Cours de Géologie

Les magmas kimberlitiques: leurs effets sur le manteau superieur cratonique

Les kimberlites sont des roches volcaniques (voir hypovolcaniques) ultrabasiques potassiques qui se rencontrent au niveau des terrains cratoniques anciens. Elles sont subdivisées en deux groupes (Group I and Group II) et sont toutes riches en volatils (CO2: Groupe I and H2O: Groupe II). Les kimberlites sont d’un grand intérèt pour plusieurs raisons: (i) elles permettent un accés direct jusqu’à des profondeurs de plus de 150 km à la nature et l’évolution du manteau supérieur cratonique au travers des collections d’enclaves et de xénocristaux qu’elles remontent en surface , (ii) les liquides kimberlitiques sont des agents métasomatiques importants qui entrainent des modifications minéralogiques et chimiques du manteau supérieur dans lequel ils circulent et (iii) Elles constituent souvent des gisements d’intérèts économiques de diamands. De nombreuses études pétrologiques, géochimiques et isotopiques relient leur origine à l’activité de points chauds mais d’autres proposent des contextes de type subduction. Néanmoins ils semblent y avoir un consensus pour relier les liquides kimberlitiques (au moins ceux du Groupe I) à des processus de fusion partielle de très faibles degrees (< 1%) d’un manteau lherzolitique carbonaté à des pressions > 5 GPa (depth > 170 km) et des températures > 1350 °C . Des auteurs proposent meme une profondeur d’origine correspondant à celle de la zone de transition. Nos études se focalisent essentiellement sur les effets de la circulation des magmas kimberlitiques (et basaltiques) dans le manteau supérieur cratonique. Pour cela nous avons étudié des péridotites à grenat et d’autres à spinelle montrant des évidences de métasomatisme et des enclaves riches en phlogopite qui sont des ségrégats magmatiques profonds. Ces enclaves proviennent de quatres localités de référence du craton du Kaapvaal (Bultfontein, Jagersfontein, Monastery et Premier).

Les enclaves mafiques riches en phlogopite
Nous avons distingué deux groupes. Le premier correspond aux roches de type MARID caractérisées par l’association minérale Mica – Amphibole – Rutile – Ilménite -Clinopyroxène et le second est constitué par les roches de type PIC qui sont caractérisées par l’association Phlogopite-Ilmenite-Clinopyroxène. Ces deux groupes se différencient nettement par les compositions en elements majeurs de leurs phlogopites et ilménites, par les teneurs en elements traces de leurs clinopyroxènes et par leurs compositions isotopiques (Rb-Sr et Sm-Nd). Les roches des deux groupes sont des cumulats magmatiques profonds des magmas silicates basiques très alcalins. Leurs caractéristiques chimiques et isotopiques indiquent un lien génétique entre d’une part les magmas qui ont cristallisé les cumulats de type PIC et les magmas kimberlitiques du Groupe I et d’autre part entre ceux qui ont cristallisé les cumulats de type MARID et les magmas kimberlitiques du Groupe II.

Les lherzolites à grenat
Les teneurs en éléments traces des clinopyroxènes permettent de distinguer deux types de lherzolites à grenat (type 1 et type 2). Cette classification est basée uniquement sur ces teneurs en éléments traces et les deux groupes contiennent tous deux des roches avec ou sans phlogopite et des roches à textures grenues ou déformées. Les études pétrologiques et géochimiques des échantillons étudiés ont permis de mettre en évidence de nombreuses caractéristiques typiques de processus de métasomatisme mantellique. L’évidence la plus directe correspond à l’apparition de phlogopite, phase minérale typiquement métasomatique dans ce type de roche, en équilibre textural avec les autres silicates (olivine, pyroxènes, grenat) dans de nombreux échantillons. Les teneurs en éléments majeurs (fortes teneurs à la fois en Na2O et en Cr2O3) ainsi que celles en éléments traces des clinopyroxènes montrent que ces derniers sont également des minéraux purement métasomatiques, et non des résidus de fusion partielle ou des produits d’exsolution réenrichis secondairement. L’argument le plus fort pour l’origine purement métasomatique du clinopyroxène est fourni par leurs spectres d’éléments traces qui sont similaires à ceux des clinopyroxènes des roches de type PIC pour les lherzolites à grenat de type 1 et à ceux des clinopyroxènes des roches de type MARID pour les lherzolites à grenat de type 2. Ces similarités nous en outre permis de proposer que les lherzolites à grenat de type 1 ont été métasomatisées par des liquides de meme nature que ceux qui ont cristallisé les cumulats de type PIC et donc similaires aux magmas kimberlitiques du Group I. Les lherzolites à grenat de type 2 ont quant à elles été métasomatisées par des liquides de meme nature que ceux qui ont cristallisés les cumulats de type MARID et donc similaires aux magmas kimberlitiques du Groupe II.

par Georges CEULENEER, Pierre GENTHON, Michel GREGOIRE, Marc MONNEREAU, Anne ORMOND,

Michel RABINOWICZ et Mike TOPLIS

La source de cet article :

http://w3.dtp.obs-mip.fr/fpdf/petro_geo_comp/petro.pdf

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