Journal of African Earth Sciences, Vol. 7, No. 5/6, pp. 811-820, 1988 0731 7247/88 $3.00 + 0.00 Printed in Great Britain Pergamon Press plc

C,~ologie e t g~ochlmle de la sSrle p r6cambr l enne de la B l k c a i , le long du d m l l g n e m e n t du c h e m i n de fe r congo-oc~mn,

darts la Cbalne du ]dayombe (R~.pubUque populaire du Congo).

* J .P. VICAT, ** P.J. VELLUTINI.

* Facult~ des Sciences de ~ang-t, B.P. 908, Bangut, Centrafrique. ** Ins t i tu t Sup~rteur d'Etudes et de Recherches Sclentlflques et Techniques, B.P. 486, R~publlq,,e de DJibouti.

I~slm~ L - Les travaux du ~altgnoment du chmtn de fsr Congo-Occ~an montront que la s~rle de la Btkosst est compos~e essentleilement de mitabasttes orthod~rtv~es qul alternent par contact tectonlque avec des m~tap~11tes. D'une ~palsseur de 4 000 mttros environ, cette s~rte apparaft en ~catl le entre le socle dburo~en de (;u~na (2 000 Ha) st les fomattons de la chefne du ~yombo. Ells est structures par des chevauchements maJeurs plongeant au Sud-Ouest en t ro is unlt~s tectontques superpos~es. La schtstostt~ de f lux n~e hortzontale dans une premtEro phase de dc~formtton est ropltss~e en pl ts d~caa~trtques ddvers~s vsrs ]e Nord-Est 1ors de la deuxl~e phase de d~fomatton qul s'accompagne d'une schlstoslt~ de fracture. Le r~tamorphtsme a a t te ln t le facies amphlbollte & tpidote 1ors de la promEro phase de d~fomatton, une r~tromorphose conduit 1ors de la deuxlc~e phase l~ une p~rsgt~nEse du facies schlste vert. L'c~tude g~ochlmtque des m~tabasltes montro qu ' t l s 'agt t de tbo l t l i t es non dtff~ronct~es en tout polnt semblables aux thol~t l tes ocdantques. (;e r~sultat s'tntt.Sgro blen dans le modEle g~otectontque que nous avons r~cemment propos~ pour la cha~ne du ~yombo qut r~sul teral t de ls femeturo d'un basstn occ~antque sttu~ entro le socle de Gu~na et le croton du Chatllu.

Abstract-- I t appears from work on the new Congo-Ocean ra11~ay that the Btkossl sequence is essential ly composed of orthodertved metabas|tes alternating wtth metapelltes. This sequence ~tth a thickness of about 4 000 m ts Imbricated between the Guena eburoesn basement (2 000 Ms) and the Rayumbtan belt fomatlons. I t ts structured with major thrusts dtpptng sharply to the South-West tn throe overlying tectontc unlt . The flow schtstoslty, o r ig ina l l y horizontal durtng a f i r s t deformation phase, ts rofolded In decametrtc overfolds towards the North-East during the second defomatton phase which Is accompanied by a fracture cleavage. In the f t r s t defomatlon phase, the metamorphtm roaches the eptdote smphtboltte factes and tn the second phase a rotromorphosts leads to the groenschtst facies. The geochemical study of the metabasttes shows that they are undlfferontlated tholet t tes slmtlar to the oceanic tbole l l tes. This rosult f i t s very ~ell Into the geotectonlc model that we have rocently proposed for the Rayllmbtan belt which results from the closuro of an ocean f loor basin located between the Guena basement and the Chatllu craton.

INTRODUCTION

La s r r i e de la Bikossi d r f in ie au Congo par Cosson (1955) comprend un groups in f r r t eu r compos6 sur tou t de qua r t z i t e s ~ muscov i t e e t un groupe sup~rieur r e p r r s e n t 6 par des sch i s t e s ver t s . On y r encon t re aussi des sch i s tes g raph i teux dont la posit ion s t r a t ig raph lque es t incer ta lne , e t des in t rus ions ac ides e t basiques p ro fond rmen t t r a n s f o r m r e s par le m r t a m o r p h i s m e . Dadet (1969) regroups avec la s r r i e de la Bikossi la s r r i e de la Lorm6 sous-Jacen te compos re e s s e n t t e l l e m e n t de micasch i s t e s e t de gneiss ~ deux micas e t dont la base e s t inconnue.

Des 6 tudes r r c e n t e s : Hossi6 (1980), Vellutini a t el . , (1983) ont mont r6 que les mtcascb t s t e s e t les gneiss de la Lorm6 sont s t r u c t u r a l e m e n t d l f f r r e n t s du t a s t e de Ia chatne du Mayombe. I1 s 'ag i t d 'un ensemble polycyclique n6 darts une o rogenrse a n t r r l e u r e d'~ge 6burn ren qul cons t i tue au Congo le soc le de Gurna e t dont la plus g rands par t le se t rouve au Brrsi l (cra ton de 8ao Francisco) .

La cha in s clu Mayombe a 6t6 l n t e rp r6 t r e par Vellutini e t a ~ (1983) c o m m e r r s u l t a n t de la f e r m e t u r e d'un bassin oc ran ique , f e r m e t u r e accompagn~e d°un ph rnom~ne de subduct ion. C e t t e f e r m e t u r e about i t vers 1 000 Ma ~ la collision en t r e un c ra ton occ identa l 6burn ren e t deux c ra tons or ien taux arch&eas, le Chatl lu au Nord e t le KasaT au Sud. Dens c e t t e opt lque e t sur la base de p remieres donn&es g roch lmlques , lea m r t a b a s i t e s qui occupen t l 'axe de la cha lne du Mayombe ont 6t6 i n t e r p r r t r e s c o m m e une 6cail le de m a t r r i e l oc ran ique (Vicat e t Vellutini 1987).

La coupe de la s r r i e de la Bikossi, r e l ev r e le long du r r a l i g n e m e n t du chemi n de fe r qut va de Loubomo

Bilinga (fig. 1), p e rme t de p r rc i se r quelques c a r a c t r r e s

de ca t ensemble .

DESCRIPTION DR LA COUPB

O l m e r v a t i o ~ de t e r r a in La s r r i e de la Bikossi a f f l eu re de fagon cont inue

le long de la vole f e r r r e depuis le PK 10 jusqu'au PK 25 (dis tances en k i lom~tres compt~es ~ par t i r de Bilinga en a l lant vers Louboumo). Elle e s t c h e v a u c h r e au 8ud- Oues t par le socle ~burn~en de Gurna e t au Nord-Est el la repose par fai l le inverse sur les sch i s t e s g raph i teux de la Ncess6 (fig. 2). La s r r i e de la Btkossi appara l t done en 6catl le en t r e les fo rmat ions du socle e t ce l les de la chatne mayomblenne . La pr&sence de c h e v a u c h e m e n t s majeurs p longeant au 8ud-Oues t p e r m e t de d is t inguer dens c e l t s ~call le t rois un i t r s t ec ton iques superpos~es (fig.3).

l~mit~ 1 (fig. 3a) Ella a f f l eu re du PK 10 au PF 13,2. II s ' ag t t d'un

ensemble f o r t e m e n t t ec ton l s6 od a f f l eu ren t sans ordre e t par c o n t a c t s t ec ton lques ve r t l caux des gneiss biot i te , des quar tz i t es , des micasch i s t e s e t des m r t a b a s i t e s . Une fo rma t ion chaot ique c o m p o s r e de blocs d r c a m r t r i q u e s ~ hec tom&tr iques de ces d iverses roches emba l l r e s dens des sch i s t e s graphi teux de type Ncess6 occupe lea t ro t squar t s de c e t t e uni t&

Lea gneiss qui t e r m l n e n t c e t t e unt t6 chevauchen t l 'unit6 2 par un con t ac t oblique plongeant au Sud-Ouest .

lNmit~ 2 (fig. 3b) C e t t e unt t6 se sui t du PK 13,2 au PK 19. Elle d rbu t e

par des micasch i s t e s a l t e rnan t avec des niveaux quar tz i t iques e t se cont inue par des m r t a b a s i t e s .

Au niveau du PK 17 les m r t a b a s i t e s sont ln t rudres

811

812 J .P . VICAT et P. J. VELLUTIN!

12 ° 13 °

• ~ ' : : :: : ~ : - 4 - - t - -4- -t"

l r ' % 1 " ~ - - ' - - - - - ' ~ ' - ~ ~" " • ". L"" "~ ~:-';J F T 7-

+ + + F -r] "" i .:']. ; .". ... .: ~ .~.: .

• . : . . . . - . - . . . . ..: +

, , ~ 1 ~ = , . , . ~ ~ :. - " ~ . " . l

,. . ",,',;~:. . . .v . : ..'.'......... :.. ;.].

. . . . . . . . . ~...,<... l Y ~ ' A 7

o ~ " " : . ': ~ 8 . . . . . . . . ~ . . i < % , '..:.

~ ; !IL'iN:7 ... ~ ~ := ~ ~ [7112F;;~ 11 E--F-] Io

Fig. 1- Croquts g~ologIque de ]a chafne du Nayoenbe en Rdpubltque du Congo. 1. couverture post-prdcambrtenne; 2. sdries de ]a Hploka et de ] ' I n k t s t ; 3. sdrte Schlsto-Ca]caire; 4.s~rle de ]a LouIisBouenza et sdrie de |a t l l l t t e sup~rieure; 5. sdrIe de la t i l l | r e tnfdrteure; 6. sdrie de ]a Houssouva; 7. sdrle de ]a Ncessd; 8. sdrte de ]a Bikoss1; 9. soc]e du Gu~na; 10. craton du Chaillu;

11. princtpaux contacts tectoniques; 12. trac~ du r~a]tgnement du chemtn de fer Congo-Ocean.

S W o o E NE En 0 SOCLE .=_ CHAINE ~ SOCLE --- :j AVAN T - PAY S

DE GUENA m DU MAYOMBE o , DU CHAILLU --J I

i i I . ' .~ss" _.~;, , ~,* , ~ [ I S * f ~ • O , / • / i o !

- . . . . . . . . . . . • * v • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

~ + + + + + -F + 4 -+ + q- + ÷ + ÷ -+ -+ -p + + -I- + -l-

25kin ::',:, i-~2 [--13 F;:::t,~ IIs E536 rrT]7 ~8 Fig. 2- Coupe sch~matlque de la chafne du ~yoebe

1. socle du Gudna; Z. craton du Chatllu; 3. sdrte de la Btkosst; 4. sdrtes de la NcessL ~ et de la ~ussouva; 5. t t ] ] i t e lnfdrteure; 6. s~ries de ]a ]out]a-Bouenza et de Is t t ] ] t t e supdrteure; 7. sdrte Schtsto-Ca]catre

et s~rÁe de ]a Rptoka; 8 : couverture c~tacde.

par un fl lon baslque post@rteur qul recoupe tou tes les s t ruc tu res .

A par t t r du PK 18,2 a f f l eu ren t des quar tz i t es , des mlcaschlstes, des gneiss, des m@tabasltes, e t des schlstes de type Ncess@, d@coup@s par des c o n t a c t s le plus souvent ver t l caux . Au ntveau du PK 19 un chevauchemen t p longeant au Sud-Ouest amdne l'unlt@ 2 au-dessus de l'untt@ 3.

l 'walt~ 3 (fig. 3c) Elle e s t e s s e n t l e l l e m e n t constttu@e des m@tabasites

avec de ra res In te rca la t ions , par c o n t a c t s tec tontques , de mtcasch l s t e s e t de gneiss . Au nlveau du PK 25 un c o n t a c t p longeant au Sud-Ouest a m i n e c e t t e unit@

au-dessus des sch ls tes g raphl teux de la Ncess@. L'@patsseur t o t a l e de la s@rte e s t estlm@e ~ 4 000

m@tres environ. Les Intrusions actdes connues a t l leurs au Congo darts c e t t e s@rte n'ont pas @t@ rencontr@es sur c e t t e coupe. La s@rte e s t sur tout compos~e de m@tabasttes.

Tec tonlque

A l'tnt@rteur de chacune des untt@s tec ton tques les c o n t a c t s observ@s en t re les m@tap@lttes e t les m@tabasttes sont toujours des con tac t s tec tontques .

G6ologie et g~ochimie de la sbrie pr6cambrienne de la Bikossi 813

E C) 0

0

I I

E 0 0 LIJ

• I I I ~ _ ~ " ~ " ~ , ~ ~

!

¢U

Fig. 3- Coupe g(ologtque de la s~rte de la Btkosst le long du ~allgnement du chemtn de fer . 1. socle du Gu~na; 2. quartzttes; 3. mtcaschlstes et schtstes; 4. gneiss; 5. amphfbolttes et ~ptdotttes; 6. amphibolttes & noyaux grenus; 7. schlstes graphlteux de la sdrle de la Ncessd; 8. f l l on

post~rteur; g: couverture cr~tac~e.

814 J . P . VICAT et P. J. VELLUTINI

Au contratre du socle 6burn~en polycycltque on observe lci seulement deux phases de d~formation : - La premiere phase se traduit par une schistostt~

de flux S 1 qui consti tue le d~bit principal des roches. Elle est orient6e NW-SE; et plonge de 45 ° ~ 70 ° au Sud-Ouest; localement dans les micashistes et les gneiss elle peut ~tre subhorizontale. Cet te schistosit~ implique une importante tectontque tangentlelle de phase 1.

- La deuxi~me phase replisse la schistosit6 S 1 en plis d~cam~trtques. Elle s 'accompagne d'une schistosit~ S 2 de cr6nulation qui se traduit par un microplissement de la schistosit~ 1 avec des axes de microplts orient6s s ta t i s t iquement NW-SE, et par une schistostt~ de f rac ture S 2 ; d'abord subverticale dans l'unit6 1, ce t te schistoslt6 plonge ensuite dans les unit~s suivantes de 40 ° ~ 60 ° au Sud-Ouest.

P6trographle

Lea gneiss I1 s 'agtt de gneiss clairs dans lesquels les mobtllsats

leucocrates et les nlveaux sombres riches en biotite soultgnent les plis ptygmati t iques. La parag~n~se est

quartz compl~tement recristallis~, muscovite et biotite syncin~matiques de la phase 1.

La calci te peut ~tre abondante et les mtn~raux accessoires sont rares. Les feldspaths sont soit des ph~noclastes (plagioclases ~ macles tordues et floues et feldspaths alcalins perthit iques) touJours a l ta r , s , soit des plagioclases sains de n~oformation ~ teneur en anorthl te tnf~rteure ~ 20%. Seule la schtstosit~ S 1 est bien visible. Elle est pltssot6e par la deuxi~me phase de d~formation qui s 'accompagne dans l e s nlveaux les plus riches en biotite pour une schistosit~ de f rac ture bien d~velopp~e mais sans n~oformation min~rale.

quar tz l tes Deux facies sont rencontr6s dans ce t te coupe: - Des quartzt tes saccharoTdes compos6s untquement

de grains de quartz 6quldtmenstonnels dont les bordures sont soullgn6es d'oxyde de fer. On y observe parfots de rares muscovites orlent6es accompagn6es d'un peu de chlorite.

- Des quartzt tes ~ muscovite dans lesquelles les ltts mlcac6s moulent leg yeux de quartz. Ces ltts sont repltss6s par la deuxl~me phase de d~formatton. I1 n'y a pas de mln6raux accessolres sauf excepttonnellement la tourmaline.

Les mlcaschis tes c h l o r l t e u x

I1 s 'agtt de micaschtstes chlorlteux ~ muscovite ou muscovite et biotite brun pale, plus ou molns riches

en calcite. On y rencontre des grenats alt6r6s en 6ptdote et chlorite, alnsl que des oxydes ant6schtsteux accompagn~s d'ombres de presston ~ quartz et chlorite. Les phyllttes et le grenat sont syncln6matlques de la premt&re phase de d~formatton. Dans les arcs polygonaux f o r m , s lots de la deuxt~me phase de d6formatlon on trouve de la muscovite, de la chlorite et parfots de la biotite. I1 extste donc une n~og~n~se mln~rale de phase 2.

L e ~ m ~ t n l ~ s l t e s

Elles const i tuent l 'essentiel de la coupe. On y trouve des ~pidotites et des amphibolites orthod~riv6es qui pr~sentent des noyaux de gabbro et de dol~rtte plus ou moins ~pargn~s par la tectonique. - Les 6pidotites ~ texture granoblastique, ~ grain

fin, pr~sentent une parag~n~se ~ ~pidote leucox~ne (75%), calci te et quartz. Accessoirement on trouve hornblende verte, act inote, biotite, plagioclases saussuritis~s et min6raux opaques. Quelquefois on observe des amygdales ~ quartz polygonal, 6ptdote et calcite, qui ont ~t~ interpr6t6es au BawZalre comme d'anciennes v~sicules au sein de coulees basaltiques (Tack 1975; Ntumgicimpaye 1984).

- Les amphibolites ~ texture l~pidoblasttque ou granol6pldoblastique pr~sentent une parag~n~se syncln6matique ~ hornblende verte, biotite magn~sienne, ~pidote-leucox~ne, quartz, calcite

et grenats plus ou moins alt6r~s. On observe des ph6noclastes de hornblende r6tromorphos6e en act inote et de plagtoclase calcique au centre et albtttque en bordure. Les min6raux opaques sont peu abondants. Au coeur des amphibolttes on rencontre des noyaux grenus de gabbro ou de dol6rite plus ou moins t ransform~s.

Les m6tadol6rites ont une texture ophitique encore reconnaissable. La parag6n6se est ~ hornblende verte souvent t ransform6e en produits de remplacement , and6sine, 6pidote-leucox6ne, biotite magn6sienne, calcite, min6raux opaques et rare chlorite. Les m6tagabbros pr~sentent une texture orlgtnelle grenue plus ou motns conserv6e. La hornblende verte plus ou molns t ransform~e, l'~ptdote, le quartz, la biotite, la calcite et les min&aux opaques const i tuent l 'essenttel de la parag~n~se. Les plagloclases ont recrtstallis~ en sections Interstt t telles x6nomorphes.

Les filons tardifs I1 s'agit de filons de dol~rite schtstos~e qui

pr6sentent une parag6n~se ~ chlorite, quartz, ~pidote, min~raux opaques abondants et rares muscovites.

M~tamorphlsme

Dans la schistosit~ de phase 1 cristall isent l 'albiteoligoclase, la muscovite, la biotite et le grenat darts les m~tap61ites; la hornblende verte, la biotite, l'~pidote et le grenat dans les m~tabasites.

Dans la deuxi~me phase de d~formation cristall isent la muscovite, la chlorite et plus rarement la biotite. Les hornblendes sont remplac6es par un m~lange d'actinote, d'~pidote et de min~raux opaques, les grenats sont f r~quemment a l t a r , s en chlorite et ~pidote.

Le m~tamorphisme a donc a t te in t lors de la premiere phase de d~formation la base du facies amphibolite ~ ~pidote (sous facies ~ almandin) ; une r6tromorphose conduit lors de la deuxt~me phase de d6formation ~ une parag6n~se typique du facies schlste vert ~ chlorite et localement ~ biotite.

G B O C H I M I E D E S M E T A B A S I T E S

Dix-sept 6chantillons de p6trographie vari6e ont 6t6 s61ectionn6s et analys6s pour les 616ments maJeurs et les 616ments en t races : V, Cr, Ni, Cu, Rb, Sr, Y, Zr, Nb.

Les donn6es analytiques sont pr6sent6es sur le tableau la et lb.

C a r a c t ~ r e s g6ochlmlques g6n6raux

Leg ~16ments m a J e u r s

Les valeurs moyennes en A1203, FeO, Ti02 sont semblables aux valeurs usuelles des roches basaltiques (Pearce 1976). La teneur moyenne un peu faible en St02 (45,83%), tr~s faible en Mg0 (4,06%) et le lessivage des alcalins (0,93% Na20; 0,1S % K20) s'expliquent par l 'alt~ration importante de ces roches sous le cl imat sub~quatorial chaud et humide qui caract6r ise la chatne du Mayombe. Les valeurs ~lev6es de la perte au feu soulignent le degr6 d'alt6ration de ces roches (valeur moyenne 3,75%). En g~n~ral l 'alt~ration se traduit aussi par un lessivage du Ca0 (Lisitsyana 1968) mais ici la teneur moyenne en Ca0 est tr~s 61ev~e (17,29%); de telles teneurs ne sont connues que dans des roches

fort d~ficit de silice dont la chimie est globalement tr~s diff6rente. Cet enrichissement en Ca0, notable quelle que sott la nature p6trographique a 6t6 mis en relation avec "une mobilisation tr~s importante du calcium perdu par le plagioclase et d 'autres min6raux calciques (amphiboles, pyrox~nes) (Hossi6, 1980). Cet te mobillsation a permls la n6oformation de mln6raux calctques (6pidote, leucox~ne, calcite).

Leg 616merits en t r a c e s

Les teneurs moyennes en V, Cr, Ni, Cu, Rb, Y, Zr,

G6ologie et g6ochimie de la s6rie pr6cambrienne de la Bikossi

TABLEAU i a

815

NO 132 133 140 145 6 10 11 12 13 14 15 15 17 18 146 154 155

Si 02 47,30 43,20 49,10 48,10 41,78 53,01 44,26 43,27 44,06 47,70 ai,43 43,24 44.!8 42,65 47,30 49,40 44,20

AI 2 03 14,00 15,70 15,00 14,70 15,53 14,79 15,59 14,55 18,71 14,09 19,35 11.96 17,72 16.36 15,40 13,70 16,70

Fe z 03 11,40 Ii,i0 11,30 11,30 5,01 6,~4 6,25 5,41 9,61 5,!9 5,09 4,54 4.55 4,80 13,00 10.60 13.00

Fe 0 3,S3 3,55 4,18 4,77 2,74 5,71 5,62 5,67 3,37 4,61

Mn 0 0,18 0,16 O,IB O,19 0,19 0,12 0,19 0,23 0,19 0,18 0,18 0,19 0,17 O,18 0,18 0,!6 0,19

Mg 0 2,16 2,17 6,04 8,92 2,94 2,53 2,27 3,92 2,61 2,70 4,29 3,40 3,09 3,35 I:~3 7,41 9,33

Ca 0 18,60 20,30 16,30 9,20 20,45 15,51 19,14 20,43 17,99 IS,19 19,89 18,54 18,35 20,52 18,10 13,00 9,40

Na 2 0 0,36 0,37 0,05 2,15 1,38 0,46 0,43 0,43 0,48 0,54 0,62 0,76 8,41 1,37 0,05 1,93 1,79

K 2 0 0,II 0,15 0,21 0,09 0,14 0,10 0,11 0,I i 0,09 0,17 0,22 0,24 0,22 0,13 0,05 0,36 0,09

Ti 02 0,81 0,75 0,91 0,82 1,11 0,72 1,29 0,78 0,90 0,92 1,57 0,93 1,27 1,33 0,95 1,26 0,94

P2 05 0,17 0,08 0,09 0,08 0,16 0,2/ 0,13 0,15 0,18 0,14 0,13 0,19 0,21 0,22

PF 4,05 4,98 2,21 4,90 7,08 2,29 5,24 5,37 1,84 4,30 2,77 3,78 3,22 4,59 1,87 1,42 3,24

Tot 98,97 98,88 101,3 99,24 99,62 99,93 99,93 99,43 99,49 99,82 100,19 98,43 99,30 100,22 98,55 99,45 99,70

Tableau 1- C~posttlon chledquedes~tabasltes (analyses chlmlques m 1 1 e s ) . la : 41~ments majeurs en %. Analyste : N.O. LaT, Laboratofre de P4trologJe, Centre St-J4r~me, Untverslt~ de AJx-HarseJlle I I I . Harselne, France. lb : 41£4nents en traces en ppm. Analyste : Y. Besnus, Laboratoire d'analyses spectrom~triques, Centre de s~dtmentologte et G~ochlmte de la Surface. Strasbourg, France.

TABLEAU 1 b

V

Cr

Ni

Cu

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

132 133 140 145 6 i0 11 12 13 14 15 16 17 18 146 154 155

253 206 185 197 204 194 265 162 215 204 252 210 257 236 259 224 177

90 150 279 589 113 296 123 310 129 153 152 144 119 127 69 284 167

40 82 182 306 59 71 51 106 75 86 107 93 62 69 50 155 247

130 3 49 6 136 55 280 i01 61 257 338 288 177 I00 67 32 71

13 14 i0 9 13 i i 9 12 i i 4 I0 7 I0 I i 17 19 I0

484 624 916 194 647 662 957 686 637 1226 1049 1060 610 606 448 179 214

20 24 25 20 19 21 26 22 25 25 27 24 22 21 28 22 18

94 83 78 60 54 69 65 69 71 85 74 83 60 56 94 78 65 I

9 8 16 I 5 9 8 i i i i i0 15 12 7 9 i0 i 11 13 7 i t

816 J. P. VICAT et P. J. VELLUTINI

TABLEAU Z

i i Basaltes ~$~Ites 5asaltes =ecnes du calco-alcalins e!c~lins tn3~iitiques ! ".~yc~e

i

AI z 0 3 25,20 ~! - !~21 ) !3,9!2 ~ - 16,~r_~)

Ti 02

PB 05

Cr

Ni

R~

Zr

Tl/V

¥/Nb

16,9(z ) - tB,zs(: )

o,gs(s } - t ,14U)

u,o7(6 ) - o,z6(3 ~

40 (z) " 69 (B)

z3 {9) - 3 3 (~)

to (B)

71 (B) " 106 {S)

Z,BO{4)

~ t S { l O )

> 2(4)

2,2. , - z.9~2 )

o.Bs(7)

67 400 :~) - ( Z )

50 C2) - 100 (2)

33 2~ " 200 {2)

33o {2) - Boo {2)

84 fS)

• sO(to)

< t (4 )

0,B3(2 ) - 2,5,~

o.zs<z 1

- . .L/

18 (5) " 150 21

t (2) - 31 {2)

40 (B) " zoo C21

t ,5(4 ) - zo {~ )

< so(to) o

> z(i)

I i 15.47 l i I !,~2

O.t6

t : 94

12S

2,3

Tableau 2 - Comparalson des m~tabasltes du Mayombe

avec les basaltes calco-alcallns, alcal lns et thol#l l t lques. I. Kuno 1960; 2. Condle 1975; 3. Ewart 1976; 4. Pearce et Cann 1973; 5. Pearce 1982; 6. Yoder et T i l l ey 1962; 7. Floyd et Winchester 1975; 8. Cole 1973; 9. Lewis 1971.

10. Shervais 1981.

Zr /Y

i l l - - -

10 50 lO0 500 Z r p p m

Flg. 4 - Diagramme Zr/Y - Zr de Pearce et Nory (1979) LKT : thol411tes des arcs insula|res; OFB : basaltes des funds oc4aniques; CAB : basaltes calco-alca]in.,

WPB : basalte intra-plaques..

G6ologie et g6ochimie de la s6rie pr6cambrienne de la Bikossi

T i / l O 0

817

Zr Y.x3

0 0 0 0

0,5

i i i i

50 I00 150 200

Ftg. 5 - Dlagrammes de Pearce et Cann (1973)

5a : TI / IO0 - Z r - Y * 3; LKT : thol~t l tes des arcs lnsulalres; OFB : basaltes des fonds oc~anlques;

CAB : basaltes calco-alcaltns; WPB : basaltes tntra-plaques.

5b : Tt/ IO 000 - Zr. LKT : tho3~tttes des arcs tnsula|res; OFB : basaltes des fonds oc~anlques;

CAB : basa]tes calco-alcaltns; WPB : basaltes tntra-plaques.

Z rppm

818 J.P. VICAT et P. J. VELLUTINI

Vppm

400

300

200

1OO

T i / V = 2 0 ," -, i •

/

i I

/ /

/ / \

\

D

\

j •

s- /

/

I / i I I

l ! i

e e ~ •

Y /

\ J

J

f /

/ I "

/ /

/

/ I

j ,

r /

/ . /

C

j / /

/

MORB

I i

i

I

s /

1

s # /

s

/

f , Ti/V= 50

s t

,' ~ i I I

/ /

¢

/ /

/

I I I I I I

2 4 6 8 10 12 Tippm

F t g . 6 - D t a g r a m e V - T t de S h e r v a t s ( 1 9 8 1 )

A : tho1~t l tes des arcs lnsulaJres; B : HORB et basal tes des basstns margtnaux;

C : basal tes a l c a l l n s ; D : s u t t e c a l c o - a l c a l t n e .

G6ologie et gdochimie de la s6ric prdcambricnne de la Bikossi 819

Nb sont identiques aux valeurs re tenues par Mlelke (1979) pour les basaltes. La rtchesse en Sr est ll~e aux for tes teneurs en Ca0. - lea ~l~ments de transit ion. La correlat ion positive

Ni-Cr montre le compor tement ldentique de ces dl~ments. Les teneurs en FeO, Ti, V, Cu montrent une correlat ion l~g~rement n~gative avec la teneur en Cr ce qui souligne le r61e subordonn6 Jou~ par la magnet i te au tours de la crlstalltsation. Lea faibles valeurs du rapport ~V/~ Cr (1,12 en moyenne) et

~V/YNI (2,02 en moyenne) montrent que ces basaltes ne sont pas diff~renci~s.

- lea ~l~ments incompatibles. Les teneurs en Y, Zr, Nb ne montrent pas de variations signlftcatives en fonctlon de la teneur en Cr, ce qui confirme le peu de diff~renciation de ces roches. L'absence de correlat ion Rb/Cr montre la sensibilit~ de cet 61~ment aux ph6nom~nes d'alt~rations et le compor tement errat lque du s t ront ium est ~ relier

la teneur variable de ces roches en calci te llbre.

Type de magma

L'examen des ~l~ments majeurs et en t races montre: (I) que ces roches ont une composition de basaltes non dlff~renci~s. (2) qu'elles different des basaltes calco-alcallns (Tableau2) par des teneurs plus faibles en AI203. Elles ne montrent pas l 'appauvrissement en Ni et Cr caract~ris t ique des basaltes calco-alcalins. Le rapport V/Cr (1,12) est faible alors qu'il est ~lev~ dans les s~rles calco-alcallnes (Taylor 1969). Le diagramme V-Cr (Miyashiro et Shido 1975) montre une correlat ion n~gative avec des valeurs ~lev~es en V, ceci est plut~t une caract~ris t ique des basaltes thol~iitlques que des basaltes calco-alcalins dans lesquels la cristal l isation de la magnet i te est pr~coce. (3) que les m~tasi tes du Mayombe different des basaltes alcalins (Tableau II) par des faibles teneurs en Ti02, en P205, en Zr, Rb, Nb, un rapport Y/Nb> I et un rapport TI/V inf~rieur ~ 50. Les diagrammes Ti02 Zr, TIO 2

Y/Nb, P20S - Zr, Ti02 - Zr/P20 S et Nb Zr/P205 de Floyd et Winchester (1975) dlscrimlnent les basaltes alcalins et placent ces roches dans les thol~lites.

Les roches basiques du Mayombe sont donc des thol~lites. Si l'on replace les analyses dans le diagramme de Muir et Tllley (1964), les rares roches qui ont une composition chimlque usuelle de basalte pr6sentent des normes ~ hypersth~ne et tombent dans le domaine des thol~ittes. Les autres analyses du fail de la for te teneur en Ca0 ont des points repr~sentat i fs d~plac~s vers le p61e diopside avec des normes aberrantes (en moyenne dtopslde 75% quartz 25%) dans lesqueiles la n~ph~ltne est cependant exceptlonnelle.

Environnemeat g~mdNnamique

Quelques dlagrammes discrlminants pormet ten t de d~terminer l 'environnement g~odynamique.

Le dtagramme Zr/ Y - Zr de Pearce et Nory (1979) (fig. 4) indtque qu'il ne s 'agit pas de basaltes calco- alcalins ni de basaltes n~s dans un contexte distensif d'tnt~rieur de plaque, et place lea roches du Mayombe dans le domaine des thol~iltes oc~aniques ou des arcs insulaires.

Lea dtagrammes Tl/100 - Zr - Yx3 et Tt/10 000 Zr (fig.Sa et b) de Pearce et Cann (1973) ~liminent aussi les basaltes intraplaques et si tuent ces roches dans le domaine des thol~iites des fonds oc~antques ou des arcs insulatres plut~t que dans celul des basaltes calco- alcallns.

Le diagramme V - TI de Shervais (1981) (fig.5) confirme ces conclusions en ~liminant les thol~iltes d'arcs pour lesquelles le rapport TI/V est touJours inf~rieur ~ 20. Lea points repr~sentat i fs se si tuent dans le domatne des thol~iites oc~anlques.

Ces diagrammes ne permet ten t pas de discrimtner les thol~lttes des bassins marginaux dont la chimie est tr~s semblable ~ celle des thol~iltes oc~aniques. Cependant l 'absence de thol~tites d'arc darts la patt ie

congolalse de la chalne du Mayombe sugg~re plutSt une pal6og6ographle de type marge contlnentale. Les thol611tes de la Bikossi se sont donc probablement raises en place dans un bassln oc6anique sltu6 en avant du socle de Gu6na. La nature des s6dlments assocl*s aux roches basiques : quartzop~lltes et schistes graphiteux sugg~re un basstn oc~anlque ~trolt. Cet te pal~og~ographie dlff~re de celle du Bas-Zalre od les m~tabasltes 6qutvalentes ~ celles de la s~rle de la Blkossi pr~sentent lea caract~res des thol~iltes d'arc insulalres et od un bassln marginal a ~t~ mis en ~vldence (Kampunzu e t aL 1985).

CONCLUSION

La coupe du r~alignement du therein de fer monZre que la s~rle de la Bikossi c o n s t r u e une 6caille entre le socle de Gu~na et lea s~rles m~tamorphlques de la chalne du Mayombe. Elle eat essentiel lement consti tu6e de m6tabasi tes d'origlne ortho qut a l ternent par contact tectonique avec des m6tap~lites, e t elle est d~coup~e en trois unit~s tectoniques superpos~es par des contacts maJeurs qut plongent au Sud-Ouesz. L'ensemble de la s~rie est affect~e d'une schlstoslt6 de flux n~e lots de la premiere phase de d~formatlon et m~tamorphis~e dana le facies amphibolite ~ ~pidote; une deuxi~me phase de d~formatlon s 'accompagne d'une schistostt~ de f racture et d'une r~tromorphose dans le f ac t , s schiste vert.

L'~tude g~ochimique des m~tabasttes montre qu'il s 'agit de thol~iites non diff~renct~es en tout point semblables aux thol~iites abyssales. Ce r6sultat s 'int~gre parfa l tement bien dans le module de formation de la chalne du Mayombe, propos~ par Vellutunt e t aL (1983), module conforme ~ la tectonique des plaques avec oc~anlsatton, subduction puis collision continentale.

Remerctements. - Nous remerclons J.P. Karche qut a revu le manuscrtt et dont les crit iques ont permts sa mtse au point drift nt t t vs.

REFEItE]N:£S

Cole J.W., 1973. High alumina basalts of Taupo volcantc zone.New Zealand. Llthos, 6 : 53-64.

Condte X. C., 1975. Plate tectonics and crustal evolution. PergamePressEdlt . , 288 p.

Cosson J. , 1955. Nottcee explicative sur les feut l les Polnte Nolre et Brazzavtlle. Carte gdologtque de reconnaissance au 1/500.000. Bu]l. DJr. mmsg6o l . A.E.F., 56 p.

Dadet P., 1969. Notice expl icative de la carte g~ologlque de la R(publtque du Congo-Brezzavtlle au 1/500,000 (zone comprise entre les parall~les 2 ° et 5 ° Sud). Nm. B.R.G.N., 70, 99 p.

E~rart A., 1976. Htnerelogy and geochemistry of the younger volcanic islands of Tonga, S.N. Pacif ic O ~ . Petrel . , 1 4 : 489-508.

Floyd P.A., Winchester J.A., 1975. Magma type and tectontc setting discrimination using immobile elements. F A ~ P l a e t e ~ Scfemce Letters, 27 : 211-218.

Hosste G., 1980. Contribution ~ l '~tude structerale de la chafne ouest-congollenne Pan-Afrlcatne dans ]e Mayombe congolats. 11dhse ~ c)¢le, Hontpellter, 124 p.

Kempunzu A.B., Kabengele M,, Kapenda D., Rumvegert B.T., Tshlmanga K., 1985. Evolution gdologtque des chatnes ubendtennes et ktbartenne avec rdf~rences sp~ctales au magmattsme. 138m colloque de G~ol. ifHcatem. Dt-Andrews, Ecosse, p. 4.

Kuno H., 1950. Htgh alumtna basalt. J~ rn . p e t r o l 1 : 121- 145.

Lewts J.F., 1971. Composition, origin and dtfferenctatlon

820 J.P. VICAT et P. J. VELLUTINI

of basalt magma in the Lesser Ant i l les. Geol. So¢. / / . m e . , 13: 169-179.

Ltsttsyna N.A., 1968. Geochmtstry of weathering zones of bastc Pocks. GeocMm. In t . 5 : 210-244.

N1elke `I.E., 1979. Coraposltlon of the Earth's crust and dist r ibut ion of the elements. In : Retrlev of research ol modem prolblems in 9eothmdstr~, 13-37, F.R. Stegel Edi t . , Ibesco, 290 p.

Mlyashtro A., Shtdo F., 1975. Tholett t lc and calcalkallc series In relat ion to the behaviors of titanium, vanadtom, chromlom, and nickel, k L `1. S¢1., 275 : 265-277.

Mutt I . D., T l l ley 0. E., 1964. Basalts from the Northern pert of the r t f t zone of the Mid-Atlantic rtdge. J. Petro l . , 5 : 409-434.

Nlomglclaq)aye A., 1984. Contribution t l '~tude du rnagmattsme basique dens le ktbarien de la patt ie occldentale du Burnndt. 11dhN me ~ctlmces, Gand (Belglque), 250 p.

Pearce J. A., 1976. Stat is t ical analysts of major elements patterns In basalts. J. Petro l . , 17 : 15-43.

Pearce J.A. 1982. Trace elements characteristics of lavas from destructive plate bouedarles. ]n : /~lesttes : oregenlc madesites mad re l l ted rocks, 525-548, R.S. Thorpe Edi t . , `1. Wtley and sons, Chlchester, 724 p.

Pearne J.A., Cann J.R., 1973. Tectonic setting of bastc

volcanic rocks determined ustng trace elements analyses. Earth Plamet. Set. Letters, 19 : 290-300.

Pearce J.A., Nory J.M., 1979. Petrngenettc Implications of T1, Zr, Y and Nb variations tn volcanic rocks. CoRtrtb. NImerel. Petro l . , ~ : 33-47.

ShervaJs J.W., 1981. TtV plots and the petrogenesls of modern and ophlo l i t l c laves. Earth J P|amet. Scl. Le t t . , 59 : 101-118.

Tack L., 1975. Etude p~tpochtmtque de ]a formation des roches vertes de Ganglla aux envtrons de Hatadt (BasZaTrn). /Me. Soc. 6~ol. b l g . , 98 : 229-249.

Taylor S.R., 1969. Trace element chemistry o¢ Andestte and associated calcalkaltne rocks. Proceed. of the Andestte Conf. Int . Upper Hantle Project., Scient i f ic report, 16: 43-63. State of Oregon edtt.

Vel luttnt P. l . , Rocct G., Vtcat `1.P., Gtoan P., 1983. I¢lse en ~vtdence de complexes ophtoltttques dans la chaTne du Hayombe (Gabon-Angola) et nouvelle Interpretation g(otectontque. Prec. Res., 22 : 1-21.

Vlcat J.P., Vel lut lnt P.J., ]987. Sur l 'o r tg lne oc#anlque des rn~tabasttes de la chaTne du Hayombe (Gabon, Congo, ZaTre, Angola). Prec. lies., 36 : 163-175.

Yoder H. S., Tt l ley C.E., 1962. Origtn of basalttc magmas: an experimental study of natural and synthetic rock systems. • 1. Petro l . , 3 ; 342-352.