Cours de Géologie

Structures de migration dans le manteau d’Oman

Une étude de longue haleine de la répartition des différents types pétrologiques de structures de migration magmatique affleurant dans le manteau d’Oman (un millier d’échantillons analysés à la microsonde et prélevés le long des 400 km de l’ophiolite, en particulier dans le cadre de la thèse de Marie Python) a débouché sur des résultats originaux et solidement établis concernant la genèse et la mise en place des magmas en contexte d’expansion océanique (nature des magmas alimentant la section crustale, mélanges des fractions magmatiques dans le réseau de draînage, tamponnage de la composition des MORBs par les processus de migration, fractionnements profonds, focalisation du magmatisme à l’axe des dorsales, …). Par exemple, sur l’image ci-dessous, on voit que la répartition des structures de migration dans le manteau d’Oman (différentes couleurs sur la carte) n’est pas aléatoire. En particulier les chenaux de troctolite (en rouge), c’est-à-dire les zones de circulation de MORB à haute température (circa 1200°C), se concentrent dans quelques secteurs bien délimités dont le plus étendu est un couloir long de 80 Km et large d’une vingtaine de Km, parallèle à l’axe de la paléo-dorsale.



Il y a quelques années, nous avons suggéré, sur base pétrographique et géochimique qu’une proportion très importante des filons présents dans la section mantellaire de l’ophiolite d’Oman était issue de la fusion hydratée de la lithosphère résiduelle à faible profondeur et ne peuvent donc être expliqués dans le schéma classique de genèse des basaltes de type MORB par décompression adiabatique du manteau (Benoit, Ceuleneer, Polvé, Nature, 1999). Nos observations récentes (Python et Ceuleneer, 2003) ont permis de préciser l’importance de ce processus : des massifs entiers (i.e. des secteurs d’une centaine de Km) n’ont pas « enregistré » le passage de magmas de type MORB mais renferment d’abondantes reliques de pegmatites de parenté boninitique (en vert et orange sur la carte ci-dessus), attestant de la fusion hydratée de la lithosphère. Nous avons par ailleurs observé des évidences de circulations hydrothermales de très haute température (circa 700°C-900°C) dans les péridotites d’Oman sous forme de filons de diopsidites gemmes à structures de type skarn (cf partie prospective).

Nous pensons aussi que la formation de corps granitiques, peu abondants mais ubiquistes dans la section mantellaire d’Oman, peut également s’expliquer dans le cadre de processus similaires. Dans une étude récente effectuée dans le cadre de la thèse d’Isma Amri (Amri, Ceuleneer, Benoit, Valladon, soumis à Contrib. Mineral. Petrol.), nous montrons que, contrairement au modèle classique (intrusions de magmas « exotiques » produits par fusion de la semelle métasédimentaire), une partie des corps granitiques présents en Oman peut se former par fusion incongruente des pyroxènes des harzburgites, les éléments alcalins étant apportés par les fluides hydrothermaux. L’argumentation combine les évidences de terrain (présence systématique d’épontes dunitiques autour des corps granitiques), et les arguments géochimiques (très faible teneur en Al de ces granites par rapport aux granites d’origine metasédimentaires, déplétion anormale en éléments traces incompatibles, sauf ceux transportés par les fluides hydrothermaux comme le Ba, corrélation entre la teneur en Ba et K, signatures isotopiques, …).

Nous pensons que ce mécanisme de fusion hydratée peut être important aux dorsales actives mais l’étude du seul contexte ophiolitique ne permettait pas de le démontrer : dans un contexte ophiolitique on ne peut totalement exclure a priori la possibilité d'un magmatisme tardif lié au charriage ou à une éventuelle subduction. Par chance, des échantillons présentant des caractères pétrographiques et géochimiques identiques à nos cumulats boninitiques d'Oman ont été forés au site DSDP 334 en 1974 (dorsale médioatlantique). Ces échantillons ont bien entendu été amplement étudiés par le passé mais aucune étude géochimique et isotopique "propre" bénéficiant des technologies récentes n'avait été réalisée sur ces carottes.

Nous avons soumis une « sample request » à ODP et reçu l'autorisation de prélever une vingtaine d’échantillons de la moitie "archive" des carottes de ce site « culte » - les premiers échantillons de la croûte profonde forés dans les océans ! L’étude de ces carottes, effectuée en coopération avec Mathieu Benoit, un de nos anciens thésards, et Philippe Nonnotte, étudiant brestois, a permis de confirmer, sur ce matériel unique, que les corrélations entre la composition modale, chimique et isotopique, clé de notre argumentation pour l'hypothèse de la fusion hydratée, existent bien dans un environnement de dorsale non contestable (Nonnotte, Ceuleneer, Benoit, EPSL, 2005, sous presse). On voit par exemple, dans la figure ci-dessous extraite de ce papier, que les cpx du site 334 se placent sur un trend de boninites (Site ODP 786) et non sur le trend des cumulats gabbroiques « classiques » de dorsales échantillonnés en d’autres sites ODP. Les processus géologiques conduisant à la formation de magmas de type andésite-boninite, n’existent donc pas uniquement en zone de subduction, mais peuvent très bien opérer aux dorsales, en contexte d’expansion océanique.

Nés dans un environnement froid, ces liquides " lithosphériques " ne pourraient migrer sur de longues distances sans cristalliser, ce qui est en accord avec leur mode d'affleurement sous forme d'essaims de pegmatites, leur rareté dans les niveaux crustaux de l'ophiolite et des dorsales et leur absence sous forme de laves émises aux dorsales. Il est toutefois probable qu'un mélange partiel entre liquides lithosphériques et liquides asthénosphériques contribue à la variabilité géochimique des MORBs. C’est une hypothèse relativement provocatrice qui jette un pavé dans la mare de certaines théories de géo-dynamique chimique, cette variabilité étant classiquement attribuée à des hétérogénéités mantellaires.

L’intérêt de ces découvertes est de mieux comprendre ce qui se passe dans la zone frontière située à l’interface entre hydrothermalisme et magmatisme, fondamentale pour les échanges géochimiques lithosphère-hydrosphère, mais encore très peu comprise actuellement. La poursuite de ce type d’études pourrait constituer un axe de coopération original avec les modélisateurs de l’équipe (Michel Rabinowicz, Pierre Genthon, …).



Durant l'hiver 2000-2001, Marie Python a participé à une campagne du RV Knorr dirigée par Henry Dick (WHOI) le long d'un secteur de la dorsale sud-ouest indienne qui compte parmi les segments à taux d'expansion les plus lents de la dorsale océanique mondiale. Cette situation, du fait de la faible productivité magmatique et de la faible épaisseur crustale, est idéale pour la mise à l'affleurement de roches du manteau. Les échantillons de péridotites mantellaires dragués au cours de cette campagne sont particulièrement riches en veines et filons gabbroïques et pyroxénititiques. Nous disposerons ainsi d'un point de comparaison très utile entre l'environnement ophiolitique et un environnement océanique autre que ceux que nous-mêmes ou nos collègues ont étudiés (zone MARK, Hess Deep, MAR 15°N, segments moins « lents » de la SWIR, …). Nous avons initié l’étude des échantillons du Knorr (microsonde et LA-ICP-MS) dans le cadre du DEA de Céline Dantas (Toulouse, 2003). Nous avons montré que les pyroxénites étaient différentes à de nombreux points de vue des pyroxénites d’Oman, en particulier elles correspondent à des cumulats de plus forte pression et semblent issues d’une source enrichie.

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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