Persistance d'une série granulitique au coeur du Massif Central français, Haut-Allier: les termes acides - Université de Nantes Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1974

Felsic rock-types from a relict granulite series in the Haut-Allier, French Massif Central basement

Persistance d'une série granulitique au coeur du Massif Central français, Haut-Allier: les termes acides

Résumé

Felsic rocks with granulite assemblages outcrop in the Haut-Allier, as locally thick (>100 m), polymetamorphic relicts among a mesozonal series of gneisses and migmatites. A retromorphic evolution is observed in the Al-silicate-bearing khondalito-kinzigitic gneisses [KKG] and banded granulites. Al-silicates record through their polymorphism the changes in the pressure-temperature conditions, together with various mineral reactions, often of coronitic type.In the aluminous granulite rocks, the oldest assemblage comprises: quartz, mesoperthitic orthoclase, antiperthitic oligoclase, kyanite, garnet, ± biotite, rutile, monazite, ± graphite, apatite, zircon, ores, ± corundum, indicating the sub-type HIGH-PRESSURE GRANULITE, that occurred together with a pervasive deformation. Feldspars from the pre-tectonic assemblage were preserved only as relict phenoclasts in a granoblastic, recrystallized matrix. The post-tectonic recrystallization was made under HIGH-TEMPERATURE GRANULITE conditions, corresponding to a pressure drop and a moderate temperature increase (< 100 °C). With respect to the total lithostatic pressure, this retromorphosis was marked by kyanite destabilization and a number of coronitic reactions:(1) Kyanite was transformed in situ into cleavage-free, intermediate forms ("kyan-sillimanite") that turned later into prismatic sillimanite I. Kyanite was also corroded by quartz (marginal rim and internal droplets), a process that might have enriched the fluid phase in aluminum, controlling the growth of prismatic sillimanite II. The latter crystallized either directly on sillimanite I, on "kyan-sillimanite", as pseudomorph on metastable kyanite, or without any precursor amid the quartz-feldspar matrix. In the light colored levels of Al-silicate-bearing banded granulites, kyanite destabilization was at the origin of the growth of sillimanite+quartz nodules.(2) The temperature increase would have controlled the following coronitic reactions: [1] garnet (alm-pyr) + Al-sil. ––> spinel + quartz; [2] garnet (alm-pyr) + Al-sil. ––> cordierite + spinel. [1] and [2] may be simultaneous and their products are often associated as symplectites. [3] garnet (alm-pyr) + K-feldspar + H2O ––> biotite + Al-sil. + quartz; [4] biotite + Al-sil. + quartz ––> cordierite + orthoclase + H2O; [5] garnet + orthoclase ––> cordierite + quartz + K2O. [4] and [5] were especially developed in the migmatites where they preceded the mobilization of the quartz-feldspar background. Al-silicates would have had a major part in the cordierite growth. The irregular distribution of kya and grt produced (via [4] and [5]) cordierite concentrations, hence the characteristic pattern of migmatite with cordierite nodules.The retromorphic evolution went on, in the unmigmatized rocks, under the AMPHIBOLITE facies conditions. The Al-silicate-free granulites were turned into LEPTYNITES by recrystallization of feldspar and the KKG evolved towards biotite-sillimanite gneisses, following transformations that were observed on some outcrops: mesoperthitic orthoclase ––> orthoclase ––> microcline; antiperthitic oligoclase ––> oligoclase; kyanite ––> "kyan-sillimanite" ––> sillimanite I ––> sillimanite II ––> fibrolite; garnet ––> biotite ––> chlorite; rutile ––> ilmenite ––> hematite. Locally, the retromorphosis went on up to sericitous white mica, as a replacement of Al-silicates, or inside K-feldspar crystals.The retromorphosis, enhanced by a shearing episode that generated the granulite septa, ultimately produced "relict-bearing micaschists" made of quartz, phyllites and relict augen feldspars. For aluminous rock-types the KKG were turned, on the one hand into biotite-sillimanite gneisses, and on the other hand into migmatites: this model is supported by outcrop patterns, by mineralogical data and as well by the identical geochemistry of all those rock-types.The METAMORPHIC HISTORY of the Haut-Allier may be envisioned in two ways.1) The present-day outcrop is the upper part of a huge charnockite complex that has been traced at depth through Tertiary volcanic enclaves. This complex, of partly magmatic (at depth), partly volcano-sedimentary (near the surface) origin, would have endured a prograde episode up to the HP-granulite, before a retromorphic amphibolite episode. The latter, enhanced by tectonic effects and local increase of water pressure, would have preserved the granulite septa. This model is reinforced by the occurrence of many catazonal relicts of mafic, ultramafic and carbonated rocks.2) The granulite septa (felsic, mafic, ultramafic, carbonated) belong to a transition zone between an underlying charnockite complex and an upper zone metamorphosed under amphibolite conditions. The local variations of the fluid phase composition would have controlled the septa distribution: H2O-rich fluid phase ––> amphibolite facies; CO2-rich fluid phase ––> granulite facies. Hence, the prograde episode yielded only locally the granulite conditions. The retromorphosis would have re-uniformed the whole series, sparing some relicts. From such a model a part of the biotite-sillimanite gneisses would have been derived from KKG while others would never have recorded the granulite facies.Current studies based on trace-elements and C- and O-isotopes might favor one of those hypotheses. The DISCOVERY OF A GRANULITE SERIES in the heart of the Massif Central is the main news. Available absolute ages are too scarce to estimate the age of those metamorphic relicts. Structural and stratigraphic data suggest a pre-Hercynian, probably Precambrian age. Based on the presence of similar units, this conception may be extended to other parts of the Massif Central, to Southern Brittany, as well as to Galicia in NW Spain, Vosges, Saxony, Bohemia etc. Similarities between the various granulite series all along the Variscan Chain of Europe suggest either that they were originated from a common mega-unit, or that equivalent P,T-conditions were repeated along the geological history. Such conditions seemingly characterize the Precambrian times.
Des roches acides à paragenèses granulitiques affleurent dans le Haut-Allier, reliques polymétamorphiques en septa de puissance parfois plurihectométrique, au sein d'un ensemble mésozonal gneissique et migmatitique. Une évolution rétromorphique s'observe dans les roches à silicates d'alumine (gneiss khondalito-kinzigitiques, granulites rubanées) qui enregistrent par leur polymorphisme les variations des conditions thermodynamiques, avec des réactions multiples, souvent de type coronitique.Dans les roches alumineuses du faciès granulite, l'assemblage minéral le plus ancien est : quartz, orthose mésoperthitique, oligoclase antiperthitique, disthène, grenat, ± biotite, rutile, monazite, ± graphite, apatite, zircon, minerais, ± corindon, caractérisant le sous-faciès GRANULITE DE HAUTE PRESSION, avec une tectonisation intense. Les feldspaths de l'assemblage antétectonique ne sont conservés qu'à l'état de phénoclastes relictuels au sein d'une matrice granuloblastique recristallisée. La recristallisation post-tectonique se serait effectuée en sous-faciès GRANULITE DE HAUTE TEMPÉRATURE. Cette évolution traduit une baisse de pression dans le faciès granulite et se serait faite avec une hausse modérée de température (100 °C au maximum). Vis à vis de la pression lithostatique totale cela correspond à une rétromorphose marquée par la déstabilisation du disthène et par un certain nombre de réactions coronitiques :(1) Le disthène évolue in situ avec des formes intermédiaires sans clivages ("disth-sillimanite") qui cristallisent ensuite en sillimanite prismatique I. On observe aussi une corrosion du disthène par du quartz (liseré périphérique et gouttelettes dans les cristaux), pouvant libérer au sein de la phase fluide l'aluminium nécessaire à la formation de sillimanite prismatique II. Celle-ci cristallise, soit directement aux dépens de la sillimanite I, du "disth-sillimanite" ou du disthène métastable qu'elle pseudomorphose, soit sans nuclei visibles au sein de la matrice quartzofeldspathique. Dans les niveaux clairs des granulites rubanées à silicates d'alumine, la déstabilisation du disthène est à l'origine de la formation de nodules de sillimanite et quartz.(2) La hausse de température provoquerait les réactions coronitiques suivantes : [1] grenat (alm-pyr) + sil. d'alumine ––> spinelle + quartz; [2] grenat (alm-pyr) + sil. d'alumine ––> cordiérite + spinelle. [1] et [2] sont parfois simultanées et les minéraux résultants peuvent être associés en symplectite. [3] grenat (alm-pyr) + feldspath K + H2O ––> biotite + sil. d'alumine + quartz; [4] biotite + sil. d'alumine + quartz ––> cordiérite + orthose + H2O; [5] grenat + orthose ––> cordiérite + quartz + K2O. [4] et [5] sont particulièrement développées dans les migmatites où elles précèdent la mobilisation de la trame quartzofeldspathique. Les silicates d'alumine auraient un rôle prépondérant dans l'apparition de la cordiérite. La répartition irrégulière du disthène et du grenat produit (via [4] et [5]) des concentrations de cordiérite d'où l'aspect caractéristique des migmatites à nodules de cordiérite.Les roches non migmatisées poursuivent leur évolution rétromorphique dans le faciès amphibolite. Les granulites sans silicates d'alumine donnent des leptynites par recristallisation des feldspaths. Les gneiss khondalito-kinzigitiques évoluent en gneiss à biotite et sillimanite. A l'affleurement le passage des uns aux autres se fait selon les transformations suivantes: orthose mésoperthitique ––> orthose ––> microcline; oligoclase antiperthitique ––> oligoclase; disthène ––> "disth-sillimanite" ––> sillimanite I, puis II ––> fibrolite; grenat ––> biotite puis chlorite; rutile ––> ilménite ––> hématite. Localement la rétromorphose est accentuée et le mica blanc apparaît, soit en un feutrage de fines paillettes aux dépens des silicates d'alumine, soit en rosettes au sein du feldspath potassique.Cette rétromorphose favorisée par une phase tectonique cisaillante individualisant des septa granulitiques amène à des "micaschistes à résidus" constitués de quartz, de phyllites et d'yeux relictuels de feldspaths. Pour les roches alumineuses, le schéma évolutif proposé qui fait évoluer les gneiss khondalito-kinzigitiques, d'une part en gneiss à biotite et sillimanite (voire en roches à aspect micaschisteux), et d'autre part en migmatites, est confirmé par des constatations à l'affleurement, par des observations minéralogiques et par l'identité chimique de ces roches.HISTOIRE METAMORPHIQUE de la région, deux hypothèses:1) L'ensemble lithologique affleurant actuellement au coeur du Massif Central (Haut-Allier) est la partie supérieure d'un important complexe charnockitique dont on connaît l'existence en profondeur, dans les enclaves des laves néogènes. Cela implique que ce complexe d'origine mixte (plus magmatique en profondeur, plus sédimentaire ou volcano-sédimentaire vers la surface) ait subi un métamorphisme prograde jusqu'au faciès granulite de haute pression avant une rétromorphose dans le faciès amphibolite. Cette rétromorphose, favorisée par les actions tectoniques et par une augmentation locale de la pression partielle de vapeur d'eau, a préservé les septa granulitiques actuellement observables. La présence de nombreuses reliques catazonales de roches basiques, ultrabasiques et carbonatées vient à l'appui de cette hypothèse.2) Les septa granulitiques (qu'ils soient acides, basiques, ultrabasiques ou carbonatés) appartiennent à une zone de transition entre un complexe charnockitique sous-jacent et une écorce métamorphisée dans le faciès amphibolite. La présence de ces très nombreux septa serait due à une variation locale de la nature de la phase fluide : phase fluide riche en H2O ––> faciès amphibolite ; phase fluide riche en CO2 ou autres composés organiques ––> faciès granulite. Après la phase prograde d'un métamorphisme n'atteignant que localement les conditions du faciès granulite, la rétromorphose "banaliserait" l'ensemble de la série à l'exception de quelques reliques. Cette interprétation conduit donc à distinguer, par exemple, des gneiss à biotite et sillimanite dérivant de la rétromorphose de gneiss khondalito-kinzigitiques et des gneiss à biotite et sillimanite résultant d'un métamorphisme prograde n'ayant jamais atteint le faciès granulite. Les méthodes de minéralogie et pétrographie "classiques" n'ont pas permis de faire une telle distinction au sein des gneiss à biotite et sillimanite, mais des études partiellement en cours sur la chimie des éléments traces, les isotopes de l'oxygène et les isotopes du carbone (graphite) pourraient peut-être lever cette indétermination.La DÉCOUVERTE D'UNE SÉRIE GRANULITIQUE au cœur du Massif Central français est une donnée nouvelle. Les datations absolues disponibles sont en nombre insuffisant pour préciser l'âge de ces séries métamorphiques-reliques. Les arguments structuraux et stratigraphiques suggèrent un ensemble anté-hercynien et vraisemblablement précambrien, rajeuni en dernier lieu par l'orogenèse hercynienne. Au long de l'ancienne chaîne varisque persistent des séries granulitiques relictuelles identiques: Galice, Bretagne, Massif Central français, Vosges, Saxe, Bohème, etc. Les similitudes des différentes séries granulitiques européennes suggèrent, soit qu'elles seraient les témoins d'un seul et même ensemble originel, soit des conditions P,T particulières qui se seraient répétées dans l'histoire géologique. Ces conditions semblent propres à l'époque précambrienne.
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Jacques Marchand. Persistance d'une série granulitique au coeur du Massif Central français, Haut-Allier: les termes acides. Pétrographie. Université de Nantes, 1974. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01087737⟩
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