La Terre précambrienne Quelques terrains précambriens en

Jean-François MOYEN
Dept of Geology
University of Stellenbosch
Private Bag X1
7602 Matieland - South Africa
http://jfmoyen.free.fr
Jean-Yves JOLIVEL
META ODOS
EURL AJ Conseil
88 rue du Grand Domaine
35510 - CESSON-SEVIGNE - France
http://www.metaodos.com
La Terre précambrienne
Quelques terrains précambriens
en Afrique du Sud
Litages de chromitite et anorthosite.
Dwars River, complexe du Bushveld

A la découverte des terrains précambriens d’Afrique du Sud
Ce document est une annexe, ou un complément, au livret-guide écrit pour une
excursion géologique en Afrique du Sud, organisée en Février 2007 à l’initiative de
Jean-Yves Jolivel, de Meta-Odos. Cette excursion visite une partie des terrains
précambriens dans ou autour du craton du Kaapvaal, en Afrique du Sud : région
de Barberton, ceinture du Limpopo, complexe du Bushveld.
La géologie du Précambien est inhabituelle pour des géologues français, habitués
à des roches jeunes et à une géologie ou les bassins sédimentaires (et leurs dé-
formations) représentent le type dominant de géologie. Ce texte vise donc à don-
ner quelques informations, d’une part d’ordre général sur la Terre précambrienne,
d’autre part d’ordre local sur la géologie Sud-Africaine.
Si ce document a été conçu en vue d’une excursion particulière, il a fini par prendre
une certaine ampleur, et constitue maintenant un texte autonome (surtout la pre-
mière partie), qu’on peut lire par lui même.
Bonne lecture !
Jean-François Moyen
Janvier 2007
ii

Table des matières
Avant-propos ii
Table des matières iii
Première partie: Contexte général : la Terre Précambrienne 1
1 Dates et lieux 2
1.1 Retour sur l’échelle des temps géologiques . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Lesterrainsarchéens .......................... 4
1.2.1 Répartition géographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Présentation de la géologie de l’Archéen . . . . . . . . . . . 6
1.3 Les terrains protérozoïques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.1 Les ceintures mobiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3.2 Le magmatisme basique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4 Quelques repères chronologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Quelques roches précambriennes typiques 10
2.1 LesorthogneissTTG.......................... 11
2.1.1 Caractéristiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.2 Pétrogenèse ........................... 13
2.1.3 Site géodynamique de formation . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.1.4 Complexité des TTG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Leskomatiites.............................. 21
2.2.1 Caractéristiques de terrain et textures . . . . . . . . . . . . 21
2.2.2 Composition et origine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3 Implications sur les conditions mantelliques . . . . . . . . . 26
2.3 Les sédiments chimiques riches en fer . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.1 Caractéristiques générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.2 Différentsfaciès......................... 29
2.3.3 Types et associations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.4 Modèles de formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Table des matières
3 Les origines de la tectonique des plaques 36
3.1 Tectonique des plaques et chaleur terrestre : pourquoi la tectonique
desplaques? .............................. 37
3.1.1 Tectonique des plaques et convection . . . . . . . . . . . . . 37
3.1.2 Depuisquand?......................... 37
3.2 Comment reconnaître la tectonique des plaques ? . . . . . . . . . . 38
3.2.1 Un problème de définitions ! . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.2 Des blocs rigides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.3 Des mouvements relatifs horizontaux . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.4 Des limites de plaques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.3 “La” ou “les” tectonique des plaques ? . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.1 Différents styles tectoniques au cours du temps . . . . . . . 48
3.3.2 Les limites entre différents styles tectoniques . . . . . . . . . 49
4 L’évolution de l’atmosphère 52
4.1 L’atmosphère primitive : date et durée de sa formation . . . . . . . 53
4.2 Quelques contraintes sur l’atmosphère et les environnements passés 54
4.2.1 Les sources d’informations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.2 L’eau et les températures de surface . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.3 Concentrations des principaux gaz dans l’atmosphère . . . . 57
4.2.4 L’atmosphère terrestre du passé à l’actuel . . . . . . . . . . 63
4.3 De l’atmosphère primitive à l’atmosphère Archéenne . . . . . . . . . 65
4.3.1 Précipitation et recyclage de carbonates . . . . . . . . . . . 65
4.3.2 Dissolution dans un “océan magmatique” . . . . . . . . . . . 66
4.4 De l’atmosphère Archéenne à l’atmosphère moderne . . . . . . . . . 67
4.4.1 Le retard de croissance d’O2.................. 67
4.4.2 Un changement de style tectonique ? . . . . . . . . . . . . . 70
4.4.3 Stable ou instable ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.5 Les fluctuations de l’atmosphère actuelle . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.5.1 Les cycles orogéniques/rupture des continents . . . . . . . . 74
4.5.2 D’autres changements tectoniques . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.5.3 Les évolutions de la biosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.5.4 Paramètres non liés à la composition de l’atmosphère . . . . 76
4.5.5 Desrétroactions......................... 77
Deuxième partie: Géologie régionale 79
5 Le bloc archéen de la région de Barberton 80
5.1 Stratigraphie et unités géologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.1 La ceinture de roches vertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.1.2 Les orthogneiss avoisinants et leurs enclaves . . . . . . . . . 91
5.1.3 Les batholites tardifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
iv

Table des matières
5.2 Architecture et structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.1 Les structures dans la CRV . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.2 Le système de failles d’Inyoka–Inyoni . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.3 Les structures dans les gneiss TTG et leurs enclaves . . . . . 102
5.2.4 Les contacts entre CRV et gneiss et les structures en dômes . 104
5.3 Le métamorphisme dans et autour de la CRV . . . . . . . . . . . . 110
5.3.1 Dans la CRV proprement dite . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.3.2 Dans les gneiss du domaine NW . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.3.3 Dans les gneiss du domaine SE . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.3.4 Dans le contact entre les deux terrains : zone de cisaillement
d’Inyoni .............................111
5.3.5 Synthèse.............................111
5.4 Histoiregéologique ...........................114
5.4.1 L’histoire précoce (3.6–3.3 Ga) . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
5.4.2 Les épisodes à ca. 3.2 Ga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.4.3 La mise en place des batholites à 3.1 Ga . . . . . . . . . . . 119
6 La ceinture du Limpopo 125
6.1 Structure d’ensemble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2 Les zones marginales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.2.1 La zone marginale Nord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
6.2.2 La zone marginale Sud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.3 Lazonecentrale.............................136
6.3.1 Lithologies............................137
6.3.2 Métamorphisme et structures . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
6.3.3 Problèmes de chronologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.4 Modèles d’évolution de la ceinture du Limpopo . . . . . . . . . . . 144
6.4.1 Modèle “archéen surtout” : le collage des deux cratons a lieu
à2.6Ga.............................146
6.4.2 Modèle “protérozoïque surtout” : la collision a lieu à 2.0 Ga 146
7 Le complexe du Bushveldt 152
7.1 Présentation générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.1.1 Extension géographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.1.2 La Province magmatique du Bushveld . . . . . . . . . . . . 154
7.1.3 Contexte et conditions de mise en place . . . . . . . . . . . . 155
7.2 Stratigraphie des unités basiques litées . . . . . . . . . . . . . . . . 158
7.2.1 La Zone Marginale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.2.2 La Zone Inférieure (Lower Zone, LZ) . . . . . . . . . . . . . 162
7.2.3 La Zone Critique (Critical Zone, CZ) . . . . . . . . . . . . . 162
7.2.4 La Zone Principale (Main Zone, MZ) . . . . . . . . . . . . . 162
7.2.5 La Zone Supérieure (Upper Zone, UZ) . . . . . . . . . . . . 163
7.2.6 Corps discordants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
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