53
LES SERIES MAGMATIQUES Damien Jaujard

Les Series Magmatiques

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Les Series Magmatiques

LES SERIES MAGMATIQUES

Damien Jaujard

Page 2: Les Series Magmatiques

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

Prenons quelques exemples….

Page 3: Les Series Magmatiques

La Chaîne des puys

Page 4: Les Series Magmatiques

40 km

20 km

AGE:de -95 000à -7000 ans

Page 5: Les Series Magmatiques

Des roches volcaniques variées:

Basalte Trachyandésite Trachyte

Page 6: Les Series Magmatiques

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

Page 7: Les Series Magmatiques

Analyse normative (Cross Iddings Pirssons Washington)

Page 8: Les Series Magmatiques

Classification de Streckeisen

Page 9: Les Series Magmatiques

Analyse minéralogique et chimique des échantillons

K2O-Na2O

SiO2

trachyte

basaltetrachyandesites (hawaïte, mugéarite, benmoréite)

Diagramme de Harker

Diagramme de Streckeisen

Page 10: Les Series Magmatiques

La Réunion

Page 11: Les Series Magmatiques

70 km190 km

Age:de -3 Ma à aujourd’hui

Page 12: Les Series Magmatiques

basalte(océanite)

trachyte

Page 13: Les Series Magmatiques

Analyse minéralogique et chimique des échantillons

K2O-Na2O

SiO2

trachyte

basaltetrachyandésite

Page 14: Les Series Magmatiques

La Martinique

Page 15: Les Series Magmatiques

50 km

70 km

AGE: de –30 Ma à aujourd’hui

Page 16: Les Series Magmatiques

Des roches volcaniques variées:basalte andésite

Page 17: Les Series Magmatiques

dacite rhyolite

Page 18: Les Series Magmatiques

Analyse minéralogique et chimique des échantillons

K2O-Na2O

SiO2basalteandésitedaciterhyolite

Page 19: Les Series Magmatiques

Le massif du Chenaillet

Page 20: Les Series Magmatiques

AGE: -160 Ma

Page 21: Les Series Magmatiques

plagiogranite gabbro basalte en coussin

Page 22: Les Series Magmatiques

Analyse minéralogique et chimique des échantillons

K2O-Na2O

SiO2

basalte - gabbroplagiogranite

Page 23: Les Series Magmatiques

-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:

Page 24: Les Series Magmatiques

-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

Page 25: Les Series Magmatiques

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)

Page 26: Les Series Magmatiques

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?

Page 27: Les Series Magmatiques

Comment expliquer la diversité

des roches au sein d’une même série?

Page 28: Les Series Magmatiques

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

Page 29: Les Series Magmatiques

-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.

Page 30: Les Series Magmatiques

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

Page 31: Les Series Magmatiques

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

Page 32: Les Series Magmatiques

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

Page 33: Les Series Magmatiques

Conséquence d’une cristallisation fractionnées

Page 34: Les Series Magmatiques

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.

Page 35: Les Series Magmatiques

-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:

Page 36: Les Series Magmatiques

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?

Page 37: Les Series Magmatiques

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

Page 38: Les Series Magmatiques

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

Page 39: Les Series Magmatiques

Type de série magmatique

Contexte géodynamique

Composition du magma primaire

Taux de fusion partielle

Composition de la source

? ?

Page 40: Les Series Magmatiques

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

Page 41: Les Series Magmatiques

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)

Page 42: Les Series Magmatiques

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

Page 43: Les Series Magmatiques

Le magmatisme d’extension océanique

B. tholéiitique

Remontée asthénospérique etFP à faible profondeur

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

Page 44: Les Series Magmatiques

Le magmatisme de subduction

Plongement et déshydratation de la C.O et des sédimentsHydratation

et FP du manteau

Incompatibilité décroissante

B. calco-alcalin

Page 45: Les Series Magmatiques

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.

Page 46: Les Series Magmatiques

La diversité du magmatisme de subduction

Contamination croissante

temps

42-12Ma

11 – 2Ma

2 – 0 Ma

2 – 0 Ma

Page 47: Les Series Magmatiques

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

Page 48: Les Series 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)

Page 49: Les Series Magmatiques
Page 50: Les Series Magmatiques
Page 51: Les Series Magmatiques
Page 52: Les Series Magmatiques
Page 53: Les Series Magmatiques

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