Cours metamorphisme

Chapiter 1Metamorphisme et

roches Métamorphiques

“le Metamorphisme c’est un processus de type “ subsolidus” responsible du changement minéralogique et texturale (par example la taille des grains) et souvent b de la composition chemique de la roche. Ces changements résultent des conditions physiques et/ou chimiques qui diffèrent de celles qui occurent normalement en surface des planètes et dans des zones de cimentation et de diagenèse au dessus de cette surface. Ils coexistent avec une fusion, partielle.

Définition du Métamorphisme

Métamorphisme

•C’est un changement dans la composition ou texture des roches•À cause de la chaleur , la pression et la circulation des fluids

Métamorphisme• La transition d'une roche à une autre par des

températures et / ou de pressions de la différentes de celles dans lesquels on pris naissanceles roches métamorphiques sont produites à partir de des roches magmatiques des roches sédimentaires d'autres roches métamorphiques le métamorphisme évolue progressivement de bas grade au haut grade Au cours de métamorphisme la roche demeure essentiellement solide. Il ne fond pas

•Les facteurs qui contrôlent le type et le degré du Métamorphisme• Chaleur• Pression •Fluides

PRENEZ DES NOTES1. Les roches se transforment sous l’effet de la la

chaleur, la pression et les fluides.2. La chaleur de la terre est d'origine thermique

en plus de la chaleur issue de désintégration radioactive

3. La pression est tout simplement le poids au-dessus des rochers. Pression augmente en fonction de la Profondeur

4. Qu'arrive-t-il au cours du métamorphisme?5. Différentes conditions du métamorphisme en

résulte différents roches et minéraux les roches métamorphiques révèlent diverses conditions de température et de pression sur la terre

Qu’est ce qui se passe au cours du métamorphisme

Les minéraux se transforment en d’autres nouveaux minéraux + 2SiO2 CaMg (CO3) 2 == CaMgSi2O6 + 2CO2 Dolomie +Quartz = pyroxène minéraux changent de formesAl2SiO5 = Al2SiO5 Andalousite = disthène

Nouveaux matériaux sont ajoutés (métasomatisme) CaMg (SiO2) 2 + 2CO2 = CaMg (CO3) 2 + 2SiO2 Pyroxène + CO2 = Dolomie + Quartz Minéraux en solution = Gisement aurifère Recristallisation

Les changements chimiques dans les roches

Alteration en surface Diagenèse Roches Sédimentaires Métamorphisme Commence à environ 200° C En dehors de la gamme normale des conditions proches de la surface

Fluides métamorphiques

La plupart des roches métamorphiques ont une phase fluide intergranulaire durant le métamorphisme

Un Fluide est liquide, ou un gaz à haute pression ou un fluide supercritique

Les fluides sont principalement l'eau et / ou du CO2

L'eau supercritique est présent dans la plupart des processus métamorphiques

Les fluides sont importantes pour la recristallisation des minéraux et des néocroissance de minéraux

Pourquoi les roches ne se « demétamorphose pas"??

Les réactions ne peuvent etre inversees Parce certains ingrédients se perdent:2AlSi2O5 (OH) = Al2SiO5 + 3SiO2 + H2O Mineral argileux = andalousite + Quartz + eau (perdu) Un exemple de métamorphisme de carbonates : CaMg (CO3) 2 + 2SiO2 = CaMgSi2O6 2 CO2 Dolomie + Quartz = pyroxène + CO2 (perdu)

Parfois, cela arrive en Présence des Fluides le Métamorphisme peut etre rétrograde suite au changement de conditions de pression et température

Les limites du Métamorphisme

À basse température la limite est au confins de la diagenèse. Les processus sont indiscernables Le métamorphisme commence dans la limite des 100-150 C° Certains zeolites sont considérés diagénétiques ou métamorphiques assez arbitrairement

Les limites du Métamorphisme

• High-temperature limit grades into melting

• Over the melting range solids and liquids coexist

• Xenoliths, restites, and other enclaves?• Migmatites (“mixed rocks”) are

gradational

Agents du métamorphi

sme

• Chaleur Le plus important agent de Recristallisation donnent de nouveaux minéraux stables Deux sources de chaleur

1. Métamorphisme de Contact - à partir de la chaleur du magma

2. Une augmentation de la température avec la profondeur à cause du gradient géothermique

Métamorphisme: transformations avec la Température

•L'augmentation de la température favorise la recristallisation des phases minérales progressivement vers d’autres plus grossiers•la taille des grains (coalescence et croissance) et de cristallisation de nouveaux minéraux( "Neo-cristallisation")•L'augmentation de la température affecte la stabilité des minéraux donnant lieu à une succession de minéraux •Un des effets les plus communs de plus en plus sur la stabilité des minéraux est la perte des éléments volatiles (notamment l'eau et le CO2)

• Contrainte différentielle et pression

• La pression augmente avec la profondeur • la pression differentielle applique des

forces égales dans toutes les directions• Les roches peuvent également être soumis

à une Contrainte différentielle qui est inégale dans les différentes directions

Pression de Confinement

pression de confinement La pression de confinement est la même dans toutes les directions (y compris en 3D) Dans l'eau; elle corespond à un tonne par m2 pour chaque mètre de profondeur à 10 m ~ (1 atm: atmosphère ) ou 10 tonnes de pression par m2

La Pression en métamorphisme

Le Concept de la pression lithostatique ou du confinement

Métamorphisme: transformations avec la pressionLa pression lithostatique P, qui est considéré comme égal dans toutes les directions déforme une roche

( sans distorsion)

une pression inégale ou contrainte déviatorique ) (déforme une roche avec distorsion

la contrainte déviatorique peut être décomposée en ) 1 , trois composantes σ principale

3 2 σ minimale et σ intermédiaire

' la réponse rhéologique d une roche à la contraite e st dite déformation

,l a contrainte déviatorique change les textures les structures et la minéralogie

’ , L etirement la compression et le cisaillement sont trois expressions principales de la contrainte déviatorique

• les fluides actifs Chimiquement Principalement l'eau et d'autres composants volatiles les fluides améliorent les réactions et la migration des ions

• Aident à la recristallisation des minéraux Sources des fluides

• Piégés dans des espaces des pores des roches sédimentaires

• Les fractures dans les roches ignées • Altération des minéraux hydratés

comme l'argile, le gypse, et les micas

L’importance de la roche mèreLa plupart des roches métamorphiques

ont la même composition chimique générale de la roche mère ils ont formé des minéraux qui la composent et dans une large mesure, indiquent les conditions dans les quelles chaque agent métamorphique a agit et les changements qu’il a causé

Types de Métamorphismes Contact

Autour Intrusions peu profond: 0-6 km Basse Pression Local source de chaleur Régional De larges zones 5-20 km, parfois 30 + Haute Pression Généralement accompagnée par la déformation du de l’edification d’une chaine de montagnes

shock, contact, regional, and burialshock, contact, regional, and burial

Types of metamorphism

Depth,km

0

35

75

Asthenosphere

Continental mantle lithosphere

Continental crust

Regional metamorphism Oceanic

crust

Oceaniclithosphere

ShockShockmetamorphismmetamorphism

Depth,km

0

35

75

Asthenosphere


Continental crust


crust

Oceaniclithosphere


RegionalRegionalmetamorphismmetamorphism

Depth,km

0

35

75

Asthenosphere


Continental crust


crust

Oceaniclithosphere



RegionalRegionalhigh-pressurehigh-pressuremetamorphismmetamorphism

Depth,km

0

35

75

Asthenosphere


Continental crust


crust

Oceaniclithosphere




ContactContactmetamorphismmetamorphism

Depth,km

0

35

75

Asthenosphere

Continental crust


crust

Oceaniclithosphere





BurialBurialmetamorphismmetamorphism


Depth,km

0

35

75

Asthenosphere

Continental crust


crust

Oceaniclithosphere






Water

SeafloorSeafloormetamorphismmetamorphism

pression

Température

Fluidesmétasomatisme)

(Impactes)

Contact

enfuissement(BP, BT),FAIBLE DEGRE

TYPES DE METAMORPHISMES

Augmentation

du degré

Metamorphisme Regionale

Zonesde SubductionZonesde Subduction

Chaines de Chaines de montagnesmontagnes

DEGRE DU METAMORPHISME

Degré dans lequel la roche a changé de composition Peut souvent montere une trace de stratification ou parfois même des fossils déformés Au Haut-degrés, les roches peuvent souvent perdre toute trace de leur aspect d'origine

contextes Métamorphiques

• métamorphisme de Contact ou thermique • par une élévation de température à l'intérieur de la

roche hôte • Métamorphisme Hydrothermal

modifications chimiques à chaud en contact d’eau riche en ions

• Métamorphisme Régionale Se produit au cours de la genèse des montagnes Produit un grand volume de roches métamorphiques les roches montrent habituellement des zones de contact et / ou métamorphisme hydrothermal

150

Roches Foliés

•Slate (ardoise) grains très fins Excellent clivage de la roche Le plus souvent produite à partir de faible métamorphisme de schiste, d’argile, ou silte

Roches Foliés • Phyllades

ont un degré de métamorphisme entre l'ardoise et le schiste minéraux feuillés pas assez grande pour être identifiés à l'oeil nu Brillant et à surfaces ondulées montrent un clivage Composé essentiellement de fins cristaux de muscovite et / ou de chlorite

Roches Foliés • Schiste

Moyen à gros grains minéraux feuillés (à prédominance principalement de micas) Le terme schiste décrit la texture Pour indiquer la composition, les noms de minéraux sont utilisés (ex. Micaschiste)

Roches Foliés

• Gneiss Moyen à gros grains

• montre un litage en bandes métamorphisme de haut degré

• Souvent composé de feldspath blanc ou de couleur claire ,

• Roche riche en lits avec des bandes sombres de minéraux ferromagnésiens

Ardoise (gauche) &phyllade (droite)

Textures foliées • Clivage ardoisier

Étroitement espacé le long de surfaces planes de découpage des roches Peut se développer de diverses façons selon les conditions métamorphiques et selon la nature de la roche mère

• Schistosité les minéraux sont feuillées et perceptibles à l'oeil nu et la roche montre une structure en couches les roches ayant cette texture sont désignés comme schiste

Textures foliées

• Texture gneissique Au cours de haut degré de métamorphisme, la migration des ions entraîne la séparation des minéraux roches gneissiques présentent une apparence distinctive en bandes foliées

Foliation resultant d’une contraite orientée

Figure 8.2

La foliation fans cette roche est un clivage de crénulation et il est développé aprés la foliation horizontale primaire. (Cette diapositive est indicative d'un schist)

foliation est une fabrique plan aire dans unerochemétamorphique. Dans ce cas, le foliation est définie par les feuilles alignées de muscovite en sandwich entre les grains de quartz. (Cette diapositive est indicative d'un phyllithe)

Textures métamorphiques

• Une texture se réfère à la taille, la forme et l'arrangement des grains de minéraux Une Foliation est tout arrangement planaire de grains de minéraux ou de caractéristiques structurelles dans une roche

Textures métamorphiques

• Exemples de foliation • Alignement Parallèle de minéraux de

forme planes et / ou allongés• Alignement Parallèle des grains de

minéraux et de galets aplatis• Composition de bandes foliées• Clivage Ardoisier où des roches

peuvent être facilement bébitées en minces feuillets sous forme d’ecailles

Figure 8.8

Autres textures métamorphiques

• Ces roches métamorphiques qui sont caractérisées par l'absence de foliation et désignés comme non-foliés

• Sont mise en place dans des environnements où la déformation est minime

• Généralement composé de minéraux qui présentent des cristaux de même taille

• Textures porphyroblastique (mélange de minéraux de gande et petite tailles) Gros grains, appelée porphyroblastes, entourés par une matrice de minéraux à grains fins

Roches Non Foliées

• Quartzite Formée à partir d'une roche mère riche en quartz de grès

• Grains de quartz sont fusionnés

Roches Non Foliées• Marbre

grossier, cristallin La roche mère est calcaire ou dolomie Composé essentiellement de cristaux de calcite ou de dolomite Utilisé comme pierre et de décoration Présente une variété de couleurs

Environnements métamorphiques

• métamorphisme de Contact ou thermique Résulte d'une hausse de la température lorsque le magma est mise en place dans un terrain hôte Une zone d'altération appelée une auréole dans la roche entourant le magma facile à reconnaître quand il se produit en surface, ou dans un environnement proche de la surface

métamorphisme de Contact


•Adjacent aux intrusions auréole de contact formée dans le contoure des rochesle contraste de la température dépend de la profondeur, la durée, la taille, la forme et l'orientation de l'intrusion Le métamorphisme de contact aussi couramment associé au métasomatisme (modification de la composition) Absence de contrainte déviatorique importante donne lieu à des roches avec des textures aléatoires (appelé granofels ou hornfels)


Figure 8.19

métamorphisme de Contact.

Métamorphisme Hydrothermal• Métamorphisme Hydrothermal

Modification chimique due à chaud, riche en ions fluides, appelé solutions hydrothermales, circule à travers des fissures et des crevasses qui se développent dans la roche La plus répandue le long de l'axe de la dorsale midéo-océanique

Métamorphisme Hydrothermal

Figure 8.20

Métamorphisme régional

• Produit la plus grande quantité de roches métamorphiques

• Associées à des orogénèses

Métamorphisme régional•Subdivisé en métamorphismes orogénique, d’enfuissement, et de plancher océanique

métamorphisme Orogénique: marges Convergent . Les roches sont foliés (ardoises, phyllites, schistes et gneiss) Polymetamorphisme (plusieurs épisodes de métamorphisme régional) est commune dans de tels contextes

métamorphisme d’enfuissement : efuissement des sédiments (y compris les sedim. Volcanoclastiques. le bassin (peut être> 20 km d'épaisseur). Faible température et caractérisé par des néoformations de minéraux comme les zéolites, Prehnite et pumpellyite riches en fluides et pas de déformation

métamorphisme de plancher océanique : Metamorphisme des systemes de rides médio-océaniques. Large gamme de température , mais à faible pression. métasomatisme chaud fluides très communs. Nouveaux minéraux notamment calcite, zéolites, épidote et chlorite basalte altér est souvent appelé spilite

Zones métamorphiques • Systématique variations de la minéralogie

et des textures des roches métamorphiques liées à des variations dans le degré de métamorphisme Index des minéraux et degré du métamorphisme Les changements se produisent dans la minéralogie des régions à faible métamorphisme à des régions à haut degré du métamorphisme

The sequence of zones now recognized, and the typical metamorphic mineral assemblage in each, are:

Zone à Chlorite. Ardoises pelitiques ou les roches sont généralement des phyllites à chlorite, muscovite, quartz et albite Zone à Biotite. Les ardoises cédent la place à des phyllites et schistes à biotite, chlorite, muscovite, quartz, albite Zone à Grenat. Avec des schistes grenat almandin rouge , généralement à biotite, chlorite, muscovite, quartz et albite ou oligoclase Zone à Staurotide. Schistes à staurotide, biotite, muscovite, quartz, grenat, et plagioclase. Certains chlorites persistent Zone à disthène. Schistes à disthène, biotite, muscovite, quartz, plagioclase et, habituellement, grenat et staurotide Zone à Sillimanite. Schistes et gneiss à sillimanite, biotite, muscovite, quartz, plagioclase, grenat, et peut-être staurotide. Certains disthènes sont également présents (même si disthène et sillimanite sont des polymorphes de Al2SiO5.

Facies métamorphique et degré du métamorphisme

B

A

Facies métamorphique et degré du métamorphisme

Distribution spatiale des facies métamorphiques

Mineraux Index and degré du métamorphisme

• Certains minéraux, appelé minéraux index, ils sont de bons indicateurs du degré et des conditions du metamorphisme

Dans les terrains métamorphiques à métamorphisme régional le régime de température et de pression est indiquée par la répartition des minéraux métamorphiques à travers une vaste zone. Métamorphisme à faible degré (basse T et P <200 C°): Ardoises et phyllithes: chlorite, muscovite, biotite Métamorphisme à degré intermédiaireSchiste: grenat, staurautide , disthèneMétamorphiques à haut degré- 800 ° C (la limite de fusion) Gneiss: disthène, sillimanite Métamorphiques à plus haut degré : fusion partielle Migmatites: rock partiellement fondu, mais pas de perte de masse.

Ainsi, la minéralogie retrace le degré métamorphique des roches.

mineraux Index du Métamorphisme Régional

Metamorphisme et tectonique des plaques

• Souvent le métamorphisme se produit le long de frontières de plaques convergentes la Compression déforme les forontières des plaques Formation des grandes chaînes de montagne, y compris les Alpes, l'Himalaya, et les Appalaches ,les apennins

Metamorphism etZones de Subduction

• Grandes zones de métamorphisme se produisent le long de zones de subduction Plusieurs environnements métamorphiques existent ici les zones de subduction sont d’importants sites de production de magma et ou sont exposés distinctes ceintures linéaires de roches métamorphiques à Haute pression, basse température

environnements Metamorphiques et

tectonique des plaques

Figure 8.28

Facies à haute pression• Facies à schiste bleu à HP-BT (B:

Basse)• Eclogites at moderate HP-MT

(M:moyenne)• UHP (Ultra-haute pression) pour les

gneisses

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