Les roches métamorphiques et leur signification géodynamique : précis de pétrologie

242 Pages·1994·6.937 MB·French

by  Jacques Kornprobst

ENSEIGNEMENT DES SCIENCES DE LA TERRE
LES ROCHES MÉTAMORPHIQUES
ET LEUR SIGNIFICATION GÉODYNAMIQUE
Précis de pétrologie K
ornprobst
J.
Préface de J. AUBOUIN
LES ROCHES MÉTAMORPHIQUES

et l eur signification
GÉODYNAMIQUE
Précis de pétrologie
CHEZ LE MÊME ÉDITEUR
Dans la même collection :
Nappes et chevauchements , par O. Merle . Préface de P. Choukroune . 1994, 152 pages.
Volcanologie , par J.-M. Bardintzeff . Préface de R. Brousse . 1992, 256 pages.
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Éléments de tectonique analytique , par P. Vialon , M. Ruhland et J. Grolier . 1991,
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D. VELDE. Collection Sciences de la Terre. 1976, 368 pages.
Géologie des marges continentales , par G. Boillot . 1990, 3e édition entièrement révisée
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Atlas de pétrographie . Minéraux des roches observés en lames minces , par
W.S. Mackenzie et C. Guilford . Traduit de l'anglais par J.-P. Michel . 1993, 104 pages.
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A.E. Adams , W.S. Mackenzie et C. Guilford . Traduit de l’anglais par J.-P. Michel .
1994, 112 pages, à paraître.
Dictionnaire de géologie , par A. Foucault et J.-F. Raoult . Guides Géologiques Régio­
naux. 1992, 3e édition révisée et augmentée, 2e tirage, 352 pages.
Dictionary of earth science , english -french , french -english . Dictionnaire des
SCIENCES DE LA TERRE, ANGLAIS-FRANÇAIS, FRANÇAIS-ANGLAIS, par J.-P. MlCHEL et
R.W. FAIRBRIDGE. 1991, 2e édition revue et augmentée, 320 pages.
Les propriétés physiques des roches . Théories et modèles, par J. Grolier , A. Fernandez ,
M. Hucher et J. Riss. 1991, 472 pages.
Géologie des formations superficielles . Géodynamique , faciès , utilisation , par
M. Campy , et J.-J. Macaire . 1989, 448 pages.
Périodiques :
Revue de géologie dynamique et de géographie physique.
ENSEIGNEMENT DES SCIENCES DE LA TERRE
LES ROCHES MÉTAMORPHIQUES
ET LEUR SIGNIFICATION
GÉODYNAMIQUE
Précis de pétrologie
Jacques KORNPROBST
Professeur à l'université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand - France)
Préface de Jean AUBOUIN
MASSON Paris Milan Barcelone 1994
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© Masson, Paris, 1994
ISBN : 2-225-84425-9
ISSN : 0249-6992
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PRÉFACE
De métamorphisme à métamorphose il n’y a que l’ombre d’une nuance. Car les
roches métamorphiques ne sont pas seulement ce qu’elles sont, elles sont aussi ce
qu’elles ont été et racontent ce qui leur est arrivé depuis. Qu’il faut découvrir : car
comment reconnaître dans le papillon la chenille qu’il fut, et dans la chenille le
papillon qu’elle sera? Et comment décrire cette métamorphose, pardon, ce métamor­
phisme qui a conduit de l’une à l’autre?
C’est à cette attachante histoire, à ce conte merveilleux, progressivement écrit au
cours du temps, que nous convie Jacques Kornprobst.
Si les roches sédimentaires et les roches magmatiques avaient fait depuis long­
temps l’objet de réflexions dont les contradictions se résumèrent au XVIIIe siècle dans
l’affrontement du neptunisme de Wemer pour qui tout venait de la mer, et du pluto­
nisme de Hutton qui tirait toutes les roches des profondeurs du globe, les «schistes
cristallins », comme on disait et comme on dit encore par commodité, apparaissaient
bien ambigus : ils avaient les cristaux des roches endogènes et paraissaient avoir la
stratification des roches exogènes avec laquelle on confondait alors la schistosité. Ces
schistes cristallins étaient, en quelque sorte, des chauve-souris au royaume des roches.
On comprit de cette ambiguïté qu’ils avaient été transformés, métamorphosés,
métamorphisés. Longtemps rejeté dans les seules profondeurs de la croûte terrestre,
ce qui autorisait l’imprécision, le métamorphisme a connu dans les dernières décen­
nies un renouvellement des études participant du renouveau général des sciences de
la Terre. Aujourd’hui le métamorphisme est pour les roches ce que l’évolution est
pour les êtres vivants : un processus de tous les instants qui installe leur présent dans
le provisoire qui sépare le passé du futur. Il est la vie des roches, en somme.
Jacques Kornprobst guide le lecteur d’une main sûre dans la forêt de ces connais­
sances, décrivant les objets et le cadre des transformations, les acteurs de celles-ci,
leur signification pour l’histoire du globe terrestre dont elles archivent l’évolution
géodynamique.
En refermant ce livre le lecteur, au-delà de l’instruction qu’il en aura reçu, ne
pourra que réfléchir à la leçon donnée par le métamorphisme sur le monde mouvant
qui est le nôtre : tout n’est qu’un éternel devenir, même pour ces schistes cristallins
qu’on aurait pu croire symboles de l’éternité...
Le livre de Jacques Kornprobst se lira comme une saga des roches, transparente
parabole du destin.
Jean Aubouin
Membre de l’Institut

TABLE DES MATIERES
(see contents p. XI)
Préface ...................................................................................................... V
Remerciements ....................................................................................... XIII
Avant-propos ........................................................................................... XV
Première partie : Métamorphisme et roches métamorphiques ..... 1
CHAPITRE I
LE MÉTAMORPHISME : FACTEURS ET MÉCANISMES ................... 3
Définition du métamorphisme ............................................................... 3
Métamorphisme, diagenèse et anchimétamorphisme ............................... 3
Métamorphisme et migmatisation .................................................................. 4
La pression et la température dans Ie globe terrestre ......................... 5
La pression ........................................................................................................... 5
La température .................................................................................................... 7
Conduction et gradient géothermique ........................................................... 9
Gradients géothermiques en contexte dynamique ........................................... 13
Les transformations métamorphiques ....................................................... 14
Les réactions minéralogiques ................................................................................ 15
Les transformations polymorphiques ................................................................. 16
Réaction entre les phases d’un système ....................................................... 20
Les réactions métasomatiques .............................................................................. 33
Résumé : Les facteurs du métamorphisme ................................................ 34
CHAPITRE II
LES ROCHES MÉTAMORPHIQUES :
TEXTURES, STRUCTURES ET NOMENCLATURE ............................ 37
Contraintes et textures ........................................................................... 37
La recristallisation syntectonique .................................................................. 38
Le recuit ................................................................................................................. 38
VIII Table des matières
Contraintes et structures ........................................................................ 38
Développement des structures planaires et linéaires :
schistosités, foliations et linéations ............................................................... 39
Schistosités, recristallisations et chronologie relative ............................. 42
Textures et nomenclature des roches métamorphiques ............................ 49
CHAPITRE Ill
ÉVALUATION DES CONDITIONS DU MÉTAMORPHISME ............... 55
Minéraux index et isogrades de métamorphisme ................................. 55
Les faciès métamorphiques .................................................................... 58
Utilisation des faciès métamorphiques ......................................................... 58
Faciès et sous-faciès métamorphiques ......................................................... 63
Les grades ou degrés de métamorphisme :
une autre façon de présenter faciès et sous-faciès .................................... 65
L’analyse géométrique ............................................................................ 66
Définitions et rappels ........................................................................................ 66
Variance d’un système : la règle des phases ............................................... 67
Application à des systèmes simples ............................................................... 69
Les réactions divariantes : thermométrie et barométrie géologique ... 82
Un exemple de réaction divariante : bi + sill = gt + fK + H2O ........... 83
Distribution du fer et du magnésium entre biotite et grenat :
un géothermomètre indépendant .................................................................... 87
Exemple de géothermobaromètre :
l’équilibre cordiérite - grenat + sillimanite + quartz + H2O .............. 89
La géothermobarométrie « automatique » ................................................... 92
Géothermobarométrie des inclusions fluides ........................................ 93
Composition des inclusions fluides ............................................................... 93
Caractérisation des isochores ......................................................................... 94
Deuxième partie : Métamorphisme et géodynamique ..................... 97
INTRODUCTION ....................................................................................... 99
CHAPITRE I
LE MÉTAMORPHISME DE CONTACT .................................................. 101
Mise en place d’une intrusion dans un encaissant à basse température :
aspects dynamiques ................................................................................. 101
Dans les domaines fragiles ............................................................................... 101
Dans un encaissant ductile ............................................................................... 103
Table des matières IX
Diffusion de Ia chaleur dans l’encaissant .............................................. 104
Modèle statique ................................................................................................... 104
Mise en place dynamique ................................................................................. 108
Les réactions métasomatiques au contact d’une intrusion :
les « skarns » ............................................................................................. 108
Réactions à courte distance ou métasomatose par diffusion ................. 109
Transports ioniques en solution ou métasomatose par percolation .... 110
CHAPITRE II
LE MÉTAMORPHISME RÉGIONAL ....................................................... 115
Notion de gradient de métamorphisme ................................................. 115
Evolution P,T au sein d’une série métamorphique :
les gradients progrades ..................................................................................... 116
Evolution polyphasée des roches métamorphiques :
les gradients rétrogrades ................................................................................. 117
Les différents types de gradients progrades ......................................... 117
Le gradient franciscain ..................................................................................... 118
Le gradient dalradien ........................................................................................ 118
Le gradient Riocke-Abukuma .......................................................................... 119
Gradients progrades, fusion partielle et migmatisation ...................... 121
Fusion partielle des métapélites ..................................................................... 121
Extraction du leucosome : les différents types de migmatites ................ 123
Migmatites et faciès des granulites ............................................................... 125
Interprétation géodynamique des gradients de métamorphisme ....... 126
Evolution rétrograde et exhumation ............................................................. 126
Évolution prograde et enfouissement ............................................................ 127
Les sites privilégiés du métamorphisme ....................................................... 132
Le métamorphisme HP-BT ou gradient «franciscain» ...................... 132
Gradient prograde HP-BT et subduction :
exemple des Alpes occidentales ....................................................................... 133
Gradients rétrogrades et exhumation des unités HP-BT ........................ 137
Métamorphisme HP-BT et obduction ........................................................... 139
Le métamorphisme de pression intermédiaire ou gradient «dalradien» 142
Le gradient dalradien prograde : coup de frein à l’enfouissement ...... 142
Sous-charriage des unités crustales :
migmatisation et gradients rétrogrades ....................................................... 142
Evolution rétrograde des métabasites éclogitiques :
le gradient HP-BT initial ................................................................................. 145