Les grands processus dans les chaînes de Montagne
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CAPES 2010 Les grands processus dans les chaînes de Montagne Exemples des Alpes Alpes, de l’Himalaya l Himalaya et de la chaîne Varisque Stéphane Guillot CNRS – ISTerre IST Observatoire de Grenoble U i Université ité d de G Grenoble bl Plan a Introduction Les grandes étapes du cycle orogénique – L’accrétion océanique – La subduction océanique – L’obduction – La subduction continentale – La collision – Le retour à l’équilibre Application aux Alpes, l’Himalaya, la Chaîne Varisque Conclusion Qu’est Qu est ce qu’une qu une chaîne de m montagnes nta nes ? U zone d ’anomalie Une ’ li topographique t hi positive iti Une zone d ’épaississement p de la croûte continentale Quels sont les grands types de chaînes de montagnes ? Collision Alpes p Himalaya Varisque Obduction Oman Papouasie Nlle Calédonie Subduction Cord. N américaine Cord. Andes Les g grandes étapes p du cycle y orogénique g q - Le Rifting – La subduction océanique – La subduction continental – La collision – Le retour à l’équilibre q Le Varisque Guillot et al., 2008 Mvt - relatif Afrique q - Eurasie 1) Mouvement divergent (déformations en extension) 2) Convergence subduction puis collision (déformations en racourcissement) 1 2 1 2 2 1 Les marqueurs du rifting océanique • Extension de la marge: bien preservée p dans les alpes • Des D té témoins i d de lla lith lithosphère hè océanique: é i des ophiolites op o tes dans da s les es 3 cchaînes a es Evidences des anciennes failles normales T. Dumont Evidences des anciennes failles normales T. Dumont Chamrousse 500 Ma Guillot, 2007 S. Guillot S. Guillot Permo-Trias 250 Ma Stampfli, 2005 Oxfordien (156 Ma) Stampfli, 2005 Guillot et al., 2008 Guillot et al., 2003 S. Guillot Les marqueurs de la subduction océanique • du magmatisme d’arc ou d’arrière-Arc : - Bien préservé en Himalaya - Repris dans la collision dans le Varisque - Absent dans les alpes 5 - Crétacé Supérieur-Paléocène (90-65 Ma) 30°N 30 N EURASIE Karakorum Lhasa ophiolite d ’Oman 0° AFRIQUE Obduction de Spontang INDE -30°S Rolland, 2002 AUSTRALIE Arc volcanique q Magmatisme calco-alcalin Guillot et al., 2008 Guillot et al. al 2003 ARC INSULAIRE Zeilinger (2002) S. Guillot Transition(s) manteau-croûte à la base de l’arc du Kohistan 110-85 Ma Dhuime et al., al 2007 Moho Pétrologique Section Ultrabasique Paléo-Moho océanique Section Basique S. Guillot Guillot et Ménot, 2008 La Rochette Montmelian Digitalized regional Geological maps And correlated local Geological formations Domene S # St Jean de Maurienne La Grave Vizille La Mure Ú Ê St Christophe en Oisans Ú Ê Orcieres St Bonnet Legend MESOZOIC COVER TRIASSIC SPILITIC VOLCANISM PERMO-CARBONIFEROUS BASIN POST-COLLISION Al-Fe GRANITE MYLONITIC SYN-COLLISION Mg-K GRANITE SYN-COLLISION SYN COLLISION Mg Mg-K K GRANITE N VISEAN ACID VOLCANISM VISEAN VOLCANO-SEDIMENT VISEAN CONGLOMERATE DEVONO-DINANTIAN MARBLE DEVONO-DINANTIAN VOLCANO-SEDIMENT DEVONO-DINANTIAN BIMODAL MAGMATISM MIGMATITIC PARAGNEISS ALUMINO-SILICATES BEARING PARAGNEISS AMPHIBOLITIC PARAGNEISS AMPHIBOLITE LOCALLY GARNET-BEARING Relic AUGEN-ORTHOGNEISS FLYSCH SERIES CHAMROUSSE OPHIOLITIC COMPLEX # S Ú Ê 0 eclogite granulite 5 10 5 15Km 0 5 10 Kilomètres Guillot et al. al en prep prep. DEVONO-DINANTIAN BACK-ARC Bimodal volcanism developed on thin continental crust during a global convergence context N S MARBLE Guillot et al. en prep 0 5 10 15 Km VOLCANO-SEDIMENT GRANITE-DIORITE Les marqueurs de la subduction océanique Du métamorphisme de HP-BT: Schistes bleus Présent dans les 3 chaînes mais surtout dans les Alpes Témoins métamorphiques de la subduction océanique : les Schistes Bleus Métamorphisme de HP -> déshydratation de la plaque plongeante -> hydratation h d i ddu manteau sus-jacent, j -> FP et volcanisme d’arc Notion de gradient métamorphique Guillot et al., 2008 Mahéo et al., 2005 Guillot et al., 2008 Discontinuous exhumation off oceanic i materials t i l iis related l t d tto Increase in the subduction velocity (Zagros and Himalayan cases) Agard et al., 2007 Conditions métamorphiques Assemblage minéralogique dans un métagabbro glaucophane Lawsonite + albite pyroxène plagioclase Réactions: 1- cpx+pl+eau = glaucophane 2- pl+eau+ox = lawsonite+albite PARAGENESE à gl+lws+al Schwartz, 2000. Carte géologique de la partie centrale du VISO Peu de méta-sédiments par rapport aux méta-ophiolites Schwartz 2000 Conditions métamorphiques Assemblage A bl minéralogique i é l i dans un métagabbro jadéite grenat zoisite Gln quartz PARAGENESE à glaucophane + grenat + quartz + j jadéite + zoisite Schwartz, 2000. Schwartz, 2000. Les marqueurs de la subduction continentale • Un métamorphisme de UHP dans des roches d’origine continentales 55 Ma Guillot et al., 2007 c croûte Prof. (km) P (GPa) Man nteau lithossphétrique e Le métamorphisme de UHP UHP T (°C) Chopin, 2003 Guillot et al., 2008 Tibet Inde Les roches profondes exhumés dans les chaînes de montagne Eclogite basique Métasédiment éclogitique Coesite polymorphe de UHP du Quartz C. Chopin: Alpes D Smith: Norvège D.Smith: 300 μm. ⇒1984 : Enfouissement et exhumation de la croûte continentale à plus de 100 km de profondeur Schwartz, 2000. 1-Croûte continentale 2-Structure en dome 3 Présence de COESITE 3-Présence grenat 50 μm Schwartz, 2000. coesite Estimation des conditions Pression - Température PARAGENESE à grt+coesite t it faciès des ECLOGITES de UHP P > 30 kbars T > 700°C Caractérise les conditions P-T des massifs cristallins internes Schwartz, 2000. Guillot et Ménot, 2008 Lardeaux et al., 1997 Qtz Jd Grt coesite i Métamorphisme de UHP vers 400 Ma exclusivement dans le Lyonnais (unité sup) Lardeaux et al., 1997 Evolution P-T-t des Monts du Lyonnais 420 Ma M Lardeaux et al., 1997 Les marqueurs de la collision continentale • De la tectonique compressive ((nappes et chevauchements)) dans les 3 chaînes • Du métamorphisme Barrovien (MP-MT) (MP MT) : bien représenté en Himalaya et dans le Varisque, plus faible en zone externe dans les Alpes • De ll’anatéxie anatéxie crustale: bien représenté en Himalaya et dans le Varisque Varisque, peu représenté dans les Alpes internes Suisse • Des bassins Molassique dans les 3 chaînes Lardeaux et al., 2007 Evidences de compression structures en compression: plis et chevauchements Les Alpes externes (ou dauphinoises): le Jure et p les chaînons sub alpins Debelmas & Mascle, Les grandes structures géologiques Front p pennique q Structure majeure à l ’échelle de l ’arc alpin Limite tectonique: chevauchement des zones métamorphiques sur l’avant-pays européen Terrains métamorphiques Front pennique Couverture non métamorphique Schwartz, 2000. Lardeaux et al., 1997 Fernandez et al., 2002 Dated at 324 +// 12 Ma (Ménot et al., 1987) Visean Collision 325 Ma Guillot et al., en prep. Tapponnier et al., 2001 Guillot et al. 2003 Les marqueurs de la collision continentale • Du métamorphisme Barrovien (MP-MT) : bien représenté en Himalaya et dans le Varisque, plus faible en zone externe dans les Alpes Nar Tö Marpha T Fig. 3 6480 I B Manaslu T 8125 Ann apur 7937 na MCT N E 8078 Trissuli ganga 228°30N 7061 6413 Chokang Himalchuli STDS 7893 M od iK ho la Ding Dang MCT MCT Gahata Syabru S b Bensi Gan di Trisuli Bazar Gosain Kund T Gorkha G kh Arughat bazar MC Seti Kunchha Lantang Buh ri Bhirkot Barpak nd i Pokhara Ma rsya la Madi Kho Baglung 28°N N 25 km. T MC Bandipur Sheopuri p Kali Gandaki MCT Benighat Kathmandu U. Lesser Himalaya Miocene granite L. Lesser Himalaya i l Mesozoic series Phulchauki group MFT : Main Frontal Thrust Paleozoic series Bhimphedi group MBT : Main Boundary Thrust wa ti H H C Palung Plio-Pleistocene Ordovician gneisses Ordovician granites MT : Mahabharat Thrust Calcic gneisses Siwaliks Tectonic contacts Prec. gneisses 84°E ra Ind 27°30'N MBT MCT : Main Central Thrust MT MF T MB T STDS : South Tibetan Detachment system 84°30'E Bag m a ti MT 85°E 85°30'E Guillot et al. 1998 S. Guillot Métapélite à grenat - Staurotide Métapélites à disthène (Ky) 30 100 55-45 Myr coesite -eclogite lw s eclogite 20 70 eclogite ky granulite cpx_grt gra nulite g 50-45 50 45 Myr ep blueschist lws b lueschist 10 40-35 Myr 35 50-45 Myr 30-25 Myr 40 Myr 30 Myr cpx-opx granulite greenschist hi t amphibolite 0 0 200 Te mperature (°C) 600 0 100 0 Guillot et al., 2003 Himalaya = granite d’anatexie S.2008 Guillot Guillot et al., Searle et al., 2003 S. Guillot Les marqueurs de la collision continentale • Des bassins Molassique dans les 3 chaînes Les bassins Molassiques Guillot et Charlet, 2007 2500 km Bassins molassiques Oligo-Miocene Evidence indirecte d’augmentation du relief: Sédiments détritiques (molasses) dans les bassins flexuraux: exhumation internal variscan zone external variscan zone with structural trend Carboniferous foreland Stephano-Permian basins underformed Panafrican basement outer caledonides 500 km D3 D3 D3 330 320 Ma 330-320 M Le retour à l’équilibre de la Chaîne Le devenir d’une chaîne de montagne : devenir une plaine !! • Arrêt de la convergence • Tectonique extensive • Métamorphisme de BP-HT • Bassin sédimentaire tardif • Très abouti dans la Chaîne Varisque, fin de vie pour les Alpes, en cours en Himalaya ? Schwartz et al., al 2008 Figure 34 : photo du Mont Viso, vue du Agnel. NW SE Mont Viso S. Guillot Figure 36 : schéma expliquant les failles conjuguées conjuguées. Tricart et al., 2004 Carbonifèrous extension : 320-300 320 300 Ma And Permian wrenching internal variscan zone external variscan zone with structural trend Carboniferous foreland Stephano-Permian basins underformed Panafrican basement outer caledonides 500 km D4 D3 D3 D3 Guillot et al., en prep. Evidence of Carboniferous ductile/brittle extension i the in h B Belledonne ll d massif if Guillot et Ménot, 1999 Lardeaux et al., 1997 grenatt Cordiérite (à l ’affleurement) A. Caractéristiques Pression-Température des granulites du Velay Bt+Sil Grt Grt Musc Grenat + Muscovite => Biotite + Sillimanite + eau 0 65 GP 0.65 GPa 650 650-700°C 700°C Biotite Bi tit + Sillimanite Silli it => > Grenat + feldspath potassique + fusion 750°C Rolland et al., 2002 340 Ma 300 Ma Gardien, 1990 Origine de la granulitisation dans les zones de convergence Granulites tardi-orogéniques Velay Pilat Ré h ff Réchauffement t Lyonnais Lardeaux et al., 1997 Conclusion L’évolution L’é l ti d des chaînes h î d de M Montagne t obéit béit à d des lois thermo-mécaniques universelles => L évolution des 3 chaînes est très similaire mais i chaque h stade, t d d de l’l’accrétion éti océanique é i au retour à l’équilibre, est soit plus ou moins bien marqué soit plus ou moins bien préservé marqué, préservé, soit plus ou moins abouti.
