Geologie d`un point chaud actif: Theahitia - Archimer

OCEANOLOGICAACfA, 1990, VOL. SPÉCIAL 10 ~
--- -~
Campagne Teahitia 1 :
PO Înt chaud
Volcan isme
Tahiti
Teahitia
Pacifique sud
Géologie d'un point chaud actif .
Teahitia-Mehetia, îles de la Société
(Pacifique Central Sud)
Hot spot
volcanism
Tahiti
Teahitia
South P ad fi c
RÉSUMÉ
ABSTRACT
J ea n-Louis C HEMIN ÉE a, Roger HÉKINIAN b, J ac ques TALANDIER c,
Francis ALBAREDE d, Co lin W. DEVEy d. Jean FRANCHETEAu e, Yves LANCELOT f.
a Observatoires Volcanologiques. IPG. 4 place Jussieu, 75252 Paris Cedex 05.
b Centre de Brest, IFREMER. BP 70, 29263 Plouzané.
C Laboratoire de Géophysique, CEA. BP 640, Papeete, Tahiti, Polynésie française.
d
CRPG -CNRS, BP 20, 54501 Vandoeuvre-lès-Nancy.
e Laboratoire
de Géophysique Marine, IPG. 4 place Ju ssieu, 75252 Paris Cedex 05.
r Laooratoire de Géo l og ie Dynamique, U ni ver.;ité Pierre et Marie Curie, 4 place Ju ssie u,
75252 Paris
Cedex 05.
Publié dans Mar. Geophys. Res. (1989), 11 , 27-50, reçu le 03/11/89, version révisée le 12/06/90,
accepté le 28106/90
La zone du point cha ud de Teahitia-Meh etia est située au Sud-Est de la chaî ne volcanique
de s îles de la Société vers 18°S - 1 48 °0 ; elle es t formée de plusieurs volcans act ifs
couvrant une surfa
ce d'environ 1 000 km
2• Les crises sismiques correspondent aux zones
d'activ
it é volcanique récente. Ce ll e-ci a édifié des appareils de tailles variées, composés de
d
if férents types de cou lées composées d'une suite de laves alcalines allant des anka ramites
aux trachyphonolites
en passant par de s balsaltes alcalins.
La présence de tholéiites altérées du type MORB s ur un petit volcan so u s-ma rin sugg ère
que du matériel originaire d'une source mantellique différente entre dans la formation de la
croûte dans la zone
du point chaud.
Oceanologica Acta, 1990, volume spécia l 10, Actes du colloque Tour du monde Jean
Charcot, 2-3 mars 1 989. Paris. 000-000 .
Teahitia 1 cruise: geo l ogy of an active h ot spot: Teahitia-Mehetia region in
the
So uth Ce ntral Pac ifi c
The Teahitia-Mehetia hot spot region located in the sout heastem extension of t he Society
Islands chain, ncar 18 ° 5_148° W. consists of severa! active volcanoes. The distribution of
recen! volcanic activity correlates with seismic epice nters. and coveTS an area of more than
1
000 km2• Intermittent vol can ic activ it y has given rise to lar ge (> 1 000 m hi gh) and small
« 500 m high) ed ifices co mposed of various types of now s. Severa l recent volcanic evenlS
have produced a s
ui te of alkalic rocks ranging from ankaramites. through alkali basalts to
trachy-phonolites.
The presence of ahered MORS -Iike thol eiites on one sma ll seamou nt sugg ests that a
different mantle
source material was involved in forming sorne of the crust in this hot spo t
region.
Ocean%gica Acta, 1 990, vo l ume spéc ial 10 , Actes du co ll oque TOUT du monde Jean
Charcot, 2-3 mars 1989, Paris. 000-000.
225

J.-L. CHEML"I"ÉE et al.
INTRODUCTION
La chaîne volcanique des îles de la Société, longue
d'envi ron 400 km , est située dans le Pacifique Sud (fig. 1 ).
Se basant sur un âge d éc roissant des roches volcaniques
vers le sud-est, Duncan et McDougall (1976) ont proposé
que cette chaîne soit la trace du passage de la plaque
Pacif ique sur une s our ce de point chaud qui serait,
maintenant. située entre 40 et 120 km au s ud -est de la
péninsule de Taiarapu. Celte zone comprendrait au moins
quatre volcans principaux: Teahitia, Moua Pihaa, Cyana
et l'île de Me h etia (figs 1 et 2). L' âge du plancher
océanique de la zone de ce point chaud est de l'ordre de
55 Ma,
donc autour de l'anomalie 27 (Tracey ct al.,
1971 ), voire 65 Ma, ce qui correspondrait à l'anomalie 30
(Cande, 1986). Le déplacement de la plaque Pacifique
vers le nord-ouest a été estimé à 10 - 11 cm la (Herron,
1972 ; Minster et Jordan, 1978). Si, depuis l' insta ll ation du
réseau sismi qu e de Polynésie française en 1962, l'act ivi té
sismique de la zone sous-marine de Mehetia-Teahitia a été
consta mm e nt suivie et étudiée (Talandier et Kuster, 19 76 ;
Okal et al., 1 980; Ta la ndier et Okal, 1982, 1984a, b), en
revanche les études morphologiques, pétrologiques et
géochimiques n'ont concerné que la partie émergée de la
chaîne volcan iq ue des îles de la Société (Lacroi x, 1910.
1928 ; Mc Bimey et Aoki, 1969 ; Du ncan et McDoug all ,
1976; Mo tt ay, 1 976; Tmcy et Robinson, 19 77 ; Berger,
1981 ; Dos tal et al., 1982 ; G rall et Okal, 1984).
Fi gure 1
Du volcanisme intraplaque du même type avait déjà été
observé dans la plaque Pacifiqu
e: il s'ag it du volcan
s
ous-marin Loihi, à l'extrêmité sud-est de la chaîne
volcanique d'Hawaii, manifestation extrême du point
chaud (Malahoff
et al., 1982 : Frey et Clague, 1983 ;
Moore et aL, 1982). Néanmoins les contextes des points
chauds de Teahitia et Loihi sont différents. M is à part
qu elques différences pétrochimiques, Loihi semble êlfe
formé de venues magmatiqu es directement liées à
l'activité volcanique du Mauna Loa et du Kilauea dans
l'île de Hawaii (Malahoff er al., 1982). Au contraire, dans
la chaîne volcanique des îles de la Société, la zone
ac tive
sous- marine ct l'île de Mehetia sont bien séparées
morphostructu ralement du derni er mass if volcanique
éteint de Taiarapu.
L'étude réalisée lors du Tour du Monde du NIO Jean
Charcot décri t le co n texte géologique de plusieurs
volca ns actifs sou s- marins s'édifiant dans un e zone de
point chaud actif. A partir des donnée s Seabeam et
d'échant illons des coulées de lave, on en déd uit la
répanition et la composition
du volcanisme dans celte
zone. De plus, une coupe du volcan Teahitia, faite à J' ai de
du submers
ib le Cyana, a permis de mieux comprendre
les processus volcaniques et hydrothermaux a ss ociés aux
événements sismi qu es enregistrés dans ce ll e région par
Talandier et Okal (1984), sismic it é que l'on associe à des
é ru ptions volcaniques.
Carte bath~triq u e se abeam de ta wnc du po in t ehaud de Teahitia·Mebetia étabtie per>darn ta campagne du N!O Scan Charoot en février 1986. Les s it es
des dragues et la pl ongée Cyana som indiqués. L'éq uidi stance des oourbcs est de 100 m. Médaillon: cane générale de si tuation dans le Pacifique Sud.
Seabeam Ixlth )" melrÎc chart of the Teuhil iu·Meheria hot spot re giOIl made duriflg tlu: /986 cru ise of the NIO JeUfi CharcOt. The dredge s aM the dil"il1 g
sites (CY
81-<i2) are ShoWI1. T he conto ur UMS are dra "'l1 l':\1ery /00 m. Imet: location map oft/ll: Society vo/camc chain in the Soulh Central Pa cifie.
226

TEAHmA • MEHETIA ; GÉOLOGIE D'UN POINT CHAUD AcnF
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Figure 2
Bloc diagramme tin! de la cart.!: IlIlIhymétriq ue de la figure 1. Vue du nord-ouesl vers le , ud -eS l. Chaque couleur teprmn\e l, In intervalle
de 200 m. La profondeur maximum (bleu r onœ ) eS I de 3 800-4 000 m entre Mc!le ùa Cl Rocard.
Bl od diagram mad~from Ih~ S~alNam balhYfMlric dala shown in Figur~ J. TM view Is orltnltdfrom lM no rlh -wtst tO Ih ~ south-~a.r l
di,ection. Each C% U, band indicalts 200 m iruervab. lM maximum Ikplh (do ,,, blu~) betwun Mehetla (lnd Rocard is J B004 ()()() m.
22 7

1. - L. CH EMINÉE el al.
CADRE GÉOLOGIQUE
Les éd ifices volcaniques qu i o nt été ide nt i fi és en mer au
su d- est de Tahiti. dont il s sont séparés de 40 à 120 km ,
sont détachés de ce
tt e île ct sont bien individualisés
(
fi g. 1). Il s forment généraleme nt des édifices isolés
s'él
ev ant jusqu'à 2 000 m au-dessus des fonds oc éaniques
environnants, do
nt la profondeur moyenne est de 3 750 à
3 800 m (figs 2 el 3). Seule l'île de Mehetia est émergée
ct le volcan M
oua Pihaa. plus au Sud, atteint une
profondeur de 160 m sous
le ni veau de la mer. Au-delà
de Mehetia, limite orienta
le de la zone de point chaud, le
plancher océanique ancien atteint un e profondeur de 4 100
à 4 200 m (fig. 1). En fo nc ti on de leur morph os tru ct ur e,
on a dis
tin gué deux types principaux de vo lcan s:
• les petits édifices (hauteur S; 600 01 ), plus ou moins
circulaires, possédant éven
tu e ll ement des caldeiras et
semblables aux collines abyssales (Batiza et Vanko,
198 3, 1984 ; Searle, 19 83; Fomari el al" 19 84) ;
• des volcans compos
it es de plus grande tai ll e (hauteur>
600 m) avec des s
tru ctures complexes.
Une étude récente menée par Je ES , Sonne (1987) :1
apponé de nouvelles données sur la géologie de ce tt e
région.
Un bombement régional, do nt la surface est
comprise cnlre 3 700-3 900 m de profondeur, ayant
une
centaine de ki lomè tre s de large et couvrant un e surfa ce
de plu s de 10 000 km2 entre Tahiti et J'îl e de Mehetia, a
1
J
Fi g ur e J
T
été découvert (S toffers et al. , 1987), Sur ce "bulge".
indé pendamm ent des volcans, existent d es petites
collines et
une couche sédimen tai re d' au moins 50 cm
d
'é paisseur. Le bombeme nt s'élè ve d'environ 300 à 5 00 m
au -dessus du plancher océanique environnant. L'or igin e
de ce bom
be ment c ru stal est inconnue et des travaux
complémentaires tels que profils
de sismique réfraction
et forages s
eront néc ess aires pour déterminer avec
précision st
ru cture et compos iti on de cette cro ûte .
La panie no
rd de la zone étudiée est essentielleme nt
fonnée de petits volcans dont la hauteur est généraleme nt
inférieure à 600 m CI dOnl la hauteur moyenne est de
l'ordre
de 300 m, avec un diamètre de base de 5 à 6 km,
Les so
mm els c ul minent à 2 900 m et peuvent avoir des
structures cn forme de caldeira, La présen ce de ees
volc
an s a d'abord été détectée à partir des événements
sis
mique s avant d 'êt re reconnue au cours de la
c arlo graphie Seabeam de la zone. La dr ague DR2
réalisée s
ur le flanc de l'un de ces édifices a donné des
basaltes alcalins et
th oléiitiques. Le s volcans co mposés •
dont la hauteur est supérieure à 600 m, montre nt de
nombreuses particularilés génétiques
co mplexes. Ils
fo rm e nt les éd ifi ces volcaniques principaux (figs 1 à 5) CI
leur complexité structurale est liée à l eu r taille. Il s ont
des cônes adventifs
et des éperons allongés rad ia leme nt
( fi gs 3, 4, 5). Les quatr e struc tur es vo lcanique s
principal
es: Teahitia, Rocard, Mehetia et le volcan
Cyana ont été
canog raphiées à l'aide du Seabeam. Il s
sont distants les
un s des autres d'env ir on 40 km ( fi g. 1 ).
,
T/ h
(' .
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C an e bathvmérriquc ~u i lléc du volcan T ea hilla. L""quldisrance dcs courbes CS I de 20 m.
De /oU ed Se IJ w(ll1l oo/hymf / ri c cha Tt of 'felJ h ili a l'o/cano orfO matk durin glhe 1986 cr uise of lh e NIO Je an Cha / COI . The CO lll o ur li nts o, e(irOli'lI e\'U)' 20 m.
228

TEAHITlA -MEHETIA : G~OLOGIE D'UN POINT CHAUD ACfIF
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figure 4
Carte baihymé Lriq ue détaillu du volcan Roclllll. L 'tq uidistanCe des courbes esl de 10 ffi .
Delailed Seabeam OOllrym elric dW rI of Rocard ," ole ano rna;û during Ihe 1986 cr "Îse b/N IO J ean Charcot. The COMOur UIUS an dra wn el/Ur 10 m .
Figure 5
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Cane baihymétrique détaillée du nanc s ud du volcan Mche lia.. L 'tq uidi sWlCe des courbes est de 20 m.
Detailed Swkam oolhymelrÎC chari of w"IMrnflank of M ~ht'Iia voICUIW rna;û duri"g lM 1986 cr"ise of NIO Jean Charcot. The COn/OIU IÎIUI art
draw"
~'uy 20 m.
229