HISTOIRE GEOLOGIQUE DU MORVAN

LE VOLCANISME STEPHANO-PERMIEN

Les distinctions géochimiques entre les volcanites acides des unités de Blismes, Moulin Michelot et Montreuillon ont été discutées par Monnier et Stussi [REF] dans le cadre plus général de l'étude de la caldeira par la COGEMA .[REF]

Les tableaux suivants confirment les observations faites par ces auteurs.

Les diverses rhyolites de Blismes (Stéphanien B et C) incluant la rhyolite de Moulin Michelot (Autunien), se caractérisent par des teneurs fortes en SiO2 et K2O et le rapport Fe/Fe+Mg met en évidence deux suites : vitrophyres et ignimbrites. Les teneurs en Th sont de l'ordre de 20 à 28 ppm.

Les ignimbrites de Montreuillon (Saxonien) se distinguent par des teneurs en SiO2 et K2O plus élevées et celles de Th supérieures à 30 ppm. La bimodalité des teneurs en Ba observées dans ce, semble-t-il, unique épanchement pourrait s'expliquer par la proximité de certains échantillons avec les premiers dépôts du Mésozoïque.

Ces caractères géochimiques témoigneraient d'une évolution magmatique différente pour les rhyolites de Blismes et les ignimbrites de Montreuillon, ces dernières dérivant d'une source différente ou d'un fractionnement plus ferro-sodique bien que l'ensemble appartienne aux termes les plus évolués d'un même magmatisme sub-alcalin.

CARACTERES GEOCHIMIQUES

(Terminologies pétrographiques et magmatiques)

LAMPROPHYRES

Compositions chimiques en %

(32 échantillons)

Elément

Moyenne

Déviation

SiO2

54,1259

4,2428

TiO2

1,1381

0,2282

Al2O3

15,1722

1,2362

Fe2O3

6,8952

1,0868

MnO

0,1150

0,0471

MgO

5,9213

1,8100

CaO

4,1394

3,1380

Na2O

2,3112

1,1864

K2O

3,3109

1,5362

P2O5

0,3619

0,3122

BASALTES

Compositions chimiques en %

(7 échantillons)

Elément

Moyenne

Déviation

SiO2

51,3800

5,0400

TiO2

1,2886

0,2094

Al2O3

16,1143

2,1577

Fe2O3

7,3429

1,5317

MnO

0,0771

0,0570

MgO

6,4286

2,0680

CaO

5,1743

1,9728

Na2O

2,6014

0,9505

K2O

4,0771

1,5862

P2O5

0,6371

0,3266

RHYOLITES

Compositions chimiques en %

(40 échantillons)

Elément

Moyenne

Déviation

SiO2

70,2771

4,2605

TiO2

0,3560

0,1812

Al2O3

14,3043

0,9588

Fe2O3

2,3217

1,0737

MnO

0,0495

0,0360

MgO

1,1224

1,0952

CaO

0,9302

0,8833

Na2O

2,6755

0,7007

K2O

5,0969

1,0090

P2O5

0,0883

0,0792

IGNIMBRITES

Compositions chimiques en %

(17 échantillons)

Elément

Moyenne

Déviation

SiO2

74,6471

1,6049

TiO2

0,1876

0,1568

Al2O3

12,9847

0,8562

Fe2O3

1,5976

0,3092

MnO

0,0335

0,0257

MgO

0,3518

0,3534

CaO

0,3994

0,2074

Na2O

2,4271

0,4441

K2O

5,5488

0,4937

P2O5

0,0324

0,0415

Sources des analyses chimiques en éléments majeurs et en traces : (REF, REF, REF, REF, REF, REF, REF, REF).

Les lamprophyres qui peuvent inclure au moins deux générations présentent une basicité ou teneur en SiO2 plus élevée que celles des basaltes de la bordure nord du bassin d'Autun (les Pelletiers).

 

CLASSIFICATION PETROGRAPHIQUE ET SUITE MAGMATIQUE

Les diagrammes présentés ont été réalisés à l'aide d'un logiciel de calculs pétrographiques et de reports graphiques (REF)

Le diagramme SiO2 vs Na2O+K2O est classiquement utilisé comme grille de nomenclature (REF) et distingue également les 2 principales séries magmatiques subalcaline (tholéiitique+calco-alcaline) et alcaline (REF) séparées par la ligne rouge. C'est un diagramme sensible aux phénomènes d'altération affectant les métaux alcalins. Les basaltes des Pelletiers (REF), les shoshonites de la bordure des bassins d'Autun (REF)et de Bert [REF] (vert) montrent une tendance alcaline plus trachytique pour ces derniers. Les rhyolites de Blismes (rouge) et les ignimbrites de Montreuillon (bleu) se distribuent dans le champ de la série sub-alcaline avec des compositions allant des trachydacites aux rhyolites. Les lamprophyres (violet) se distribuent entres les deux séries avec des compositions correspondantes de basaltes andésitiques, trachy-andésites basaltiques et d'andésite.

On retrouve dans le premier diagramme de Winchester et Floyd (REF), Zr/TiO2 vs SiO2, les basaltes des Pelletiers ont des compositions de basaltes alcalins (AB), la shoshonite de la bordure du bassin d'Autun de trachy-andésites (TA) et celle silicifiée de la bordure du bassin de Bert d'andésites (A). Les lamprophyres sont dispersés dans ces champs et celui des basaltes sub-acalins (sub-AB). Les rhyolites et les ignimbrites sont réparties dans les champs des rhyolites (R) et des rhyodacites et dacites (RD+D) de la grille de référence.

Dans ce second diagramme (REF) qui ne prend en compte que les éléments hygromagmaphiles, les roches volcaniques basiques et acides (même légende de couleurs) sont regroupées dans le champ des trachy-andésites (TA).

Position des roches volcaniques et des lamprophyres sur le diagramme SiO2 vs K2O (REF).Ce diagramme met en évidence le caractère fortement potassique de l'ensemble volcanique, shoshonitique pour les roches basiques, toscanites pour les roches acides. La dispersion des lamprophyres entre shoshonites et fortement potassiques laisse soupçonner plusieurs générations de ces roches filoniennes (même légende de couleurs).

Ce diagramme est utilisé pour la classification des roches volcaniques calco-alcalines s.l. et shoshonitiques des zones orogéniques.

  • LK = champ des volcanites tholéiitiques d'arc
  • MK = champ des volcanites calco-alcalines
  • HK = champ des volcanites calco-alcalines potassiques

Sur le diagramme AFM où A=Na2O+K2O, F=FeO total  et M=MgO) (REF), les roches volcaniques et les lamprophyres se  situent dans le domaine calco-alcalin CA (même légende de couleurs).

En fonction des trois paramètres Al2O3, MgO et Fe2O3+FeO, un ensemble de référence de roches volcaniques permet de définir les deux lignées : TH=tholéiitique et CA=calco-alcaline (REF).

Sur ce diagramme où les oxydes fer sont calculés en FeO total, les rhyolites de Blismes, les ignimbrites de Montreuillon, les basaltes+shoshonite et les lamprophyres (même légende de couleurs) suivent la lignée calco-alcaline dans la partie supérieure de la courbe correspondant à l'intervalle 50-75% de SiO2.

On retrouve dans le diagramme SiO2 vs FeOtot/MgO [REF] (même légende de couleurs) cette même distribution dans le domaine calco-alcalin (CA) à l'exception de certains basaltes à tendance alcaline (TH+ALC).

Les basaltes et roches basiques des bassins d'Autun et de Blismes (vert) présentent majoritairement des caractères peu alumineux tandis que les rhyolites de Blismes (rouge) et les ignimbrites de Montreuillon (bleu) sont plus nettement alumineuses; les lamprophyres (violet) se partagent entre les deux champs sur ce diagramme dont les 2 paramètres sont calculés à partir de la composition en moles  (REF):

  • A/CNK = indice d'aluminosité = (Al2O3/102)/((CaO/56)+(Na2O/62)+(K2O/94))
  • A/NK = (Al2O3/102)/((Na2O/62)+(K2O/94))

SITE GEOTECTONIQUE

Position des roches volcaniques (bleu clair = basaltes; vert = rhyolites de Blismes; Bleu = ignimbrites de Montreuillon) et sub-volcaniques (rouge = lamprophyres) dans le diagramme multicationique R1 vs R2. Ce diagramme est une adaptation de la grille de classification proposée par de La Roche et al. (REF) étendue aux domaines géotectoniques (REF). Les paramètres R1 et R2 utilisent les valeurs millicationiques calculées à partir des pourcentages d'oxydes pour 100 g de roche. Deux grands domaines Alcalin (Alc) et Sub-alcalin (Sub-alc) sont séparés par la ligne portant les minéraux cardinaux : fayalite, orthose, plagioclase (An0 à An70), forstérite, diopside. Les divers champs définissent l'évolution des magmas granitiques au cours du cycle orogénique, à savoir :

  • Mantle fractionates = granite peu évolué, plagiogranite tholéiitique
  • Pre-plate collision = granite calco-alcalin et trondhjémite
  • PCU = soulèvement post-collision = granite calco-alcalin potassique
  • Late orogenic = granite sub-alcalin monzonitique
  • Anorogenic = granite alcalin et hyper-alcalin
  • Syn-collision = leucogranite anatectique

La distribution des roches (même légende de couleurs) rapportées au Stéphanien supérieur et au Permien inférieur s'inscrivent dans une lignée succédant à la collision continentale et post-orogénique.

Les quelques roches volcaniques et lamprophyres (même légende de couleurs) pour lesquels on possède des analyses de Ta, Th et Yb se concentrent dans le champ "marge continentale active" (REF). Le comportement  fortement hygromagmaphile ou incompatible de Th en fonction de celui moindre de Ta permet cette distinction.

 

Diagramme de normalisation aux chondrites, valeurs de McDonough & Sun (REF).

Les lamprophyres présentent des profils où le fractionnement des Terres Rares légères reste modéré comme celui des Terres Rares lourdes. Les rapports La/LuN varient de 6,68 à 19,72.

Diagramme de normalisation aux chondrites, valeurs de McDonough & Sun (REF).

Les basaltes des Pelletiers et les shoshonites des bordures des bassin d'Autun et de Bert présentent des profils assez semblables caractéristiques des basaltes alcalins continentaux. Le fractionnement des Terres Rares légères est un peu plus fort que celui des Terres Rares lourdes corrélés à une faible anomalie négative en Europium. Les rapports La/LuN varient de 16,14 à 39,91.

Diagramme de normalisation aux chondrites, valeurs de McDonough & Sun (REF).

Les rhyolites de l'unité de Blismes présentent des profils très proches caractérisés par un fractionnement des Terres Rares légères plus prononcé que celui des Terres Rares lourdes. L'anomalie en Europium est marquée ou très forte pour un échantillon correspondant à la frange de Bagnold d'un filon de rhyolite appauvri par effet mécanique en phénocristaux de feldspaths comparé au coeur de la caisse filoniennne (REF). Les rapports La/LuN varient de 8,52 à 17,02.

Diagramme de normalisation aux chondrites, valeurs de McDonough & Sun (REF).

Les ignimbrites de Montreuillon présentent des fractionnements de Terres Rares légères et lourdes semblables à ceux des rhyolites et corrélés à une forte anomalie en Europium due à la cristallisation d'un liquide appauvri en feldspath lors de la différenciation magmatique. Les rapports La/LuN varient de 15,67 à 23,93.

PM = manteau primitif - MC = croûte continentale moyenne

Etalonné pour les magmas récents (REF), ce diagramme distingue les domaines mantelliques sources des MORB (Basaltes des rides médio-océaniques) et des OIB (Basaltes des îles océaniques) dont le rapport Th/Ta reste assez constant (<2,5) alors que celui de Th/Tb reflète celui des hétérogénéités du manteau initial.

La distribution des magmas basaltiques et andésitiques formés dans les zones de subduction (SZV - volcanisme orogénique calco-alcalin) est liée :

  • au domaine mantellique dont elles dérivent MORB ou OIB
  • au degré de contamination mantellique
  • à l'accroissement du taux de fusion partielle.

Lamprophyres, basaltes et éventuellement ignimbrites (même légende de couleurs) présenteraient une même source magmatique distincte de celle des rhyolites du bassin de Blismes.

La distribution des roches volcaniques et lamprophyres répondant au critère SiO2> 55% (REF), (REF). On observe une dispersion dans le champ du magmatisme des zones de collision évoluant vers les leucogranites hyperalumineux (même légende de couleurs).


microgranitemicrogranite

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