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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 verre
Analyse 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 km
190 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
SiO2
basalteandésitedaciterhyolite
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 lin
T h o le ii tiq u e
R hyo liteD ac ite
A nd és ite B asa lteN ouvelle -Z é la
nd 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
Ca
Ca
Na
K
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 fractionnée
Cristallisation fractionnée
TrachyandésitesTrachyte andésite Dacite Rhyolite Islandites Rhyolites
Péridotite résiduelle
Péridotite résiduelle
Péridotite résiduelle
(Contaminationcrustale)
(Contaminationcrustale)
(Contaminationcrustale)
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 tésC roû te océan ique
déshyd ra tée
D M M
Genèse des M ORB
Iles océaniquesCroûte continenta le