ; CAtJL ge-zgiquz achzmatique. d'jj>ùmdz-mnt/iant a caluatin dz& auula gíthznmazzá haute. tzmpznatu/lz zt ba z tejnpínrtum., mzntinyiizi dna z tzktz
9 - Zlit«s Prf. Cupe m. gélgique Ot Z E f 5.c Z ij 2 X ^ u ^ cn Z i/> 3 3 PÎ & -t> Tempértur* «n*e X - 0«/> 2 vu 20 30 40 SO 60 70 80 90 OO MO 20 30 É 500 000 LEGENDE ; Hylcelitita ; Bslt* Sédimtnts Bslte vec infereltinsdcmd'nnents l.'.m Dirfrite SOO ' 2000 Fig. 4 ; Cupz gélgique., dáj>taá.batin dzá minznaux hydntkznjnaux zt pn.{ i tkznmique. dam, un inagz ijnptanti dayu> Za znz gê.tkznjmjiz dz Szltjannannz&, lande. d'apn.z6 KRSTMANNSPOTTR zt TOMASSON [976]
0 - Par ailleurs, les minéraux des argiles snt également caractéris tiques d'une znatin thermique. Les smectites (grupe auquel appartient la mntmrillnite) apparaissent dans les premières centaines de mètres du frage et snt relayées à la cte - 600 m, pur une température crrespndant à BO C, par les argiles interstratifiées. La calcite rencntrée sur tute la puissance du puits ne cnstitue pas un bn marqueur thermique. La figure 5 illustre un diagramme similaire à celui de la figure 4 pur un frage de 2 000 m effectué à ThrlaKshôfn, au Sud Est de l'slande (fig. 3). Dans une zne qui peut être cnsidérée cmme intermédiaire entre les aires de basse et haute température, la chabazite et la phillipsite caractérisent l'intervalle de température D à 70 C, la laumntite apparait pur une température de 0D C jusqu'au fnd du frage prté à 8D C, la wairakite est spradique pur l'intervalle de température 50-8D C. Si l'n excepte les zelites, les smectites snt présentes sur tute la prfndeur du puits (0-80 C]. La présence d'épidte et d'argiles interstratifiées dans les niveaux les plus prfnds semble, en utre, signi ficative d'une zne d'altératin plus pussée débutant par une température de 60 C. Dans les znes de frt gradient géthermique (fig. 6 et 7], la plupart des zelites n'apparaissent que dans les niveaux supérieurs des frages, à des températures n'excédant pas 200-23D C. Tutefis, ' analcime et la wairakite se rencntrent à des températures puvant atteindre 300 C. Dans le frage de Reyk janes (fig. 6], une znatin assez nette est visible :. les smectites dminent jusque vers S0 C. une zne intermédiaire existe entre B0 C et 23D C avec des argiles interstratifiées et des smectites. une zne inférieure cncrétise la paragénèse chlrite-épidte et la présence d'argile interstratifiées entre 230 C et 290 C. Le frage de Krafla (fig. 7] cnfirme la zne à chlrite-épidte entre 200 et 300 C. On peut nter, en utre, l'apparitin de l'actinte (amphible calcique] à la température de 200 C ; ce minéral appartient à la zne chlrite-épidte.
' Prf. Cupt m. g«lgiqut Zelites pi 3 - f fi l ii X Temperature * e 00 200 Pi!ii;ll - t 500-00 0-...,.!,:;,,', m i!"'l!!i j'lii'iiii. sa r''*í* Legend!.: fïïïïiïïiltl Bslte Vlcn -sadinientaire raches beltiques Dlérite!:,n: l; 500- iji iiiiiiiiii "ï^ illll;,. 2000- jitillm^. Fig. 5 : Cupz gzlgiquz, dí6tnibutcn dz6 minznaax hydnxjthznjmjux zt pn.^il tkznmiquz dayu, un { njgz implanté, à ThnZcduhin, Uùmdz d'apnzi KRSTMANNSVOTTR zt TOMASSON [976]
Si ^ 2 Prf. Cupe m. gélgique O _ ssa 900 000. ftrnperaure *c n 200 300 \ \\^ i M e 6 s «s?? ïl., i «< : e m M Ar» h «u Fig. 6 : Cupz gzlgiquz, díátnábutin dei minznaux kydxtkznmaux zt pn^il tkznmiquz dani> un ^nagz implanté, à Rzykjanzà, l'ilandz d'apnzb PALMASON zt al [97S] i ( Chl SOO. \ LEGENDE 2000 Bslte altère' Bealte fraie Prf. m. O COW* Temperature *e jf «HHVque 200 900 400 'i^ T-rr \ S ill E» ë a. ) j u u < 5*^i Brècnei beltiques BrèclMe pdgenilquei et tufi SédimMti, tufe Grnphyre DleriM ReelMB vleniqub di nature differenterc 900.. 000. \^ i Fig. 7 : Cupz gzlgiquz, diifiibutln dei mcnznaax kgdn- 900 ' tkznmaux zt px^.ll tíizxmiquz daji4 un ixagz implanté, à K.xa^la, ^landz d'apnzi PALMASON zt al (797g)!. 2000 i
- 3 C.2. - RECAPTULATON VES VONNEES VSPONBLES EN SLANVE Parallèlement aux infrmatins furnies par les frages, KRSTMANNS DOTTR (975) et KRSTMANNSDOTTR et TOMASSON (976) nt cllecté l'ensemble des dnnées dispnibles dans les aires géthermales d'slande, cncernant la znatin des zelites et des autres minéraux d'altératin. L'ensemble des zelites présentes dans le cntexte thléiitique islandais est recensé dans la figure 8. On cnstate que les deux familles chimiques de zelites (fig. 9) snt représentées. L'envirnnement basaltique thléiitique semble dnc permettre la cexistence d'espèces calciques et sdiques. La distributin verticale des zelites d'slande, schématisée dans la figure 8, permet de mettre en évidence cinq znes symptmatiques d'un intervalle de température dnné :. la zne de la chabazite de 0 à 70 C. la zne du méslite/sclécite de 70 à 90 C. la zne de la stilbite de 90 à D C. la zne de la laumntite de 0 à 23D C. Cette dernière valeur semble cnstituer la limite supérieure d'exis tence de l'essentiel des zelites d'slande. Au-delà de cette température, seules nt été rencntrés spradiquement de l'analcime (peu fréquente de manière générale en slande] et de la Wairakite. Cmme nus l'avns vu précédemment (fig. 4, 5, 6, 7], d'autres minéraux d'altératin snt également de bns marqueurs d'intervalle de tempé rature (fig. D). Les smectites et argiles interstratifiées permettent d' btenir un recuvrement du dmaine thermique d'existence des zelites jusqu'à 230 C (znes et 2 de la figure 0). A des températures plus élevées, les meilleurs marqueurs d'une znatin semblent être l'épidte, la chlrite et l'actinte. Des minéraux cmme la calcite et le quartz qui snt pratiquement ubiquistes entre D et 30D C ne cnstituent pas de bns géthermmètres.
4.e O c c S O.t: "O."S u 8^ - 5) ««.'S - = -^ n i^ S g a E l ' «> E je S T.apprxLux limites des znes (en "c) Zne Zne 2 h70.90 Zne 3.0 Zne 4 L230 Zne 5.300 Fig. S : Znatin dei zzlttzà danà zà alxzi gztiiznmalzi> d'slandz zt tzmpznatu^'uli zitimzzb aux ^nxintizxzi dei dii^i^znzyvtzh znei d'apn.u KRSTMANNSVOTTR zt TOMASSON (96 9)
5 FG. 9 Gitmndine, Thmtnite. 4Ch'b2ite,Ginellnlte,Levyt«Setcltd* * \ ^ Lumntite t^ ^jf< a) relatins de cmpsitin des zelites calciques. An = Ca Al2SÍ20e Albitc b) relatins de cmpsitin des zelites sdiques. Ne = Na2Al2SÍ20e î_ _? 9!:LË _ 9P9yi í^l d'après HYASHRO et SHDO (970)
- 6 (/ M n C.2 T 2.y n f^ a <» = i < S» Z c -V San "«S "3 2-2 2â n ^ = aa 9 s -~ -.-. ^» 2 i 3 s " T 8 Températures apprximatives aux limites des znes (en»c) Zne Zcn^ l Zne Zne V ; : < 200 «c < 230 «C < 2B0*C Fig. 0 : Schima ^tmpli^z mntnant la. znatin deó pnáncipalz^ Zi>plcz kydntkznmalzá pnéizntzá dani za champi gztliznmiquiá acxi^i d'ulandz, zn fnctin dz la tzmpznatunz [d'apn.z& KRSTMANNSlDOTTR, 975]
- 7 D - CARACTERSTQUES ET ZONATON THERMQUE DES MNERAUX HYDROTHERMAUX RENCONTRES DANS UN ENVRONNEMENT VOLCANQUE CALCO-ALCALN Nus nus intéresserns à deux districts géthermiques qui nt été particulièrement bien étudiés en cntexte calc-alcalin : nus prendrns l'exemple du champ géthermique de Wairakei en Nuvelle Zélande (vlcanisme calc-alcalin de marge cntinentale) et de l'aire géthermale de Tngnan aux Philippines (vlcanisme calc-alcalin d'arc insulaire). V.. - EXEMPLE VU CHAMP GEOTHERMQUE VE ü/arake EN NOUVELLE ZELANVE Le site de Wairakei est lcalisé au Nrd du lac Taup dans l'île la plus septentrinale de Nuvelle Zélande (fig. ). Plusieurs campagnes d'explratin géthermique nt permis de bien cnnaître les cnditins gé lgiques de surface et de sub-surface (0-500 m de prfndeur). Du pint de vue pétrlgique, les principales frmatins rencntrées snt des laves de nature andésitique à rhylitique et des pyrclastites ignimbritiques. L'une des caractéristiques essentielles de la plupart des rches vlcaniques de Wairakei semble être leur sursaturatin en silice. Les travaux de STENER (977) résument l'ensemble des résultats btenus dans le site de Wairakei, et ntamment ceux cncernant la distributin des minéraux d'altératin. A partir des figures 2 et 3, n cnstate que l'étagement des minéraux des argiles (smectites et illites) en fnctin de la prfndeur ne se fait pas de manière aléatire. Deux limites de température peuvent être distinguées :. la première, aux alenturs de 30 C, cncrétise le passage des smectites sensu lat (mntmrillnites) aux argiles interstratifiées (smectites + illites). la secnde à 230 C crrespnd au début de la zne à illites sensu-lat (fig. 2). Cmme nus l'avns cnstaté précédemment, dans un envirnnement thléiitique (cas de l'slande), les minéraux des argiles s'avèrent de bns marqueurs d'intervalles de température. Leurs champs de stabilité thermique peuvent être cernés de manière très précise en déterminant la distance interréticulaire des plans (00) dans les argiles interstratifiées, ce qui cnduit à distinguer les purcentages de mntmrillnite et d'illite. Ainsi à Wairakei, STENER a pu mettre en évidence, à partir d'un matériel de base siliceux, la znatin thermique suivante :
- 8 - WHTE SLAND ^ BAY OF PLENTY 38 S 39»S- Rhylite Surces ch udes 0 0 20 30 40 skm ' ' ' _L ne-e T7 E Fig. ; Znz \flcaná.quz dz Taup zt ite. glthznmique. de. iikumákzi, Nnth Uùmd, NuvzUU ZUande. d'apn.u HEALy [962]
9 - PROFONDEUR iè u ;? 3 3 O X UJ c lu ~ i t ^ S 3 tu m - < i X K V> O - UJ N K < a. UJ EN METRES 0 la a- 300-400- 500-6a 700-800- s- 000-00 200. 60 80 OO 25 50 la 40 75 OO 60 25 SO 200 220»0 260 TEMPERATURE OC -H -H 4-50 75 200 225 250 PRESSONENBARS Fig. 2 : VLitxibutin qualítatívz dei mínzxaax kydnc tíiznjmaux zn fnctin dz la pnj^ndzux et de a tmpzxatuxz dani iz ^ûxagz d 225 de V aixz gztkzxmaiz dz luaixakzi, Nuvztiz zlandz d'apxz:> STENER [977]
- 20 - il E t i - : ï d i : >- O O UJ - < u UJ t- ^» (0 (0 X t~? UJ u. UJ s a. UJ N 3 O Prfndeur (m.) O-H OO. 200. (Zél RA POTA LOS 300- ART 400-500- 600. Fc. 3 ; Cci ttcfau-tcüh qtia tcut ue dei minzxaux lujdxtíizxmaux en iiictccii de a pn^ndzux zt dz ia tzmpzxatunz dani e ')cxagz d 7 dz t' aixz gz tiizvmalz dz Waixakzi, Ncuvctiz lélcmdz d'aptèi STENER (J977)
2 Vznnz MlcjmÁjquz siliczux Ca - MntmnÁZlnitz 20-30''C An.giJiz > inteju,tn.ati{tizzí> ijilite.-mntmnájllnajte. ná.ckz zn mntmnjjlzjyictz d[00] = 0-40 A à 2-54 A 220 C Angilz& intznátati^zá Utitz-mntmnAJilnAXz dzf^icyizntzi zn mntmnyillnitz 0-6 A à 0-2S A 230''C lute. 9-93 A à 0-04 A A cette znatin des minéraux des argiles s'ajute celle d'autres minéraux hydrthermaux, cnduisant à distinguer :. la zne à mntmrillnite et à ptillite, jusqu'à 30 C j. la zne intermédiaire cmprenant les argiles interstratifiées, la laumntite et la chlrite, de 30 C à 230 C ;. la zne à illite et chlrite accmpagnées de wairakite, albite, épidte, feldspath ptassique et quartz*, de 230 C à 250 C. * La frmatin du feldspath ptassique et la silicificatin semblent être le résultat de phénmènes mêtasmatiques initialises par des fluides géthermaux dans des znes particulièrement fracturées (STENER, 977).
22 V.2. - EXEMPLE VE L'ARE GEOTHERMALE VE TONGONAN, AUX PHLPPNES Située dans un cntexte calc-alcalin d'arc insulaire, l'île de Leyte a vu se dévelpper, dès 973, une plitique d'explratin géthermique cnduisant à la mise en évidence du champ actif de Tngnan (fig. 4). Les frmatins vlcaniques traversées par les frages snt essen tiellement des laves, des lahars, des tufs et des brèches de nature andésitique. Les minéraux d'altératin rencntrés dans un puits implanté dans le site de Mahia snt présentés dans la figure 5. Par ailleurs, la figure 6 récapitule les minéraux les plus signi ficatifs, en termes de znatin thermique, dans les champs de Mahia et de Malitbg, tus deux appartenant à l'aire géthermale de Tngnan (REYES, 97 9] suivantes Les séquences d'altératin qui peuvent être distinguées snt les. une zne de basse température jusqu'à 30 C dans laquelle la mntmrillnite est le minéral dminant ;. une zne intermédiaire entre 30 C et 250 C, dmaine des argiles interstratifiées, ù l'épidte est également présente j. une zne de haute température, de 25D C à 300 C, et au-delà. Les illites dminent et les minéraux assciés snt l'épidte et le feldspath ptassique. Les amphibles de la série tremliteactinte apparaissent vers 2B0 C et nt été truvées à des tempé ratures supérieures à 30D C dans certains puits. A Tngnan, l'ubiquité déjà bservée dans d'autres.cntextes gé lgiques, de la calcite, du quartz, de la pyrite sur tute la puissance des frages, ne fait pas de ces minéraux de bns géthermmètres. V.3. - BLAN VES OBSERVATONS EFFECTUEES EN CONTEXTE CALCO-ALCALN En Nuvelle Zélande cmme aux Philippines, l'étagement des paragénèses des minéraux des argiles s'avère une bnne échelle thermique. Les autres minéraux marqueurs d'intervalles de température bien repérés snt les amphibles de la série tremlite-actinte.
23 n Mkiling-Bnhw Tiwi.Albay O 2' Mindn <? LEGENDE: A Champs en prductin O Znes en explratin et dévelppement Ç^ Znes susceptibles d'explrtin B"- Mnat- Masr Mrbel Fig. 4 : AÓLZ& gztkznjmalzá dz l'an.ch pzl dzá Pkilippinzi Situatin dz la znz dz Tngnan dnt, l'zle. dz Lzytz
.. k ' 24 -.MNERAUX D'ALTERATON. «A O S * s. Temperture i'c) 00 200 300 ' w S p ô c Bi.r 5 -s w - l" = 2 c "3 < = u^&úis'<< u.a.u l l L_ 4..;.. '.. «'. '. J ; ; *. *» V V «! «** J» <f\.'.'-': > V «* V* k «v«w k v^ V v> 00-200- 300-400- 500-600- 700-800- 900-000- 00-. V t 200- : ^ W * 'l' **" V!... 300- KOO- " K* 500- ci 600- TD = 665m =z: t LEGENDE: ; Andésites et dacites [ * ; ^j Dyl<e de Dirite Vlcanclstltes ^^H Skarn Fig. 5 : Vi^tnibutin dzi> minznjux kydnthznjnaux dam un { nagz implanté danà lz àixe. gzthznmiquz dz ^Áahia, Pkilippinzi d'apxli REYES [979]
di^taíbutih dei minznaux à MalLtbg dutaíbutln de i minznaux dani un puit^ dz Maliia tzmpznatunz maximum attzinta à h\atitbg = 2S4''C MNERAUX SECONDARES OO Temperature "c 200 30< Chlrite Smectite mam^im a^a^^ * ^bh^ ^^^m... _ lute. Smectite (Argües interstratifie'es) Ln llite Epidte Trémlite- Actinte _. J r Fig. 6 : Znatin tímnmiquz dei mlnznaliiatim hydntht nmaiz6 pnzizntzi dani tzi iitzi dz Maiiia zt dz Matitbg, d'apnu REVES [97 9]
26 On peut s'étnner de la faible représentatin des zelites dans les terrains étudiés. Les tris espèces rencntrées snt la ptillite, la laumntite et la wairakite qui se succèdent dans cet rdre, parallèlement à une élévatin de la température. Deux de ces espèces, la laumntite et la wairakite, snt calciques et semblent particulièrement représentatives de l'altératin zéli tique en cntexte calc-alcalin (SEK et al, 97 j HAYASH, 973...). Tutefis, WESTERCAMP (98) en Hartinique et KOSTOV (969) en Bulgarie décrivent de nmbreuses autres espèces de zelites (natrlite, analcime, thmsnite, stilbite,...] dans d'autres envirnnements andési tiques. Les principaux résultats résumant la distributin des espèces hydr thermales et leur dmaine de stabilité thermique, directement explitables lrs d'une campagne d'explratin en milieu calc-alcalin, snt présentés plus lin (tableau ).
27 E - CARACTERSTQUES ET ZONATON THERMQUE DES MNERAUX HYDROTHERMAUX RENCONTRES DANS UN ENVRONNEMENT VOLCANQUE ALCALN Peu de champs géthermiques actifs nt été dévelppés dans ce type d'envirnnement, aussi les dnnées alliant gradient de température et distri butin des minéraux hydrthermaux snt-elles rares. Nus présenterns tutefis deux archipels, les Acres et Hawaii, qui cnstituent de bnnes cibles géthermiques. E.J. - EXEMPLE VES LES HAííVV Un frage géthermique prfnd ( 9D0 m) effectué dans l'île princi pale d'hawaii a traversé une séquence de culées basaltiques aériennes et de pillw-lavas basaltiques sus-marins, sur le flanc Est du vlcan Kilauea (fig. 7). La znatin des minéraux hydrthermaux telle qu'elle a été bservée à Hawaii (STDNE et FAN, 978 ; FAN, 979) est cnsignée dans la figure 8. Les cinq znes qui nt pu être définies se succèdent parallèlement à l'accrissement du degré géthermique. Les températures d'existence de la mntmrillnite, de la chlrite et de l'actinte nt pu être appréciées dans le frage HGP-A de l'île d'hawaii. Les znes à kalinite et alunite nt été mises en évidence dans les îles de Oahu et Mlkai qui appartiennent au grupe des Hawaii. Elles se situent stratigraphiquement en psitin supérieure par rapprt aux tris autres znes, mais il n'a pas été pssible de situer leur champ de stabilité thermique. En fait, à Hawaii, seule la zne à chlrite (chlrite + argiles inter stratifiées, chlrite-mntmrillnite et chlrite-vermiculite] est thermiquemenf bien définie (290 C-325 C), et il faut remarquer que les cinq znes d'altératin n'nt Jamais été truvées ensemble dans la même lcalité. l est intéressant de nter que les différentes znes d'altératin d'hawaii snt assez semblables (si l'n excepte la zne à chlrite) aux znes hydrthermales de l'aire géthermale de Matsukawa au Japn (SUM, 969) dans un cntexte gédynamique et pétrlgique très différent. Cela cnfirme dnc ns premières bservatins cncernant la représen tativité des minéraux des argiles (smectites, chlrite, kalinite,...) dans tus les cntextes pétrchimiques.
- 26 66* 55* O 0 30 Mi r-h H 0 30 30 Kr 20- Fig. 7 : Cantz dz l'zlz d'hauxiii mntnant la lcjliiatin du { na^z gzthznmiquz HGP-A d'apn.z& STONE zt FAN [97S] P-A!»»6* 59«Fig. S : Lzi iiciatini minznjajü > nzncjoyvtnjizâ dam zi znzi kydnjthznmalzi dz 'anxihipzl d'haujcuu d' apn.zi FAN (7 979 ) Znz dz Znz dz la Znz de. la ' actintz cklnázz mntmnájilnitz Znz dz la kalinttz Znz dz VaZwfUXjz Actintz Alhltz Alunite. AnhydniXz CalUtz ChZnÁtz CnÁ^tbalite. Hzmatitz Hzulandite. Kalinitz Laumntite. MntmniltniXe. Mndznitz PynÀXe. QuAtz AngilZÁ intzn^tnati{ i Zi Chlnitz-mnt. CinJinitz 'vznmicu. 325*0 290
29 En ce qui cncerne les zelites, tris espèces, la heulandite (Ca, Na2 [A2SÍ7O8] BH2O], la laumntite (Ca[Al2Sii+Oi23 4H20) et la mrdenite (Na2, K2, Ca [Al2Sii02'ti 7H2O] snt représentées à Hawaii. La heulandite est spradique dans les znes de la mntmrillnite et de la chlrite. La laumn tite et la mrdenite snt cantnnées dans la zne de la chlrite. Chimiquement, les tris zelites rencntrées à Hawaii ne semblent pas spécifiques de l'en virnnement alcalin (zelites sdiques mais également calciques). Ntns qu'elles nt été également truvées en slande (fig. 8). E.2. - EXEMPLE VES ACORES L'archipel des Acres est cnstitué par un grupe de neuf îles, éparpillées de part et d'autre de la ride medi-atlantique (fig. 9 a et b). Nus nus intéresserns à l'île de Sa Miguel ù un frage géther mique implanté par la sciété EURAFREP, sur le flanc nrd du vlcan Agua de Pau (fig- 20), a permis de traverser 200 m de laves alcalines sub-aériennes et sus-marines et de pyrclastites (fig. 2). La déterminatin des minéraux d'altératin (PEZET et SURCN, 978) cuplée au prfil thermique du puits (fig. 2) permet de déduire certains résultats : La zne de la kalinite précédant à Hawaii la zne à mntmrillnite n'est pas cnfirmée ici. Sn champ d'existence à Sa Miguel s'étend de 70 C à 225 C. De la même manière, l'alunite définie précéderrment cmme étant caractéristique de basses températures apparait à Sa Miguel pur des tempé ratures de 25-225 C. On vit bien là la difficulté qu'il y a à cerner le champ de stabi lité d'une certaine espèce d'un champ géthermique à l'autre. A Sa Miguel, les principaux résultats explitables snt furnis par le passage mntmrillnite (70 C-70 C)-illites (= 25 C) qui reflète un changement de zne, déjà remarqué dans d' autres cntextes et la distributin des zelites (70 C-80 C) cantnnées dans une bande étrite de température. Le stilpnmélane, la prehnite et la pyrphyllite snt également marqueurs d'une zne thermique restreinte ( 50-8D C). L'apparitin de l'épidte aux alenturs de D0 C et sa disparitin vers 220 C peuvent paraître surprenantes et ne crrespndent pas au schéma curamment admis d'une zne à épidte prfnde.
- 3D.45* irdurw -35" AFRQUE Fig. 9 a : Situatin dz ' anchipzl dz-i Aç^ei djii 'Oczan Atlantiquz Nnd zt pan. nappnx à la ná.ck,-mzdi -atlantiquz [d'apn.li Mc GRAU, 976] [RMA] Cn 30» 28» 26» ^Flres Gracisa 3e»N. Fil ^ Rc ^ -. Terceire SOO Jrge LiXAUSATON DU FORAGE SaMigîJër 0 Mi 7S SnlQ Maria CO Fig. 9 b: Tpnijmiz dei Zlz^i dz t'anckipzi dei Aç^^^i
.38» 25»50' r 30' (^ Principux zntres * r vlcaniques Cnes secndaires % Sete \ ^ C idadesv LOCALSATON DU FORAGE Ribeira GrndeL/N RGi ^^' /N^^ Nrdeste \ Cmplex,, * Furnas ^^.r. Pnt Delgad t 3 Agu V. Í jj V* y ai Pu ^. \» f\ JRvac / y 0 s 0 Km.40' i «i.-.!.. F(i). 20 : LcaiÂiatin du ( nagz du Ribzina Gxandz [RG ] dani 'tiz dz Sa Miguzl (Aç-^ei) d'ap^èi Mc GRAW [976]
différenciée Mntmrillniie Stilpnmé Pyrphyll Anhydrtt FG 2 REPARTTON DES MNERAUX HYDROTHERMAUX DANS LE FORAGE DE RBERA GRANDE ( R.G. ) 0 Minéralisatins hydrthermlee 0) c Ul Q> SAO MGUEL _ ACORES D'après PEZET et SURCN (978) et P ROCHER (982) Cupe gélgique 0 TT- "^ 0 50 OO 50 200 250 Température en "G \ -OO +.; OO 42 ^ 200- Niveau de la mer 200 sédiments fins avec palésls et rares intercalatins tractiytiques 272 3-t-5<V;, 300- Argile plastique A A. 400- Culées de laves prptiyriques avec scries et passées cendreuses m, Brèches à éléments de lave huileuse et á ciment argileux ferrugineux avec quelques culées de laves prphyriques 500 A A. A A A A. Brèches scriacées et culées de laves peu puissantes 60O 600- W y V ] Brèches et intercalatins de culées J de laves Tâ^ 700- Argiles nn Aï. ^^ Basaltes céaniques et brèches de laves céaniques Prfil thermique bservé Prfil thermique interpreté Klinite 80C- L. illites - - Température mesurée (paliers) Température estimée Silice am 900 Qurtz Chlrite ne Si dérite Calcite 000 Pyrite Epidte Prehnite -00- ' 00 - Stilbite ( Zelites n différend Alunite 200-
33 Les autres minéraux secndaires présents dans l'envirnnement alcalin de Sa Miguel (calcite, quartz, chlrite,...] de par leur étalement sur tute la puissance du frage, ne peuvent être pris en cnsidératin. E.3. - L'LE VE LA REUNON La rareté des ctiamps géttiermiques implantés dans des znes vlcaniques de ctiimisme alcalin nus cnduit, pur étayer les dnnées dispnibles sur les minéralisatins hydrttiermales, à cnsidérer d'autres exemples ù n'nt pas été implantés de frages prfnds. L'île de la Réunin a vu se dévelpper, récermient (978-98], une campagne d'explratin géttiermique menée par le BRGM. Celle-ci a inclus dans sn prgramme de rectierctie l'étude systématique (RANÇON, 982) des minéraux hiydrttiermaux rencntrés dans le bâti vlcanique du massif du Pitn des Neiges. Le magmatisme du Pitn des Neiges, bien que catalgué cmme transi tinnel (intermédiaire entre les magmatismes ttiléiitique et alcalin], peut être rattaché, pur les besins de ntre étude, à un exemple de vlcanisme alcalin au vu des termes différenciés (hawaiites, mugéarites, benmréites, trachytes] qui nt été émis. En l'absence de frages prfnds, il a tutefis été pssible, à partir d'investigatins de surface et de subsurface, de mettre en évidence une znatin circulaire de certains faciès hydrthermaux à partir du Pitn des Neiges sensu-strict (fig. 22]. Par ailleurs, en s 'appuyant sur les dnnées chiffrées furnies par les synthèses expérimentales et les études de champs géthermiques actifs, adaptées au cntexte gélgique réuninnais, nus avns pu estimer les champs de stabilité thermique des principaux minéraux secndaires de l'île (fig. 23]. Ces minéraux snt essentiellement des zelites (calciques et sdiques] carac téristiques (à l'exceptin de la laumntite] d'un envirnnement sus- saturé en silice. De nmbreuses autres espèces parmi lesquelles ' albite, la prehnite, la tbermrite (silicate de calcium hydraté] snt également représentées à la Réunin, mais l'n cnstate que peu d'espèces pssèdent un champ de stabilité thermique suffisamment étrit pur puvir cnstituer, à elles seules, des minéraux-repères des palé-températures. Tut au plus, puvns-nus définir, dans le cas précis de l'île de la Réunin, six faciès minéralgiques crrespndant à des paragénèses délimitant une certaine furchette de température :
CROUE DE MAFATE 34 Pitn d 'ENCHAN Le BELER. / Riv. FLEURS jaunes- CRQUE DE SALAZE Riv. du BRAS ROUGE Grand BENARD CROUE DE CLAOS MTLE 5Km bj v\^\ Serie difmrendm nn hydrthcrmlime Oce'nitcs mccnles nn hydrthermhnin Faciès 8 ehbzitcpltiliipsite Faciès S laumntite. thmsnitt * * * J Faciès S natrlite _ thmsnile Fdes 8 lbitc _ pratnuc Fcies 8 analcime. tiimsnite Fcies 3 prehnite -pumpellyitt Fig. 22 : Hzpnlizntatln caatgnaphlquz dz > iacjjti hydn.thznmaax à l* af^^lzuazmznt dam tzji { nmatim autchtnzi dzt> tals ciaquz6 du Pitn dzâ NÀ-gzÂ. Extzn&in hupp&tz dzt diiizn.zntt, ^ac e.
35 50 OO l_j L..i 50 200 250 3(X) 350 a-_i i ' ' i_u ' L 400X Fcie's ô Cttbzite Phillipsite Phillipsite ^ Chabazite 2 Fcie's Natrlite Tttmsnite Tbermrite 00 ^p Natrlite Thmsnite Grrnite Fcie's ô Anlcime Thmsnite 4 Fcies ó Lumntite Thmsnite (envirnnement rictie en Silice) 5 FciM ó Albite Prehnite 35 ^C Anlcime 60 TOO Laumntite 200 MO Albite Prehnite Fcie's S Prehnite Pumpellyite 260 ^ Pumpellyite Diagenèse 'Brwnstne faciès' t Anchimétamrphisme du faciès zelite 380 3 m ^ u> CD (D> rr D> g tn * n-t3 -t 3- H^ H- n tn rr =3 O (C FG. 23 : Dmaines de stabilité thermique bes principaux minéraux hydrthermaux de l'le de la Réunin et des assciatins caractéristiques d'un faciès minéralgique.
36 - faciès à chabazite - phillipsite : 0 à 35 C. Ce faciès peut être assimilé au "Brwnstne faciès" de CANN (979]. l crrespnd également, pur de faibles valeurs de la température, à la diagenèse. - faciès à natrlite - thmsnite : (30 à 250 C - faciès à analcime - thmsnite : 35 à 300 C - faciès à laumntite - thmsnite: 80 à 3CD0 C Ces tris faciès snt caractéristiques de ' anchimétamrphisme du faciès zelite. - faciès à albite - prehnite : 200 à 360 C. La limite supérieure de ce faciès marque le début du métamrphisme sensu-strit. - faciès à prehnite - pumpellyite : 260 à 325''C. On cnstate que les "furchettes" de température qui peuvent permettre de recnstituer un palé-envirnnement thermique dnné, snt très écartées. De même, l'imprtant recuvrement des différents faciès, nuit à la précisin des recnstitutins. Tutefis, à la Réunin, au-delà de l'apprche quantitative, c'est l'inventaire des différents minéraux hydrthermaux rencntrés en milieu vlcanique alcalin qui s'avère précieux.
- 37 - F - SYNTHESE : APPLCATON AU SUV D'UN FORAGE GEOTHERMQUE EN MLEU VOLCANQUE Le tableau récapitule l'ensemble des bservatins réalisées dans les sites géthermiques que nus avns pris cmme exemples. F.l. - RELATONS ENTRE LE CHMSME VE LA ROCHE-MERE ET LA MATURE VES MNERALSATONS SECONVARES Les éléments chimiques majeurs qui snt les plus aisément rembilisés lrs des prcessus d'altératin snt les alcalins et parmi eux le sdium. Cependant, n ne remarque pas de lien de cause à effet entre la cristallisatin d'espèces secndaires riches en alcalins (zelites sdiques par exemple : analcime, phillipsite, meslite,...] et la richesse en alcalins du matériel d'accueil. Ainsi, des zelites sdiques snt rencntrées aussi bien à la Réunin (NATVEL, 978 ; RANÇON, 982] qu'en slande (fig. 8]. En ce qui cncerne le calcium, élément tutefis mins facilement rembilisable que les alcalins, il entre dans la cmpsitin de l'épidte, des amphibles de la série tremlite-actinte, des zelites calciques (thmsnite, chabazite, stilbite,...]. L'aire de répartitin de ces différents minéraux cuvre là encre, aussi bien le champ calc-alcalin que les champs alcalin et thléiitique. De tus les éléments chimiques rembilisables, il semble que ce sit le silicium qui jue le rôle le plus imprtant dans le dévelppement des espèces secndaires (SUKHESWALA et al., 974). Les résultats expérimentaux btenus par certains chercheurs (HOLLER et WRSCHNG, 974] indiquent que certaines zelites se frment préf érentiellement à partir de verre riche en silice (laumntite, mrdenite] u, au cntraire, à partir de verre pauvre en silice (chabazite, phillipsite,...]. COOMBS et al., (959) nt d'ailleurs classé les zelites en tris grupes en fnctin de leurs teneurs en SÍO2. (fig. 24]. Tutefis, tut n'est pas d'une évidence parfaite et le plus suvent il est difficile de faire la part de l'héritage direct de l'encaissant et des circulatins géthermales prfndes. Ainsi, si l'existence de la laumntite en slande semble due à la richesse relative en silice de l'envirnnement thléiitique; par cntre à la Réunin, la présence de ce minéral a pu être rattaché à des cir culatins hydrthermales siliceuses cntempraines de la mise en place d'un plutn acide. A la suite de ce bref aperçu, la première cnstatatin qui s'impse cncerne l'ubiquité de la plupart des minéraux hydrthermaux retenus dans les tris grands types d'envirnnement pétrchimique :
- 38 Les minéraux des argiles, l'épidte, les feldspaths et la plupart des zelites (calciques et sdiques], peuvent être rencntrés aussi bien dans une rche prteuse alcaline que thléiitique (faible teneur en Na et K, et riche en Si] u calc-alcaline (riche en Si, Na, K et Ca]. A cet égard, le cntrôle exercé par la rche hôte dans la négenèse minérale hydrthermale n' apparait pas fndamental : la cristallisatin des espèces secndaires, influencée de manière primrdiale par le facteur température, ne reflète pas clairement l'héritage géchimique de la frmatin encaissante. F.2. - LES MNERAUX MARQUEURS V UNE ZONATON THEmUQUE Dans le tableau, seuls les minéraux représentatifs d'un intervalle de température restreint nt été reprtés. On cnstate que parmi les nmbreux minéraux hydrthermaux répertriés dans les frages géthermiques, seul un petit nmbre d'espèces u de familles peut être, dans l'état actuel des cnnaissances, applicable à des prblèmes cncrets. Parmi celles-ci, les zelites, les minéraux des argiles, les felds paths secndaires (feldspath ptassique et albite], les amphibles calciques et l'épidte, snt les plus curantes. La famille des argiles réunit un grand nmbre d'espèces. Parmi elles les illites et les smectites nt une significatin thermmétrique assez nette. On peut également cnsidérer les argiles interstratifiées dans lesquelles les feuillets snt cnstitués de minéraux de nature différente. Les smectites semblent se frmer aux températures les plus basses, jusqu'à 30 C à Wairakei et à Tngnan, 60 C en slande et 70''C à Sa Miguel. Tutefis une exceptin est ntable à Hawaii ij les smectites snt présentes jusqu'à 30 C. Dans l'rdre d'apparitin, les argiles interstratifiées, puis les illites, viennent à la suite des smectites, parallèlement à une élévatin de la température. La successin smectites - argiles interstratifiées - illites, quand elle existe dans un même puits, est un guide précieux d'une znatin thermique. Cette znatin s'avère assez bien définie dans un envirnnement dnné (exemple Wairakei - Tngnan en cntexte calc-alcalin]. Des minéraux des argiles, n peut rapprcher la famille des chlrites, autres phyllsilicates, qui s'avèrent dans certains cas (slande] de tiennes signatures thermmétriques. Dans l'avenir, l'étude des minéraux des argiles lrs d'un suivi de frage géthermique, dit s'avérer indispensable et dit être affinée de manière à quantifier de façn plus satisfaisante encre les frntières des znes (le purcentage illites/smectites dans les argiles interstratifiées dit être tut particulièrement apprécié, vir p. 2],
- 39 Lzi_zzqlitzi Classiquement utilisés cmme marqueurs d'une znatin, les minéraux de cette famille snt bien représentés dans la plupart des terrains vlcaniques. En slande (fig. 8 et tableau ] les espèces de zelites snt nmbreuses et caractérisent des intervalles de température bien repérés. A Wairakei, Tngnan, Hawaii et Sa Miguel, bien que le nmbre d'espèces qui cexistent, sit imprtant, chacune d'entre elles semble avir un champ de stabilité thermique assez restreint. Le cas de la Réunin est assez particulier dans la mesure ù les larges intervalles de température retenus ne crrespndent pas à une bservatin directe faite dans des frages, mais à une cmpilatin bibligraphique des dnnées expérimentales. En tut état de cause, il s'avère qu'un minéral islé est rarement significatif de par sa seule présence d'un dmaine de température suffisamment étrit. l est alrs nécessaire de s'intéresser aux paragénèses minérales et de définir des faciès minéralgiques qui reflètent un climat géthermal particulier. Ce travail effectué à la Réunin (fig. 23] a permis de déterminer des furchettes de température plus étrites. De manière générale, les zelites apparaissent cmme de bns marqueurs thermiques dans l'intervalle 0-300 C (faciès zelite]. Leur ubiquité, leurs paragenèses fréquentes avec d'autres espèces de cette famille u d'autres minéraux secndaires, leurs champs de stabilité thermique assez bien cnnus en fnt de précieux auxiliaires de l'explratin géthermique. Le^ _ jje. dó pi^ _4 cnda A.eá Ce snt essentiellement ' albite (pôle sdique] et l'adula ire (pôle ptassique] qui cristallisent pur des températures de l'rdre de 2D0-23D C. Si cette limite inférieure de stabilité thermique semble assez bien respectée, n ne cnnaît pas, par cntre, les températures supérieures d'existence de ces espèces qui caractérisent suvent une assciatin avec l'épidte (faciès albite épidte, des schistes verts], véritable faciès métamrphique. L'_zpidqtz Minéral cmmun des gîtes métamrphiques, l'épidte est curamment rencntrée dans les niveaux les plus prfnds des frages géthermiques. Sa température d'apparitin semble le plus suvent se situer aux alenturs de 200-230 C (slande, Acres, Nuvelle Zélande]. Sa présence dans un hrizn gélgique en tant que minéral islé u en assciatin avec l'albite (vir plus haut] est un bn indice de l'exis tence d'un système géthermal actif.