Les Series Magmatiques

LES SERIES MAGMATIQUES

Damien Jaujard

Qu’appelle-t-on « série magmatique » ?

Prenons quelques exemples….

La Chaîne des puys

40 km

20 km

AGE:de -95 000à -7000 ans

Des roches volcaniques variées:

Basalte Trachyandésite Trachyte

Roche plutonique

Roche volcanique

Roche A Roche B Roche C

QuartzFeldspath alcalinPlagioclaseBiotiteMuscovitePyroxèneAmphiboleautreTotal

27,113,940,212,14,42,3

100

42,055,0 0,6

2,0 (*)0,4

100

40,0 (**)60,0

100

Analyse modale: composition minéralogique (% volumétrique)

Présence de verreAnalyse modale impossible

Analyse modale

Analyse normative (Cross Iddings Pirssons Washington)

Classification de Streckeisen

Analyse minéralogique et chimique des échantillons

K2O-Na2O

SiO2

trachyte

basaltetrachyandesites (hawaïte, mugéarite, benmoréite)

Diagramme de Harker

Diagramme de Streckeisen

La Réunion

70 km190 km

Age:de -3 Ma à aujourd’hui

basalte(océanite)

trachyte

Analyse minéralogique et chimique des échantillons

K2O-Na2O

SiO2

trachyte

basaltetrachyandésite

La Martinique

50 km

70 km

AGE: de –30 Ma à aujourd’hui

Des roches volcaniques variées:basalte andésite

dacite rhyolite

Analyse minéralogique et chimique des échantillons

K2O-Na2O

SiO2basalteandésitedaciterhyolite

Le massif du Chenaillet

AGE: -160 Ma

plagiogranite gabbro basalte en coussin

Analyse minéralogique et chimique des échantillons

K2O-Na2O

SiO2

basalte - gabbroplagiogranite

-Une série magmatique correspond à un ensemble de roches magmatiques regroupées selon trois

critères:1-Le critère spatial:Les roches d’une même série apparaissent toutes dans un espace géographique limité (quelques dizaines de km).

2-Le critère temporel:La mise en place des roches se fait dans un temps relativement court (quelques millions d’années).

3-Le critère géochimique:Malgré une grande diversité de roches au sein d’une même série, elles possèdent des caractéristiques chimiques communes.

Bilan:

-Les roches d’une même série sont alors considérées comme cogénétiques (leur mise en

place est liée à un contexte géodynamique commun)

On distingue trois séries magmatiques principales:

K2O-Na2O

SiO2

Série alcaline

Série calco-alcaline

Série tholéiitique

Limite nette(limite de sous saturation en silice) Limite floue

C a lc o -a lc a l in

T h o le ii tiq u e

R hyo liteD ac ite

A n d és ite B a sa lteNou

velle -Z é

land e

Tonga

F eO *

M g 0N a O + K O2 2

Diagramme AFM:Permettant de distinguer clairement les séries tholéiitique et calcoalcaline(décroissance de la teneur en Fer pourla série calco-alcaline)

Deux questions se posent:

1-Comment expliquer la diversité des roches au sein

d’une même série?

2-Quelle est la relation entre le contexte géodynamique et le

type de série?

Comment expliquer la diversité

des roches au sein d’une même série?

La chronologie de mise en place des roches montre une évolution des pôles basiques vers les pôles acides.

K2O-Na2O

SiO2

Série alcaline

Série calco-alcaline

Série tholéiitique

-Cette chronologie reflète une modification progressivede la composition d’un magma initial.

-Le magma initial ou magma primaire estde composition basaltique dans les trois cas.

-Cette modification est caractérisée par un enrichissement en silice (SiO2) et en alcalins (Na2O-K2O)

-Les mécanismes principaux permettant la différenciation magmatique sont:.la cristallisation fractionnée.la contamination crustale.le mélange magmatique

C’est la différenciation magmatique.

La cristallisation fractionnéeLes travaux expérimentaux de Bowen (1928) ont permis de

déterminer l’ordre d’apparition des minéraux lors du refroidissement d’un magma.

Fe-Mg

CaCa

NaK

élémentscompatibles

élémentsincompatibles

K

Coefficient de partage D= C°(solide)/C°(liquide)

D>1

D<1

La cristallisation fractionnée

Magma primaire basique

Cristallisation

Séparation Sol./Liq.

cumulat

Cristallisation

Séparation Sol./Liq.

Magma différencié(enrichi en alcalinset en silice)

Minérauxferromagnésiens

Magma très différenciébasalteroches intermédiaires

roches acides

Qu’est-ce qu’une « série réactionnelle »?(Exemple de la série réactionnelle des plagioclases)

Conséquence d’une cristallisation fractionnées

Série alcaline

Série calco-alcaline

Série tholéiitique

K2O-Na2O

SiO2

L’enrichissement relatif en alcalin et en silice n’est pas le même en fonctionde la série

50.5516.381.277.767.800.1611.622.790.091.310.13

SiO2Al2O3Fe2O3FeOMgOMnOCaONa2OK2OTiO2P2O5

49.8015.228.55-9.600.148.553.091.301.070.3

48.2416.3311.70-5.100.198.374.011.863.151.02

B. alcalin B. calco-alcalin B. tholéiitique%

car le magma primaire n’est pas le même.

-La diversité des roches au sein d’une même série est expliquée par la différenciation progressive d’un magma primaire basique.

-Un même magma peut donc donner plusieurs roches!!!

-chaque étape de la différenciation peut être « fossilisée » par la mise en place de roches volcaniques.

-Trois processus fondamentaux sont mis en jeu:.cristallisation fractionnée (système fermé).contamination crustale et mélange (système ouvert)

-Cette différenciation correspond à une accentuation des légères différences entre les souches basaltiques primaires.

Bilan:

Quelle est la relation entre le contexte géodynamique et le

type de série?

=Quelle est la relation entre le contexte géodynamique et la

composition du magma primaire?

50.515.310.47.611.32.72.71.31

SiO2Al2O3FeOMgOCaONa2OK2OTiO2

44.22.18.342.11.90.30.060.1

lherzolite B. tholéiitique%

Le liquide primaire a une composition différente de la source pour deux raisons:-la fusion est partielle-tous les éléments n’ont pas le même comportement au cours de la fusion

(éléments compatibles - éléments incompatibles)La fusion partielle a donc pour conséquence de concentrer les éléments incompatibles dans le liquide.

Analyse chimique d’une lherzolite et d’un basalte

Influence du taux de fusion partielle sur la nature du magma produit

Type de série magmatique

Contexte géodynamique

Composition du magma primaire

Taux de fusion partielle

Composition de la source

? ?

Liquide

Solide

Liquide+Solide

liquidus

solidus

géotherme

Augmentation de la T°

Décompression adiabatique

Abaissement de la T°de fusion par apport d’eau

T (°C)

25

50

75 240

160

80

1000 2000

P (kbar) Z (km)

Conditions de FPdu manteau

Le magmatisme intraplaque : point chaud

Remontéed’un panache mantelliqued’origine profonde(manteau inférieur)

FP profonde du manteau supérieur dont le taux dépend de la température du panache.

FP faible

B. alcalin

FP forte

B. tholéiitique

puis

Composition isotopiques des OIB de Polynésie

+ FP

-Dans le cas des points chauds, la source est donc mixte : . Manteau inférieur (FP par décompression adiabiabatique). Manteau supérieur (FP par augmentation de la température)

-Les isotopes radioactifs ne fractionnent pas lors des processus pétrogénétiques, ils sont donc de bons marqueurs de source.

-DMM: Depleted Morb Mantle-EMI: Enriched Mantle I-EM II: Enriched Mantle II-HIMU: High ( =U/Pb)

Le magmatisme intraplaque : rifting passif

Remontée asthénospérique etFP profonde.

Pression élevée

FP faible

FP moins profonde

Pression plus faible

B.alcalin voir hyper alcalin

FP forte

B. tholéiitiquepuis

Le magmatisme d’extension océanique

B. tholéiitique

Remontée asthénospérique etFP à faible profondeur

Dorsale lente (2cm/an) Dorsale rapide (10 cm/an)

Le magmatisme de subduction

Plongement et déshydratation de la C.O et des sédimentsHydratation

et FP du manteau

Incompatibilité décroissante

B. calco-alcalin

Résultats des expériences de déshydratation d’un métabasalte à 5GPa et 900°C (Kogiso 1997)

Abondance croissante dans les magmas des zones de subduction

- les fluides, qui lessivent sélectivement la C.O et ses sédiments, transmettent leur signature géochimique au manteau, et donc aux magmas d’arc.

-la percolation du manteau par les fluides a donc deux conséquences:.enrichir la source en éléments incompatibles.provoquer sa FP en abaissant sa température de fusion.

-La modification de la composition du manteau par transfert de fluides s’appelle la metasomatose.

La diversité du magmatisme de subduction

Contamination croissante

temps

42-12Ma

11 – 2Ma

2 – 0 Ma

2 – 0 Ma

Manteau supérieur(lherzolite)

Manteau supérieur(lherzolite enrichie)

magmaalcalin

magmacalco-alcalin

magmatholéiitique

Métasomatose

Fusion partiellefaible (5-10%)

Fusion partielleforte (20-30%)

Fusion partiellevariable

Manteau inférieur(lherzolite enrichie)

Cristallisation fractionnée Cristallisation

fractionnéeCristallisation fractionnée

TrachyandésitesTrachyte andésite Dacite Rhyolite Islandites Rhyolites

Péridotite résiduelle

Péridotite résiduelle

Péridotite résiduelle

(Contaminationcrustale)

(Contaminationcrustale) (Contamination

crustale)

Conditions de mise en place des roches magmatiques

Bilan:-La mise en place des séries magmatiques fait appelle à deux processus fondamentaux:

. La fusion partielle . La cristallisation fractionnée

-Ces processus induisent une diversité pétrologique car tous leséléments n’ont pas le même comportement et conduisent donc à un fractionnement géochimique.

-Le type de série magmatique constitue un marqueur de contexte géodynamique quand il est utilisé avec précautions.Attention au raccourci : une série = un contexte

-L’étude des roches magmatiques se fait par l’utilisation de données complémentaires:.Minéralogie (échantillon, lame mince).Géochimie (élts majeurs, élts - traces, isotopes)

S éd im en ts déshydra tés C roû te océan ique déshyd ra tée

D M M

Genèse des M ORB

Iles océaniquesCroûte continentale