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Les ophiolites en 180 photos – 2/7 Les gabbros

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

14/01/2019

Résumé

Les gabbros ophiolitiques : gabbros lités à chenaux, stratifications obliques et plis, gabbros isotropes à grains fins ou grossiers, présence de wehrlites et plagiogranites.


Avant-propos

Le but de cette série de sept “images de la semaine“ n'est pas d'expliquer la genèse de la lithosphère océanique, ni la mise en place des ophiolites sur les continents, ni la géologie précise des ophiolites prises en exemple, mais simplement d'être un album d'environ 180 photos (un clin d'œil au concours Ma thèse en 180 secondes), une banque de données photographiques que chacun pourra utiliser pour illustrer/démontrer ses propos. Ces images montreront divers aspects de divers cortèges ophiolitiques, ophiolites “complètes” car issues de dorsales rapides, ou beaucoup plus “réduites” car issues de dorsales lentes. Il s'agira uniquement de photos prises sur le terrain, sans photo de lame mince, sans diagramme, sans analyse chimique… On se limitera à ce qui découle de l'histoire océanique de l'ophiolite, sans aborder ce qui est lié aux phénomènes de subduction/obduction/collision. Cet album photo comporte sept semaines/chapitres : (1) le manteau, (2) les gabbros, (3) le cortège filonien, (4) les basaltes en coussins ( pillow lavas ), les coulées et les sédiments, (5) le Moho, (6) l'extension spatiale et temporelle du magmatisme, et (7) l'hydrothermalisme. Un schéma des deux types d'ophiolites sera placé à la fin de chaque article, pour que chacun puisse (1) situer les divers objets photographiés dans le(s) modèle(s), et (2) comparer réalité naturelle et modèles. Le choix des photos est forcément subjectif, intersection entre ce que je connais personnellement et ce que je pense utile à tout un chacun selon ses besoins, pour que les ophiolites ne soient pas réduites ou à un (des) modèle(s) théorique(s) ou au seul Chenaillet pour les plus chanceux qui peuvent y aller.

Sauf pour les ophiolites “françaises” (les Alpes et la Désirade en Guadeloupe), toutes les photographies de ces articles ont été prises lors d'excursions géologiques organisées par le Centre briançonnais de géologie alpine (CBGA) et encadrées par Romain Bousquet (Université de Kiel) pour Chypre, par Jean Pierre Bouillin (Université de Grenoble) pour l'ile d'Elbe, par Emmanuel Ball (Université de Montpellier) ou Aymond Baud (Université de Lausanne) pour l'Oman, et par Thierry Juteau (Université de Brest) pour la Turquie. Sans eux, je n'aurais jamais pu prendre ni commenter ces 180 photographies.

Figure 1. Affleurement de gabbros lités au fond du lit du wadi Haylayn, ophiolite d'Oman

On voit très bien les alternances décimétriques de lits sombres riches en pyroxènes et de lits clairs riches en plagioclases. Sur la gauche, on voit une masse sombre de wehrlite, roche ultra-basique formée d'olivine et de clinopyroxène. Cette masse de wehrlite est traversée par des filons de gabbro.


La croute océanique “magmatique” fabriquée au niveau des dorsales rapides comprend classiquement trois “couches” entre le Moho et la base des sédiments, comme l'ont montré les études sismiques, les études en submersibles, les forages et les études des ophiolites. De bas en haut, on trouve (1) une couche de gabbros d'une épaisseur de 2 à 3 km, gabbros à plagioclases et pyroxènes (et rarement olivine), objet de cet article, (2) une couche de filons basiques de 2 à 3 km d'épaisseur, connue sous le nom de « cortège filonien », objet de l'article de la semaine prochaine, et (3) une couche de basaltes, d'une épaisseur de 0,5 à 2 km, souvent (mais pas que) en coussins ( pillow lavas ), objet de l'article de dans deux semaines.

La couche de gabbros, si on simplifie beaucoup, comprend deux niveaux presque toujours présents, et un troisième existant de manière plus localisée dans la partie supérieure. En bas, les gabbros sont en général lités, en haut, ils sont en général isotropes. Et surmontant ou intrudant ces gabbros isotropes, on trouve parfois des plagiogranites (roches grenues à quartz, plagioclases calciques et jamais de feldpaths potassiques).

La genèse des gabbros lités m'avait posé de nombreux problèmes quand j'étais étudiant (en 1974-1976). Ceux qui parlaient de tectonique des plaques (ce qui n'était pas encore le cas de tous les enseignants) décrivaient une série de différenciation, avec cristallisation et “sédimentation” de ferromagnésiens (surtout des pyroxènes), enrichissement du liquide résiduel en silice, puis cristallisation et “sédimentation” de feldspaths. Ainsi se formerait un lit double pyroxène + plagio, d'une épaisseur statistiquement décimétrique. Puis survenait une nouvelle arrivée de magma basique, et le phénomène se reproduisait. Le problème qui me perturbait à l'époque, c'est que, pour fabriquer 2000 m de gabbros lités (chaque lit ayant en moyenne 10 cm d'épaisseur), il fallait 20 000 réinjections de magma. Je trouvais ce scénario assez peu vraisemblable. Le problème de l'origine du litage est en effet difficile, et non encore complètement résolu. Les études, tant théoriques que de terrain, ont permis de proposer plusieurs origines, dont un groupe d'hypothèses génétiques, obéissant à une même logique même s'il y a des différences dans le détail. Le réservoir magmatique situé entre le Moho et la base du complexe filonien est rempli par une bouillie cristalline faite de cristaux en suspension dans du magma. L'ensemble doit être plus ou moins agité par des mouvements de convection (à l'état liquide), convection liquide qui, bien sûr, n'a rien à voir avec la convection à l'état solide du manteau. Du nouveau magma arrive dans la chambre par le bas, principalement au centre de la structure. Les cristaux se forment surtout là où la température est la plus basse, au toit et sur les parois latérales du réservoir. Les cristaux s'accumulent donc dans ces zones froides qui dominent le fond du réservoir. Passé un certain volume et une certaine masse, cette accumulation de cristaux s'effondre et s'écoule vers le bas du réservoir, un peu à la manière d'un courant de turbidité sur une pente sous-marine. Ces “courants de turbitité” magmatiques peuvent éroder les couches sous-jacentes et créer des mini-discordances. Arrivée en bas, cette suspension se dépose, en commençant par les pyroxènes plus denses et en terminant par les plagioclases. Comme pour des sédiments progradant sur une pente, ces couches de gabbro peuvent se déposer avec un certain pendage. Ces couches de cumulats cristallins nouvellement formées sont encore très chaudes et très ductiles. Elles peuvent encore se déplacer vers le bas, à la manière d'un slump (pli de glissement gravitaire), et former de beaux plis. Nous vous montrons 13 images illustrant tout ce qui a servi à bâtir ce modèle : couches parallèles, biseaux, chenaux d'érosion, plis ( slumps ), discordances… On ne s'attend pas toujours à trouver de telles figures dans des roches magmatiques grenues !

Figure 2. Zoom sur les gabbros lités de la figure 1, wadi Haylayn, ophiolite d'Oman

Ici, les couches parallèles dominent.


Figure 3. Zoom sur les gabbros lités de la figure 1, wadi Haylayn, ophiolite d'Oman

Ici, les couches parallèles dominent.


Figure 4. Gabbros lités du wadi Haylayn, ophiolite d'Oman

La deuxième couche sombre en partant du bas montre un très beau biseau.


Figure 5. Figures d'érosion et de chenalisation dans des gabbros lités du wadi Bani Kharus, Oman

La couche claire au centre de l'image remplit un “chenal” creusé dans la couche sombre (riche en pyroxènes) immédiatement sous-jacente. Vue de près, les cristaux individuels sont bien visibles.


Figure 6. Figures d'érosion et de chenalisation dans des gabbros lités du wadi Bani Kharus, Oman

La couche claire au centre de l'image remplit un “chenal” creusé dans la couche sombre (riche en pyroxènes) immédiatement sous-jacente. Vue de près, les cristaux individuels sont bien visibles.




Figure 9. Gabbros lités affectés par de beaux plis, wadi Bani Kharus, Oman

Ces plis ( slumps probables) se sont formés quand les couches de gabbros étaient encore chaudes et très déformables.


Figure 10. Zoom sur ces gabbros lités affectés par de beaux plis, wadi Bani Kharus, Oman

Ces plis ( slumps probables) se sont formés quand les couches de gabbros étaient encore chaudes et très déformables.


Figure 11. Zoom sur des plis de ces gabbros lité affectés par de beaux plis, wadi Bani Kharus, Oman

Ces plis ( slumps probables) se sont formés quand les couches de gabbros étaient encore chaudes et très déformables.



Figure 13. Magnifique discordance dans les gabbros lités du wadi Haymiliyah, Oman


Figure 14. Magnifique discordance dans les gabbros lités du wadi Haymiliyah, Oman


La partie supérieure de la couche de gabbros des ophiolites issues de dorsales rapides est en général constituée de gabbros isotropes (non lités). Aucun phénomène d'avalanche n'y a eu lieu. Ces gabbros sont souvent altérés en boules, comme les granites, les basaltes, les grès… Dans le cas des gabbros (et des basaltes), des diaclases courbes voire sphériques dues au refroidissement aident à engendrer des boules sphériques. La taille des cristaux de ces gabbros est très variables, du millimètre à plusieurs centimètres. C'est surtout la teneur en eau du magma qui conditionne la taille des cristaux.

Figure 18. Gabbro à grains fins dans l'ophiolite d'Oman

La pièce de 5 centimes (de Franc, on est en 1997) donne l'échelle.


Figure 19. Gabbro à grains grossiers dans l'ophiolite d'Oman

La pièce de 5 centimes (de Franc, on est en 1997) donne l'échelle.


Figure 20. Variation de la taille des cristaux au sein d'un même bloc de gabbro isotrope de l'ophiolite de Chypre, Chandria

Cela montre qu'il n'y a pas que la vitesse de refroidissement qui conditionne la taille des cristaux, mais que d'autres facteurs, comme la teneur en eau du magma, interviennent.


Figure 21. Variation de la taille des cristaux au sein d'un même bloc de gabbro isotrope de l'ophiolite de Chypre, Chandria

Cela montre qu'il n'y a pas que la vitesse de refroidissement qui conditionne la taille des cristaux, mais que d'autres facteurs, comme la teneur en eau du magma, interviennent.


Souvent, on trouve de nombreux niveaux de plagiogranite au sommet de la couche de gabbros, juste sous le cortège filonien. Il s'agit soit de petits corps aux limites assez floues, soit de petites intrusions aux bords nets, le plus souvent intrusifs dans les gabbros isotropes. Ces plagiogranites sont constitués de plagioclases, de quartz, et de silicates riches en eau et en calcium, comme des amphiboles, des épidotes. Il y a un débat pour savoir si ces amphiboles et épidotes proviennent d'une hydratation métamorphique d'un plagiogranite déjà solide, ou s'il s'agit de la cristallisation de silicates hydratés à partir d'un magma saturé en eau. Les deux situations peuvent exister suivant les contextes.

L'origine de ces plagiogranites peut être double, et cela dépend aussi des situations : soit il s'agit d'une différenciation magmatique “ultime” au sein des gabbros isotropes, soit il s'agit d'une refusion partielle d'une roche basique (basalte ou gabbro) très altérée et très riche en eau, par le passage d'un magma basique très chaud au voisinage. Nous vous montrons 6 photographies d'un petit massif de plagiogranite dans le secteur de Palaiomylos, dans l'ophiolite de Chypre.



Figure 24. Gros plan sur le contact gabbro / plagiogranie, Palaiomylos, ophiolite de Chypre


Figure 25. Fragment de gabbro enclavé dans du plagiogranite à quelques cm du contact, Palaiomylos, ophiolite de Chypre

Ce genre de relation permet de faire une chronologie relative.


Figure 26. Le plagiogranite de Palaiomylos, ophiolite de Chypre, au contact de gabbros isotropes

Les taches vertes correspondent à des cristaux d'épidote. D'après Romain Bousquet (communication personnelle), cette épidote est une épidote magmatique.


Figure 27. Vue rapprochée sur le plagiogranite de Palaiomylos, ophiolite de Chypre

Les taches vertes correspondent à des cristaux d'épidote. D'après Romain Bousquet (communication personnelle), cette épidote est une épidote magmatique.


Figure 28. Zoom sur le plagiogranite à épidote de Palaiomylos, ophiolite de Chypre

Les taches vertes correspondent à des cristaux d'épidote. D'après Romain Bousquet (communication personnelle), cette épidote est une épidote magmatique.


Figure 29. Schémas théoriques très simplifiés des deux types extrêmes de fonds océaniques et d'ophiolites  : les fonds océaniques issus de dorsales rapides (à gauche) ou lentes (à droite)

Les trois ophiolites photographiées dans cet article (Oman, Chypre, Turquie) sont issues de dorsales rapides, comme le montre leur couche de gabbros épaisse et continue. Les 2/3 inférieurs de ces gabbros sont lités (tiretés inclinés), le 1/3 supérieur est isotrope. Les plagiogranites (et d'autres types d'intrusions à peine évoqués ici comme des intrusions de werlithe) ne sont pas représentés, leur importance et leur géométrie étant trop variables. La couche de gabbros s'avère donc bien plus “compliquée” qu'on ne le dit habituellement. Dans les ophiolites issues de dorsales lentes, comme les ophiolites des Alpes, dont le justement célèbre Chenaillet, les gabbros ne forment pas un niveau continu, mais des intrusions limitées, intrusives dans le manteau et portées à l'affleurement (sous l'eau) par une faille de détachement lié au fonctionnement de la “dorsale”. Ces intrusions limitées de gabbros ne montrent pas (ou très peu) de gabbros lités.


Figure 30. Localisation des six ophiolites visitées dans les sept articles de cette série les ophiolites en 180 photos  : les Alpes, Chypre, la Désirade, l'ile d'Elbe, l'Oman et la Turquie


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