Métamorphisme, grandes lignes

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Comment ces différents paramètres influent-ils sur les roches, leur lithologie ? Pourquoi cette diversité de roches métamorphiques ?

- Les roches métamorphiques : des lithologies f (χ, P, T, t, fluide, ε)

- Protolithes et système chimique

Dans la croûte, on a 64,7% de roches magmatiques, 27,4% de roches métamorphiques et 7,9% de roches sédimentaires (surtout en surface).

- Chimie très variée : On n’a pas du tout la même proportion de Silice chez un basalte que chez un granite (granite plus riche en silice que le basalte).

- Les roches argileuses & pélitiques sont riches en éléments incompatibles.

- Nous ne nous soucierons pas des éléments traces, ici.

La variabilité minéralogique dépend de la variabilité chimique de la roche. On classe nos roches selon trois groupes :

- Quartzo-feldspathiques

- Basiques

- Pélitiques-Argileuses

Seules les roches pélitiques et basiques ont un système chimique présentant des indicateurs intéressants. Le système chimique des quartzo-feldspathiques présente peu d’indication sur les conditions P-T car elles restent stables jusque haute température.

- Les roches quartzo-feldspathiques (+ roches carbonatées) sont issues du système CaNaKASH.

- Les Pélites (roches pélitiques) sont issues du système KFMASH : elles sont riches en potassium, en aluminium, en silice. Le fer et le magnésium sont moins importants en quantité, mais nécessaire en tant qu’indicateur des conditions P-T. Chez les métapélites, on trouvera des Phyllosilicates, des chloritoïdes…

- Les métabasites (roches basiques) sont issues du système chimique NaCaFMASH. Elles sont riches en minéraux ferro-magnésiens. On peut y trouver des amphiboles bleues (=glaucophane), du clinopyroxène vert (Cpx)…

- Conditions P-T et notion de faciès métamorphique

L’assemblage minéralogique est caractéristique des conditions P-T. Un faciès métamorphique regroupe les paragénèses minérales caractéristiques d'un domaine pression-température déterminé. Les roches basiques et pélitiques présenteront une grille de faciès différente. Chez les basites, on a les faciès tels Schiste Bleu, Eclogite, etc. Chez les métapélites, les minéraux sont différents, donc les faciès différeront.

Exemples : Le faciès Eclogite des basites est composé de grenat + clinopyroxène. Celui des métapélites est composé de grenat (Gt) + Mg et Ctd + Mg. Le faciès Amphibolite des basites contient des amphiboles. Chez les pélites, on a des staurodites, mais pas d’amphiboles.

Légende : Gt = Grenat ; Ab = Albite ; Ep = Epidote ; Chl = Chlorite (vert bouteille)

- L’évolution des conditions P-T : paragenèse successives et chemin P-T-t

Paragenèse : Ensemble de minéraux co-stables à un instant t, dans des conditions P-T fixées.

- Réactions rétrogrades incomplètes !

- Chemin P-T-t : étapes de rééquilibration → succession de paragenèse → on veut avoir leur chronologie.

- Rétromorphose localisée : Chronologie des structures de déformation (ε, fluide).

- Le mica blanc (= Phyngite (Phg)) peut nous renseigner sur la schistosité. En vue macroscopique ces schistosités forment des lignes sigmoides. Puis on peut avoir des bandes de cisaillement coupant sur ces lignes.[pic 4]

- Paragenèses successives → Indication de P-T-t:

Graphe ALPS : chemin de retour à la surface (rétrograde). On a un contexte de subduction.

Graphe North ALPS : Roche subissant lors de leur chemin retour un pic de température différent : subit un réchauffement (contexte de collision).

- Relation température/profondeur : gradient métamorphique/contexte géodynamique

- Relation Pression-Profondeur : La pression lithostatique ≈ ρ.g.z. La pression augmente d’1 Kbar (0,1 GPa) tous les 3 Km → Constant.

- Relation Température-Profondeur : varie beaucoup car dépend de la manière dont les isothermes sont perturbés par les contextes géodynamiques.

Gradient géothermique : Relation T/P à un endroit donné.

- Contexte de subduction : Faible augmentation de la température par rapport à l’augmentation de la pression (contexte froid) → Caractérisé par un gradient HP-BT.

- Contexte de collision : La croûte continentale est particulièrement riche en éléments radioactifs, lui conférant beaucoup de chaleur. De ce fait, le contexte de collision est caractérisé par un gradient moyen MP-MT.

- Contexte d’hypercollision (écroulement orogénique): On a de fortes exhumations → Caractérisé par un gradient BP-HT.

[pic 5](cf graphe diaporama)

Isogrades : Gradients métamorphiques sur le terrain. Limite d’apparition ou de disparitiond’un minéral ou d’un assemblage

- cf carte de Risevaltes : On a une structure organisée car les roches, le long d’une plaque plongeante par exemple, garderont la même géométrie. La biotite n’apparait pas sur la grille car stable tout le temps. Ici, on a un gradient BP-HT → Contexte d’hypercollision.

ATTENTION : Le chemin P-T (Chemin prograde-rétrograde) est différent du gradient métamorphique ! On trace le chemin d’abord, puis, pour caractériser le gradient (combien de degré par Km ?), on utilise les pics de température qu’on relève (en rouge sur la grille). J’obtiens alors mon contexte géodynamique.

Donc ne pas confondre Chemin P-T (chaque unité a son chemin P-T) et gradient métamorphique (Régime thermique régional au moment du métamorphisme). Le gradient est statique (différent de gradient du géotherme qui lui est évolutif).

A savoir :

- Pyrénées Orientales : HT-BP → Ecroulement