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LES SERIES MAGMATIQUES Damien Jaujard. Quappelle-t-on « série magmatique » ? Prenons quelques exemples….

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1 LES SERIES MAGMATIQUES Damien Jaujard

2 Quappelle-t-on « série magmatique » ? Prenons quelques exemples….

3 La Chaîne des puys

4 40 km 20 km AGE: de à ans

5 Des roches volcaniques variées: BasalteTrachyandésiteTrachyte

6 Roche plutonique Roche volcanique Roche ARoche BRoche C Quartz Feldspath alcalin Plagioclase Biotite Muscovite Pyroxène Amphibole autre Total 27,1 13,9 40,2 12,1 4,4 2, ,0 55,0 0,6 2,0 (*) 0, ,0 (**) 60,0 100 Analyse modale: composition minéralogique (% volumétrique) Présence de verre Analyse modale impossible Analyse modale

7 Analyse normative (Cross Iddings Pirssons Washington)

8 Classification de Streckeisen

9 Analyse minéralogique et chimique des échantillons K 2 O-Na 2 O SiO 2 trachyte basalte trachyandesites (hawaïte, mugéarite, benmoréite) Diagramme de Harker Diagramme de Streckeisen

10 La Réunion

11 70 km 190 km Age: de -3 Ma à aujourdhui

12 basalte (océanite) trachyte

13 Analyse minéralogique et chimique des échantillons K 2 O-Na 2 O SiO 2 trachyte basalte trachyandésite

14 La Martinique

15 50 km 70 km AGE: de –30 Ma à aujourdhui

16 Des roches volcaniques variées: basalteandésite

17 dacite rhyolite

18 Analyse minéralogique et chimique des échantillons K 2 O-Na 2 O SiO 2 basalte andésite dacite rhyolite

19 Le massif du Chenaillet

20 AGE: -160 Ma

21 plagiogranitegabbrobasalte en coussin

22 Analyse minéralogique et chimique des échantillons K 2 O-Na 2 O SiO 2 basalte - gabbro plagiogranite

23 -Une série magmatique correspond à un ensemble de roches magmatiques regroupées selon trois critères: 1-Le critère spatial: Les roches dune 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 dannées). 3-Le critère géochimique: Malgré une grande diversité de roches au sein dune même série, elles possèdent des caractéristiques chimiques communes. Bilan:

24 -Les roches dune même série sont alors considérées comme cogénétiques (leur mise en place est liée à un contexte géodynamique commun) On distingue trois séries magmatiques principales: K 2 O-Na 2 O SiO 2 Série alcaline Série calco-alcaline Série tholéiitique

25 Limite nette (limite de sous saturation en silice) Limite floue Diagramme AFM: Permettant de distinguer clairement les séries tholéiitique et calcoalcaline (décroissance de la teneur en Fer pour la série calco-alcaline)

26 Deux questions se posent: 1-Comment expliquer la diversité des roches au sein dune même série? 2-Quelle est la relation entre le contexte géodynamique et le type de série?

27 Comment expliquer la diversité des roches au sein dune même série?

28 La chronologie de mise en place des roches montre une évolution des pôles basiques vers les pôles acides. K 2 O-Na 2 O SiO 2 Série alcaline Série calco-alcaline Série tholéiitique

29 -Cette chronologie reflète une modification progressive de la composition dun magma initial. -Le magma initial ou magma primaire est de composition basaltique dans les trois cas. -Cette modification est caractérisée par un enrichissement en silice (SiO 2 ) et en alcalins (Na 2 O-K 2 O) -Les mécanismes principaux permettant la différenciation magmatique sont:.la cristallisation fractionnée.la contamination crustale.le mélange magmatique Cest la différenciation magmatique.

30 La cristallisation fractionnée Les travaux expérimentaux de Bowen (1928) ont permis de déterminer lordre dapparition des minéraux lors du refroidissement dun magma. Fe-Mg Ca Na K éléments compatibles éléments incompatibles K Coefficient de partage D= C°(solide)/C°(liquide) D>1 D<1

31 La cristallisation fractionnée Magma primaire basique Cristallisation Séparation Sol./Liq. cumulat Cristallisation Séparation Sol./Liq. Magma différencié (enrichi en alcalins et en silice) Minéraux ferromagnésiens Magma très différencié basalte roches intermédiaires roches acides

32 Quest-ce quune « série réactionnelle »? (Exemple de la série réactionnelle des plagioclases)

33 Conséquence dune cristallisation fractionnées

34 Série alcaline Série calco-alcaline Série tholéiitique K 2 O-Na 2 O SiO 2 Lenrichissement relatif en alcalin et en silice nest pas le même en fonction de la série SiO2 Al2O3 Fe2O 3 FeO MgO MnO CaO Na2O K2O TiO2 P2O B. alcalinB. calco-alcalinB. tholéiitique % car le magma primaire nest pas le même.

35 - La diversité des roches au sein dune même série est expliquée par la différenciation progressive dun 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:

36 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?

37 SiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O TiO lherzoliteB. tholéiitique % Le liquide primaire a une composition différente de la source pour deux raisons: -la fusion est partielle -tous les éléments nont 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 dune lherzolite et dun basalte

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

39 Type de série magmatique Contexte géodynamique Composition du magma primaire Taux de fusion partielle Composition de la source ??

40 Liquide Solide Liquide + Solide liquidus solidus géotherme Augmentation de la T° Décompression adiabatique Abaissement de la T° de fusion par apport deau T (°C) P (kbar) Z (km) Conditions de FP du manteau

41 Le magmatisme intraplaque : point chaud Remontée dun panache mantellique dorigine 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)

42 Le magmatisme intraplaque : rifting passif Remontée asthénospérique et FP profonde. Pression élevée FP faible FP moins profonde Pression plus faible B.alcalin voir hyper alcalin FP forte B. tholéiitiquepuis

43 Le magmatisme dextension océanique B. tholéiitique Remontée asthénospérique et FP à faible profondeur Dorsale lente (2cm/an) Dorsale rapide (10 cm/an)

44 Le magmatisme de subduction Plongement et déshydratation de la C.O et des sédiments Hydratation et FP du manteau Incompatibilité décroissante B. calco-alcalin

45 Résultats des expériences de déshydratation dun 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 darc. -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 sappelle la metasomatose.

46 La diversité du magmatisme de subduction Contamination croissante temps 42-12Ma 11 – 2Ma 2 – 0 Ma

47 Manteau supérieur (lherzolite) Manteau supérieur (lherzolite enrichie) magma alcalin magma calco-alcalin magma tholéiitique Métasomatose Fusion partielle faible (5-10%) Fusion partielle forte (20-30%) Fusion partielle variable Manteau inférieur (lherzolite enrichie) Cristallisation fractionnée Cristallisation fractionnée Cristallisation fractionnée TrachyandésitesTrachyte andésite DaciteRhyolite IslanditesRhyolites Péridotite résiduelle Péridotite résiduelle Péridotite résiduelle (Contamination crustale) (Contamination crustale) (Contamination crustale) Conditions de mise en place des roches magmatiques

48 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 les éléments nont 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 - Létude des roches magmatiques se fait par lutilisation de données complémentaires:.Minéralogie (échantillon, lame mince).Géochimie (élts majeurs, élts - traces, isotopes)

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