ATELIER 1 : METAMORPHISME DE RIFTING
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ATELIER 1 : METAMORPHISME DE RIFTING Exercice: métamorphisme dans les Pyrénées Pli axes verticaux Linéation horizontale de scapolite Marbres = calcaires métamorphiques Calcite entièrement recristallisée. Quartzite = roches riche en quartz (ex. grès) métamorphique Quartz entièrement recristallisé. 1. Vous avez à votre disposition des cartes géologiques de la zone des Pyrénées (Figure 1), ainsi que plusieurs agrandissement de la limite entre la zone axiale et la zone Nord- Pyrénéenne (Figure 2). Deux photos (Figure 3) et un échantillon macroscopique (A) vous sont également fournis. -A partir de ces documents et de vos connaissances sur les Pyrénées, interprétez la formation des affleurements des photos 1 et 2, et de l’échantillon A. Cisaillement décrochant horizontal (linéation horizontale et plis à axes verticaux) 1. Vous avez à votre disposition des cartes géologiques de la zone des Pyrénées (Figure 1), ainsi que plusieurs agrandissement de la limite entre la zone axiale et la zone Nord- Pyrénéenne (Figure 2). Deux photos (Figure 3) et un échantillon macroscopique (A) vous sont également fournis. -Quel est la caractéristique du «métamorphisme Pyrénéencrétacé » que l’on retrouve en abondance dans cette zone? Linéation de scapolite = (Na,Ca)4(Al,Si)12O24(Cl,CO3,SO4) Groupe de silicates tétragonaux Conditions de formation et/ou de gisement: dans les calcaires métamorphiques ou au contact des roches acides alcalines. = conditions de HT BP Echantillon A (E 195) : Lherzolite 1. Vous avez à votre disposition des cartes géologiques de la zone des Pyrénées (Figure 1), ainsi que plusieurs agrandissement de la limite entre la zone axiale et la zone Nord- Pyrénéenne (Figure 2). Deux photos (Figure 3) et un échantillon macroscopique (A) vous sont également fournis. -Comment peut-on expliquer la présence de lherzolites dans cette zone? Lherzolites peuvent être mises à l’affleurement en contexte extensif (dorsales lentes). => Propose hypothèse de l’extension dans les Pyrénées. Cohérent avec le métamorphisme de HT BP : remontée des isothermes. => Paléo-rift est la zone de décrochement = faille nord Pyrénéenne. 2. La figure 4 vous présente un profil ECORS à travers les Pyrénées, ainsi que sa reconstitution avant la collision Ibérique à l’oligocène. - Décrivez l’histoire de cette zone avant la collision Pyrénéenne. La reconstruction des Pyrénées mi-crétacé montre effectivement une zone d’amincissement lithosphérique avec extension, présence de failles normales, etc. => zone en Trans-tension : à la fois extension et décrochement senestre (cf. question 1). Due à la rotation de l’Ibérie en contexte extensif (ouverture golfe de Gascogne). Ensuite, transpressif et collision par remontée de l’Ibérie vers le Nord. 2. La figure 4 vous présente un profil ECORS à travers les Pyrénées, ainsi que sa reconstitution avant la collision Ibérique à l’oligocène. - Quelle est l’origine du «métamorphisme Pyrénéen crétacé»? . «Métamorphisme Pyrénéen» est typiquement un métamorphisme de rifting : amincissement lithosphérique suffisant pour mettre le manteau à l’affleurement. Fait remonter les isothermes (amincissement, et advection de fluides) : contexte HT - BP. Exercice: métamorphisme dans la zone d’Ivrée Echantillon B (M32) Granulite de base de croûte (pas de contexte de rifting pour cet échantillon macro) = souvent roche de type granitique avec d’abondants grenats 3. A partir de la figure 4 et de l’échantillon B (lame mince), - Quels sont les points commun entre le métamorphisme de la zone d’Ivrée et le métamorphisme Pyrénéen? Faciès granulite (carte et échantillon) = faciès de HT - BP. Kinzigite : gneiss catazonaux (granulite HT BP), fréquents, renfermant à la fois du grenat, de la cordiérite et de la sillimanite/ disthène en présence de biotite et de feldspath potassique. = conditions de HT-BP => contexte rifting aussi ? 3. A partir de la figure 4 et de l’échantillon B (lame mince), - Connaissez-vous la particularité gravimétrique de la zone d’Ivrée? Anomalie de Bouguer positive = croûte anormalement mince. = zone paléo - rifting. Lors de la collision, manteau remonte. 4. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s’observe-t-il ? Comment peut-on l’expliquer? Métamorphisme de Rifting : S’observe dans les zones de rifting = extension crustale. Peut conduire à la formation d’un océan (cas dans les Alpes) ou avorter (cas dans les Pyrénées). Caractéristiques : amincissement important = HAUTE TEMPERATURE / BASSE PRESSION. Faciès typique : GRANULITES ATELIER 2 METMORPHISME HYDROTHERMAL Exercice: métamorphisme dans le massif du Chenaillet Chenaillet Ophiolite obductée des Alpes Odbuction : pas de déformation ni de métamorphisme alpin Le seul métamorphisme observé est lié à la formation de la croûte océanique Gauche : roches ‘noire et blanche’ = gabbro minéraux sombres à reflets ± roux = pyroxènes entourés d’une couronne noire sans reflets = amphibole Droite : roche verte en peau de serpent = serpentinite aspect soyeux = minéraux de la famille des argiles (phyllosilicates) = serpentine 1. Deux échantillons venant de l’ophiolite du Chenaillet (localisation Fig. 1) vous sont fournis. - Dessinez et analysez d’une lame mince d’un échantillon de l’unité du Chenaillet (échantillon. A, lame M16) en vous aidant dela photo de la figure 3. Gabbro métamorphisé dans le faciès schiste vert. Lame mince très chloritisée. - Clinopyroxènes - Couronne Amphibole - minéraux tardifs : Chlorite, Epidote (?), etc. 1. Deux échantillons venant de l’ophiolite du Chenaillet (localisation Fig. 1) vous sont fournis. -étudiez des échantillons macroscopiques : échantillon A (lame M16), et échantillon B (lame M28). Serpentinite Minéraux : -Serpentine (famille des argiles = moche) -Reliques d’olivines (pas sur ces photos) 2. La grille pétrogénétique des roches basiques vous est fournie en figure 2. Reportez sur le diagramme P-T les champs de stabilité de la roche A. 2. La grille pétrogénétique des roches basiques vous est fournie en figure 2. Calculez le gradient géothermique. dT/dz = (700)/ (0,65*109/(3000*10)) = 3,23.10-2 °/m = 32,3 °/km. P = gz 3. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s’observe-t-il ? Comment peut-on l’expliquer? Métamorphisme hydrothermal : S’observe lorsque la lithosphère océanique refroidit par circulation de fluides aqueux juste après la mise en place. Caractéristiques : chambre magmatiques peu profondes (peu de remontée), mais chute de la température importante liée à la circulation d’eau. = Métamorphisme HYDRATÉ : HT-BP --> BT-BP. ATELIER 3 METMORPHISME DE SUBDUCTION Exercice: métamorphisme HP-BT dans les Alpes Internes Echantillon 1 : Gabbro faciès schiste bleu Echantillon 2 : Gabbro éclogitique Echantillon 3 : Granite éclogitique à coésite Echantillon 1 : Gabbro faciès schiste bleu Clinopyroxènes (omphacite ?) Glaucophane Plagioclases Echantillon 2 : Gabbro éclogitique Grenats Couronnes glaucophane Omphacite (jadéite) 1. Trois échantillons, dont les lieux de prélèvement sont indiqués sur la figure 1, sont mis à votre disposition. - Dessinez et analysez la lame mince de l’échantillon n°2 et de l’échantillon macroscopique correspondant. Eclogite «basique» - ech 2 Minéraux : -Omphacite (jadéite) -Micas blancs (phengite) -Quartz -Grenats -Glaucophane tardive en couronne. 1. Trois échantillons, dont les lieux de prélèvement sont indiqués sur la figure 1, sont mis à votre disposition. - Etudiez les échantillons 2 et 1 (macroscopie et microscopie). Basalte Schiste Bleu – ech 1 Minéraux : -Glaucophane. -Phengite Échantillon différent de l’échantillon macro qui provient de la vallée du Guil (Alpes) Cette lame mince provient de l’île de Groix (Massif Armoricain) Granite éclogitique (Dora Maira) Micas blancs (phengite) + quartzà cœur de coésite + grenat 2. La figure 2 est une grille pétrogénétique. Reportez sur le diagramme P-T des roches basiques les champs de stabilité des roches 1 à 3. Les omphacites du Queyras ont été analysées à la microsonde et ont une proportion de Jadéite (Jd) supérieure à 50%. Echantillon 1 Faciès SB + jd>50% Echantillon 2 Faciès éclogite sans gln (gln = rétromorphose) Echantillon 3 Coésite. 3. Dans le Massif de Dora Maira, en Italie (figure 1), on trouve de la coésite (figure 3). Quartz et coesite sont 2 minéraux aux propriétés physiques différentes, mais à la composition chimique identique, SiO2. On appelle de tels minéraux des polymorphes. Le quartz a un volume molaire de 2,27 cm3/mol et est stable à la surface du globe jusqu'à environ 100 km. La coesite, avec un volume molaire de 2,06 cm3/mol est stable à des profondeurs supérieures à 100 km. - On assimile le cristal de SiO2 à un cube de 100μm de côté. Des analyses physiques montrent que le centre du cristal est de la coésite et que le pourtour (sur 10μm d’épaisseur) est composé de quartz. Interprétez cette structure. Rétromorphose de la coésite en quartz lors de l’exhumation de la roche. 3. Option : calculez la variation de volume du grain de SiO2 engendrée par ce début de transformation. Volume de minéral ayant subi la rétromorphose coésite quartz : Vqtz = Vtot – Vcoe = 1003 – 803 = 106 – 512000 = 488000μm3 Variation de volume engendrée par la réaction : V = (Vfinal – Vinitial) / Vinitial = (2,27 – 2,06)/ 2,06 = 0,102 = 10,2%. Donc, au départ, la zone du grain de coésite devenu quartz faisait : Vqtz = 488000 - 0,1x 488000 = 439200μm3 Soit un volume total pour le grain de coésite au départ de : Vtot = Vqtz + Vcoe = 803 + 439200 = 951200μm3 Ce qui correspond à une variation de volume totale de : V = (Vfinal – Vinitial) / Vinitial = (1000000- 951200)/ 951200 = 0,0488 = 5,13 % La transformation coésite quartz induit une augmentation notable de volume (plus de 5%), ce qui explique que le grenat autour se fracture de manière concentrique autour de son inclusion. 3. Dans le Massif de Dora Maira, en Italie (figure 1), on trouve de la coésite (figure 3). Quartz et coesite sont 2 minéraux aux propriétés physiques différentes, mais à la composition chimique identique, SiO2. On appelle de tels minéraux des polymorphes. Le quartz a un volume molaire de 2,27 cm3/mol et est stable à la surface du globe jusqu'à environ 100 km. La coesite, avec un volume molaire de 2,06 cm3/mol est stable à des profondeurs supérieures à 100 km. - Donnez une explication sur la fracturation du grenat observée autour. Changement de volume car coe --> qtz exovolumique (phases de haute pression sont plus denses que les phases de basse pression) => Éclate le grenat encaissant. 3. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s’observe-t-il ? Comment peut-on l’expliquer? Métamorphisme de subduction On observe ce métamorphisme lorsqu’un matériau froid est enfoui dans le manteau = subduction. Peut être enfoui profondément (670km). La plaque plongeante est froide, ce qui explique le gradient géothermique faible. HAUTE PRESSION - BASSE TEMPERATURE Faciès typiques : ECLOGITE/ SCHISTE BLEU 3. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s’observe-t-il ? Comment peut-on l’expliquer? Quel mécanismes d’exhumation sont proposés? Dans les chaînes de montagne, mécanisme d’exhumation -coin de manteau, remontée des roches moins denses -Pb : éclogite basique est très dense. ATELIER 4 METMORPHISME DE COLLISION Exercice: métamorphisme dans dôme du Lévezou Echantillon 1 : Schiste à sillimanite Echantillon 2 : Schiste à disthène Echantillon 3 : Schiste à staurotide Echantillon 4 : Schiste à deux micas. Echantillon 1 : Schiste à sillimanite Echantillon 2 : Schiste à disthène Echantillon 3 : Schiste à staurotide Echantillon 4 : Schiste à deux micas. 1. Vous avez à votre disposition les lames minces des roches 1, 2, 3 et 4 dont les lieux de prélèvement sont indiqués sur la figure 1. - Dessinez et analysez la lame mince d’un échantillon de l’unité supérieure des gneiss (échantillon 1, lame mince ART) Schiste à sillimanite Minéraux : - Micas -Quartz -Feldspaths -Sillimanite (fibreux) 1. Vous avez à votre disposition les lames minces des roches 1, 2, 3 et 4 dont les lieux de prélèvement sont indiqués sur la figure 1. - Analysez les minéralogies des échantillons 1, 2, 3 et 4, et repérez les minéraux métamorphiques susceptibles de vous donner des informations. Echantillon 1 : Schiste à sillimanite Echantillon 2 : Schiste à disthène Echantillon 3 : Schiste à staurotide Echantillon 4 : Schiste à deux micas. 1. Vous avez à votre disposition les lames minces des roches 1, 2, 3 et 4 dont les lieux de prélèvement sont indiqués sur la figure 1. - Analysez les minéralogies des échantillons 1, 2, 3 et 4, et repérez les minéraux métamorphiques susceptibles de vous donner des informations. Echantillon 1 : Schiste à sillimanite Echantillon 2 : Schiste à disthène Echantillon 3 : Schiste à staurotide Echantillon 4 : Schiste à deux micas. 2. La roche 5 fait partie du complexe leptyno- amphibolitique, retrouvé fréquemment dans les massifs hercyniens. Quel est le prototype de ces roches? Que représentent-elles à l’échelle de l’orogène hercynien? Amphibolite : composée principalement d’hornblende verte Protolithe = basalte ou autre roche basique du genre. Sont interprétées comme des reliques de l’océan hercynien : -amphibolites = plancher océanique -Leptynites = sédiments océaniques. 2. La roche 5 fait partie du complexe leptyno- amphibolitique, retrouvé fréquemment dans les massifs hercyniens. De quel faciès métamorphique témoignent-t-elles ? Ce sont des amphibolite typiques du faciès amphibolitique. amphibolite 3. A partir des échantillons et des photos, - Reportez sur le diagramme P-T des roches pélitiques (Figure 3) les champs de stabilité des roches 1, 2, 3 et 4. 3. A partir des échantillons et des photos, -Expliquez la répartition de ce métamorphisme le long du transect figure 1- Métamorphisme inverse : unités « chaudes » en haut et unités «froides» en bas Causes : empilement de nappes profondes & chaudes (uni. Sup. gneiss) sur des nappes superficielles et froides (uni. Inf des gneiss) => Transfert chaleur . 3. A partir des échantillons et des photos, -Tracez le géotherme (au moment du métamorphisme) le long de ce transect. -Déduisez en le gradient métamorphique. dT/dz = 800 / 30 = 26,7 °/km. Proche des 30°/km d’un géotherme normal. 4. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s’observe-t-il ? Comment peut-on l’expliquer? Métamorphisme syn-collisionnel : S’observe dans les chaînes de montagne lorsque les nappes s’empilent. Faciès métamorphique typique : faciès AMPHIBOLITE MOYENNE PRESSION - MOYENNE TEMPERATURE ATELIER 5 METMORPHISME TARDI-OROGENIQUE Exercice: métamorphisme dans le massif du Pilat Echantillon 1 : Structures C/S. 1. A partir de la figure 2 (dont la localisation est présentée en figure 1), et de l’échantillon 1 - Analysez les microstructures de l’échantillon 1 Structures C/S : plan de Schistosité (S) et plan de Cisaillement (C). 1. A partir de la figure 2 (dont la localisation est présentée en figure 1), et de l’échantillon 1 - Etant donné son orientation (fig. 2), déterminez le style de déformation du massif du Pilat. Placé dans le contexte : --> mouvement «top vers le Nord» --> détachement ductile faille normale. => Exhume granite du Velay. 2. Différents échantillons provenant du Pilat vous sont présentés: -Dessinez la lame mince de l’échantillon 2, et repérez les minéraux métamorphiques susceptibles de vous apporter des informations. Gneiss à grenats et à sillimanite. 2. Différents échantillons provenant du Pilat vous sont présentés: -Dans quelles conditions a été métamorphisé l’échantillon 3? Gneiss migmatitique. 2. Différents échantillons provenant du Pilat vous sont présentés: -Dans quelles conditions a été métamorphisé l’échantillon 3? Gneiss migmatitique. Limite de la fusion partielle. Deshydratation des muscovites produit de l’eau qui entraîne la fusion partielle Lits blancs = leucosomes = jus de fusion (minéraux clairs) Lits sombres = mélanosomes = résidus de fusion (minéraux sombres). => fusion partielle pas assez importante pour que les jus granitiques s’échappent = cristallisent sur place 2. Différents échantillons provenant du Pilat vous sont présentés: -Dans quelles conditions a été métamorphisé l’échantillon 3? Granite (ech 4). => Lorsque la fusion partielle est plus importante, les jus leucocrates s’échappent et s’accumulent sous forme de plutons granitiques 3. A partir des échantillons et des photos - Reportez sur le diagramme P-T des roches pélitiques les champs de stabilité des roches 1, 2, 3 et 4. 3. A partir des échantillons et des photos -Reconstituer le géotherme de cette région. dT/dz = 1000 / 20 = 50 °/km. Proche du géotherme relaxé. Conditions de HT/BP 4. Dans quel contexte géodynamique ce type de métamorphisme s’observe-t-il ? Comment peut-on l’expliquer? Métamorphisme post-collisionnel : S’observe dans les chaînes de montagne en fin de collision. Nécessite un apport de chaleur (détachement slab / racine). Associé à de l'anatexie et à de l'extension. BASSE PRESSION - HAUTE TEMPERATURE ATELIER 6 METMORPHISME DE CONTACT Exercice: métamorphisme de la vallée de la Rance Echantillon R1 : Schiste. Echantillon R2 : Schiste à And. Echantillon G1 : Gneiss à Cd. Echantillon G2 : Gneiss à Sill+cd. granite Echantillon R1 : Schiste à grenats. Echantillon R2 : Schiste à Andalousite. Echantillon G1 : Gneiss à Cd. Echantillon G2 : Gneiss à Sill+cd. Echantillon R1 : Schiste à grenats. Echantillon R2 : Schiste à Andalousite. Echantillon G1 : Gneiss à Cordiérite. Echantillon G2 : Gneiss à Sill+cd. 1. Vous avez à votre disposition les lames minces des roches R1, R2, G1 et G2 dont les lieux de prélèvements sont indiqués sur la figure 1. -Faites un dessin rapide de deux lames minces qui vous paraissent pertinentes -Analysez leur minéralogies. Schiste à andalousite : -micas -andalousite -Quartz, feldspath Gneiss à Sill - cordiérite : -micas -Sillimanite -cordiérite -Quartz, feldspath 1. Vous avez à votre disposition les lames minces des roches R1, R2, G1 et G2 dont les lieux de prélèvements sont indiqués sur la figure 1. - Tracez les isogrades du métamorphisme dans la vallée de la Rance. Isograde de la Cd Isograde de la Sill Augmentation des cd P-T vers le Nord Confirmé par présence du granite. granite 1. Vous avez à votre disposition les lames minces des roches R1, R2, G1 et G2 dont les lieux de prélèvements sont indiqués sur la figure 1. - Expliquez les causes de ce métamorphisme. Métamorphisme de contact : Lorsqu’un granite -chaud- intrude des sédiments : les réchauffe beaucoup, et fit apparaître des minéraux de HT - BP. Fait des cornéennes : roche très compacte = recristallisée 2. A partir de la Figure 2, -Replacez les différentes roches dans le diagramme pression – température (Figure 2). R2 G1 G2 2. A partir de la Figure 2, -En utilisant tous les documents fournis, précisez les conditions thermodynamiques ayant affecté la région. Argumentez vos déductions. Métamorphisme de CONTACT : Lorsqu’un granite -chaud- intrude des sédiments : les réchauffe beaucoup, et fit apparaître des minéraux de HT - BP. Pourquoi y a-t-il des granites à cet endroit ? => Conséquence du métamorphisme tardi- hercynien de HT-BP = fusion partielle de la croûte continentale moyenne à profonde. Les magmas granitiques générés cristallisent en profondeur (granites), et «cuisent» leur encaissant. Exercice: métamorphisme du granite de Ploumanac’h 3. A partir des photos A et B qui vous sont présentées dans la fig 3 -Commentez les observations de terrain On voit le granite (clair) qui recoupe une roche foliée noire & blanc (schiste marno- gréseux) => Intrusion d’un granite dans un schiste. Minéraux clairs à section rectangulaire = andalousite Minéraux sombres = cordiérite. = métamorphisme de contact. 3. A partir des photos A et B qui vous sont présentées dans la fig 3 -Déterminez à partir de la Figure 2 le champ de stabilité de la roche noire foliée. Conditions BP - HT 3. A partir des photos A et B qui vous sont présentées dans la fig 3 -A partir des observations, expliquez l’histoire de cet affleurement de l’île Millau. Intrusion du granite de Ploumanac’h dans les schistes (permien ?) à la fin du carbonifère (cad à la fin de la collision Hercynienne). Métamorphisme de contact : réchauffement du schiste = couronne de minéraux de HT - BP tout autour du granite. Marqueurs métamorphiques = minéraux alumineux (And/ Sill/ Cd) car schistes est un méta-sédiment riche en Al. 3. A partir des photos A et B qui vous sont présentées dans la fig 3 -Options: Commentez la photo C. Infiltration des filons granitiques dans l’encaissant : Plans de schistosité sont des plans de débit préférentiels qu’empruntent les fluides magmatiques.
