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Doc. Lab. Géol. Lyon, n° 96

 

M. SEYLER (1986) - Magmatologie des séries volcaniques
métamorphiques. L'exemple des métavolcanites cambro-ordoviciennes,
en particulier alcalines, du socle provençal (France).
371 p., 139 fig., 33 tabl., 4 cartes
.


R
ésumé

Le travail exprimé dans ce mémoire est une contribution à l'étude des séries magmatiques métamorphiques. Son but principal est la recherche des caractères et de l'évolution magmatique primaires de diverses séries métamorphiques d'origine totalement ou partiellement volcanique, appartenant aux massifs hercyniens des Maures et du Tanneron. L'existence, aux côtés de métavolcanites de nature tholéitique, d'anciennes formations ignées alcalines acides et basiques, a orienté plus particulièrement cette étude vers l'élaboration d'une méthodologie applicable à ce type de matériaux, et permettant de :
- déterminer la nature précise et l'alcalinité originelle des roches parentales ;
- préciser les processus de différenciation des magmas parents et d'évaluer les conditions physico-chimiques ayant présidé à leur évolution ;
- cerner les sites tectoniques de mise en place et d'en déduire leur signification géodynamique ;
- reconnaître l'action d'altérations postmagmatiques, mais antémétamorphiques ayant affecté certaines séries.
La méthode utilisée est essentiellement géochimique, basée sur l'emploi de diagrammes d'évolution et de discrimination - dont certains sont nouveaux - utilisant de préférence les éléments majeurs et en traces les moins mobiles (Si, Al, Fe, Ti, Mn, Mg, P, Nb, Zr, Y, éléments de transition). Cependant, des données de terrain et une étude pétrographique et minéralogique approfondie - s'appuyant en particulier sur les caractères morphologiques des zircons non recristallisés et des analyses à la microsonde - viennent à l'appui des données géochimiques.

Chapitre I
Des résultats nouveaux acquis par des travaux de terrain sont présentés. Cette partie comprend une description des diverses formations lithostratigraphiques méso à catazonales et une synthèse des données cartographiques, tectoniques, pétrographiques et géochronologiques de la partie centrale des Maures, secteur où sont concentrées la quasi totalité des métavolcanites étudiés. L'histoire géologique du massif des Maures est analogue à celle qui caractérise les massifs internes de la chaîne varisque. Sa partie centrale est constituée de deux unités peut-être séparées par un contact anormal synmétamorphe. L'unité inférieure est représentée par des gneiss ortho et para, des migmatites et des micaschistes à sillimanite dans lesquels s'intercalent des bancs d'amphibolites. L'unité supérieure comprend des orthogneiss infracambriens (Bormes) jouant le rôle d'un socle et des micaschistes et métavolcanites associées datées de la base de l'Ordovicien (Collobrières, forêt des Arcs, Valescure). L'événement tectono-métamorphique majeur se situe entre le Silurien supérieur et le Carbonifère inférieur ; il comprend 2 phases principales de tectonique tangentielle contemporaine d'un métamorphisme de type Barrow. Au Carbonifère, une phase de serrage accompagnée par la mise en place de leucogranites donne une structure en dôme au massif des Maures.

Chapitre II
Il est consacré à l'étude de la série de Collobrières. Celle-ci est représentée par des amphibolites alcalines et des ortholeptynites dérivées de trachytes alcalins. L'appartenance à une série alcaline, le rôle de la cristallisation fractionnée et l'origine magmatique commune des roches acides et basiques, sont mis en évidence par le comportement des éléments les plus inertes. La série de Collobrières est étudiée par comparaison avec des séries volcaniques de références. Une classification des séries alcalines différenciées par cristallisation fractionnée est proposée, basée sur l'alcalinité des magmas parents et les conditions physiques (P H2O, fO2) sous lesquelles ont eu lieu les cristallisations. Ces deux facteurs contrôlent en effet la nature et la composition chimique des produits différenciés, et l'on montre qu'ils peuvent être connus par l'étude des comportements de l'alumine et du fer par rapport à la magnésie dans les roches basiques et intermédiaires, et par rapport à la silice dans les roches acides.
Certaines formations originellement volcaniques de Collobrières ont subi des altérations post-magmatiques qui les ont transformées en sédiments (actuellement gneiss à biotite, épidote, calcite ; leptynites potassiques ; schistes à muscovite). Une étude chimico-minéralogique de ces transformations est abordée.

Chapitre III
Il contient une étude pétrographique et géochimique du groupe leptyno-ainphibolitique de la forêt des Arcs et de Gassin. Les roches basiques, amphibolites et métagabbros, sont étudiées par les méthodes géochimiques maintenant classiques mises au point au cours de ces dernières années pour les basaltes altérés ou métamorphiques. Il s'agit d'anciennes tholéiites à affinité océanique mais mises en place en milieu continental, associées à d'anciens cumulats à bytownite, diopside et olivine. Les roches acides sont représentées par des ortholeptynites roses alcalines. La méthode d'étude qui est présentée ici permet de montrer que les plus siliceuses d'entre elles étaient originellement hyperalcalines (comendites) et dérivaient de la cristallisation fractionnée d'un magma trachytique ou rhyolitique alumineux. Cette étude montre également que les deux ensembles acide et basique ne sont pas cogénétiques.
Ce groupe renferme aussi des alternances fines (mm à cm) d'amphibolites et leptynites alcalines (formation mixte) ; sur des arguments minéralogiques et géochimiques, il est proposé que la formation mixte corresponde à une zone de cisaillement synmétamorphe affectant principalement d'anciens trachytes ou syénites.

Chapitre IV
Il traite de diverses autres formations d'origine ignée :
- description pétrographique et présentation des principaux caractères géochimiques d'ensembles dérivant d'anciennes rhyolites hypersiliceuses et alcalines, associées (Valescure, Vaucaude, La Garde Freinet) ou non (Adrets de Tanneron) à des métabasaltes ;
- étude géochimique des amphibolites à affinité tholéiitique continentale intercalées dans les migmatites inférieures des Maures centrales et orientales et du Tanneron ;
- étude pétrographique et géochimique d'orthogneiss ultrapotassiques à affinité lamprophyrique.

Chapitre V
Une discussion de la nature, de l'origine et de la signification géodynamique des différents types de leptynites (métarhyolites) siliceuses à hypersiliceuses, alumineuses, alcalines à hyperalcalines, qui constituent des associations bimodales avec des métabasaltes tholéiitiques à alcalins, est présentée. Une étude géochimique montre que le comportement des éléments majeurs Si, Al, Fe et Mn, et les teneurs en éléments en traces Nb, Zr et Y, permettent de discriminer les rhyolites d'origine mantellique des rhyolites d'origine anatectique, les rhyolites anorogéniques des rhyolites orogéniques ; les rhyolites mises en place au cours d'une distension qui succède à un volcanisme orogénique présentent des caractères intermédiaires. L'application de ces résultats aux métarhyolites de Provence amène à caractériser plusieurs phases de magmatisme acide : volcanisme anorogénique des Maures centrales, volcanisme orogénique dans le Tanneron, phases de leucogranitisation antémétamorphiques et synmétamorphiques.

Chapitre VI
Les résultats nouveaux acquis au cours de ce travail sont discutés. Ils permettent de proposer une hypothèse concernant l'évolution géodynamique de la Provence au Cambro-Ordovicien. Une brève comparaison avec les régions hercyniennes proches (Cap Sicié, Corse, Sardaigne, Toscane) est présentée.

En conclusion
Deux résultats importants se dégagent de cette étude :
- Le premier, d'un intérêt régional, conclut à l'existence passée de 2 épisodes volcaniques majeurs dans le socle provençal ; un volcanisme de type orogénique, d'âge cambrien (??), localisé dans le Tanneron, les Maures occidentales et le Cap Sicié ; un volcanisme anorogénique d'âge ordovicien inférieur, principalement localisé dans les Maures centrales. Ce dernier était caractérisé par une association magmatique apparemment unique dans la chaîne varisque française : basaltes alcalins, basaltes tholéiitiques à transitionnels, trachytes alcalins, rhyolites alumineuses et alcalines, comendites, monzonites lamprophyriques, syénites potassiques.
- Le deuxième, d'un intérêt général, propose une méthode d'étude des séries volcaniques alcalines métamorphiques ; il est montré pour la première fois que des ortholeptynites, roches généralement considérées comme "anonymes", peuvent aussi renseigner sur la nature et la signification géodynamique des paléovolcanismes.

 

Abstract

Purpose
This work is a contribution to the study of moderately to highly metamorphosed magmatic rocks. The main purpose is to recognize the primary characters and the magmatological evolution of some igneous-derived metamorphic suites belonging to the Provence Hercynian basement (massif des Maures -Tanneron). In addition to metavolcanics of tholeiitic affinity, this massif contains several felsic and mafic alkaline formations whose study is complicated by the importance of mobile elements in their chemical compositions. So this study also provides a framework for identifying metamorphic alkaline suites, which makes possible :
- the recognition of the original compositions (in particular of the undersaturation grade and alkali contents), the reconstruction of the differenciation processes, and the estimation of the physical conditions in the course of the crystallisation ;
- the determination of the tectonic setting ;
- the action of postmagmatic but antemetamorphic alterations affecting some of them.

Methodology
The discussions are mostly based on the comparison between major - and trace - element geochemistry of the metamorphic rocks and well-known volcanic rocks. Variation and discrimination diagrams, using preferentially the less mobile elements, are employed ; certain diagrams are new and especially constructed for the purpose. Fieldwork and petrographical and mineralogical studies also provide some evidence to support the geochemical data, in particular electron microprobe analyses and study of the morphologic characteristics of zircons.

Mains results
(1) The alkaline bimodal association of Collobrières comprises alkaline amphibolites and sodic gneisses derived from alkali-trachytes. The behavior of the less mobile major elements and of the transition and incompatible elements strongly suggests that this association belonged to a former moderately alkaline volcanic series (about 5 % normative nepheline in the undifferentiated basalts), that it has undergone a fractional crystallisation differenciation under moderate P H2O and fO2, that the acid and basic rocks have a comagmatic origin.

(2) The bimodal group of Les Arcs-Gassin is made up of fine-grained amphibolites, metagabbros and alkaline pink gneisses. Geochemical and mineralogical studies provide some evidence that the fine-grained amphibolites are derived from continental tholeiitic basalts connected by a shallow-level fractional crystallisation, while the metagabbros are relicts of cumulate layered intrusions ; variations in major elements are consistent with a comagmatic origin of metabasalts and cumulates. The pink gneisses are studied with new diagrams which show that the more siliceous of them are former hyperalkaline rhyolites (comendites) which could be produced by fractional crystallisation under low fO2 of aluminous trachytic or rhyolitic magma. It is also suggested that the felsic and mafic rocks are not genetically related.

(3) Other metarhyolitic and metagranitic suites are investigated ; some of them are associated with a few alkaline to tholeiitic amphibolites. All have alkali-rich, high-silica, aluminous to comenditic compositions. The behavior of Al, Si, Fe, Mn and the Nb, Zr, Y contents descriminate between the meta-rhyolites belonging to anorogenic bimodal associations and deriving from a mantle or low crustal silicic, magma, and the metarhyolites and metagranites produced by crustal anatexis in relation with an orogeny.

(4) This part of the Hercynian belt is characterized by 2 major magmatic episodes. Thc first might have occured during the Cambrian period, is orogenic-related and is located in the east and west of crystalline Provence. The second, mainly located in central crystalline Provence, occured during the Ordovician period ; it was typically anorogenic and contemporaneous with a rift tectonics which ended before tue installation of an occanic basin.

 

Sommaire

Chapitre I - Géologie de la partie centrale des Maures
I - Introduction
II - Les ensembles lithologiques et leur place dans la stratigraphie
III - Étude tectonique
IV - Conclusions

Chapitre II - La série de Collobrières
I - Présentation pétrographique et caractères chimiques généraux des leptynites et amphibolites de la série de Collobrières
II - Étude géochimique des amphibolites et ortholeptynites de Collobrières par comparaison avec des séries volcaniques connues
III - Les gneiss basiques à calcite
IV - Les leptynites et micaschistes associés

Chapitre III - Les groupes des Arcs et de Gassin
I - Historique et présentation
II - Description pétrographique et stratigraphique des groupes des Arcs et de Gassin
III - Les amphibolites à grain fin
IV - Les gabbros et orthoamphibolites dérivées
V - Les ortholeptynites roses
VI - La formation mixte et les ortholeptynites à amphibole

Chapitre IV - Les autres groupes d'origine magmatique du socle provençal
I - Les formations d'origine principalement volcano-sédimentaire acide
II - Les amphibolites en lentilles intercalées dans les micaschistes cambro-ordoviciens des Maures
III - Les amphibolites intercalées dans les gneiss et migmatites
IV - Les orthogneiss lamprophyriques (orthogneiss potassiques)

Chapitre V - L'origine des ortholeptynites alcalines et le problème des rapports roches acides - roches basiques dans les groupes leptyno-amphiboliques
I - Introduction
II - Généralités sur les associations magmatiques bimodales
III - Présentation de quelques provinces bimodales
IV - Quelques caractéristiques géochimiques majeures des rhyolites des associations volcaniques bimodales de distension
V - Application aux leptynites des Maures

Chapitre VI - Synthèse et conclusions générales - Comparaison avec les régions hercyniennes voisines
I - Synthèse des données concernant les métavolcanites provençales. Discussion de leurs significations géodynamiques
II - Les métavolcanites dans leur environnement géologique
III - Comparaison avec des régions hercyniennes voisines
IV - Évolution ante-silurienne de la Provence : synthèse et conclusions

Références bibliographiques
Liste des illustrations
Annexes