Metamorphisme et geodynamique : Cours et exercices corriges

Description

Table des matières......Page 5 Préface......Page 3 Avant-propos......Page 11 Remerciements......Page 12 Métamorphisme et processus métamorphiques......Page 13 1.1.1 Recristallisation et équilibre......Page 15 1.1.2 Préservation des roches métamorphiques et métastabilité......Page 17 1.2.1 Diagenèse et métamorphisme......Page 18 a) Flux de chaleur et production de chaleur......Page 19 b) Isothermes et géothermes......Page 21 c) Équation du géotherme......Page 22 b) Le déviateur des contraintes......Page 24 a) Situation des fluides dans une roche......Page 25 b) Pression des fluides......Page 27 Les roches métamorphiques : des marqueurs des perturbations thermiques et mécaniques dans la lithosphère......Page 29 2.1 Évolution PT, trajet PTt et géothermes......Page 30 2.2 Pourquoi les roches recristallisent-elles ?......Page 31 Lorsque P varie......Page 32 Lorsque T varie......Page 33 2.3 Le trajet PTt et le gradient métamorphique......Page 34 2.4 Trajets PTt et contextes géodynamiques......Page 36 3.1.1 Les différents types de métamorphismes......Page 39 3.1.2 Répartition des roches métamorphiques à la surface du globe......Page 40 3.1.3 Répartition des roches métamorphiques sur un profil de la croûte......Page 41 3.2 Cartographie du métamorphisme - Minéraux index et isogrades du métamorphisme......Page 43 3.3.1 Les limites du métamorphisme et les faciès métamorphiques......Page 44 3.3.2 Les principaux gradients métamorphiques......Page 47 c) Le gradient de BP-HT......Page 48 3.4.1 La recristallisation dynamique......Page 49 3.5 Structures et contraintes......Page 50 b) La linéation d’allongement ou d’étirement......Page 51 c) La linéation minérale......Page 52 3.6 Les principales textures des roches métamorphiques......Page 53 b) Textures des roches......Page 55 c) Composition minéralogique des roches......Page 56 4.1.1 La chronologie des phases de déformation......Page 57 b) Les phases syncinématiques......Page 59 c) Les phases postcinématiques......Page 61 4.1.3 La dimension des structures......Page 62 4.2 Un exemple de relation cristallisation- déformation : le métamorphisme hercynien au Cap Creus (Espagne)......Page 63 4.3 Trajets PTt et chronologie......Page 66 5.1 Les différentes séquences métamorphiques......Page 70 5.2 La règle des phases......Page 72 5.3.1 Système à 2 constituants......Page 73 5.3.2 Système à 3 constituants......Page 74 a) Système chimique anhydre......Page 75 b) Système chimique hydraté......Page 77 5.3.4 Système à n constituants - les diagrammes A’KF et AFM pour les roches de la séquence pélitique......Page 79 5.3.5 Représentation graphique des paragenèses des faciès métamorphiques......Page 82 Solutions......Page 85 Les réactions métamorphiques......Page 90 6.1 Interprétation thermodynamique sommaire d’une réaction minéralogique......Page 91 6.2.1 Réactions de transition polymorphique : les silicates d’alumine......Page 92 6.2.2 Réactions d’exsolution......Page 94 6.2.3 Réactions interminérales solide-solide entre minéraux anhydres......Page 95 6.3.1 Eau, pente des réactions métamorphiques et rétromorphose......Page 96 6.3.2 Pression partielle de fluide et champ de stabilité des phases hydratées et carbonatées......Page 97 6.4.1 Le quartz d’exsudation......Page 100 6.4.2 Réactions de lessivage......Page 101 Solution......Page 104 Analyse géométrique des réactions métamorphiques et élaboration d’une grille pétrogénétique......Page 106 7.1 Système à un constituant indépendant......Page 107 7.2 Système à deux constituants indépendants......Page 108 7.3 Système à trois constituants indépendants et élaboration d’une grille pétrogénétique......Page 110 7.4 Système à plus de trois constituants indépendants......Page 113 Solutions......Page 114 Les réactions métamorphiques multivariantes : thermométrie et barométrie géologiques......Page 117 8.1.1 La réaction continue Chl + Ms = St + Bt + Qtz + V......Page 118 8.1.2 La réaction continue Bt + Sil + Qtz = Grt + Kfs + V......Page 121 8.2 Le principe de la géothermobarométrie......Page 123 8.3 Un thermomètre basé sur la réaction d’échange fer-magnésium entre biotite et grenat......Page 124 8.4 Un exemple de géothermobaromètre basé sur l’équilibre cordiérite = grenat + sillimanite + quartz + H2O......Page 126 8.5 Les logiciels de calculs thermodynamiques multi-équilibres......Page 128 8.6 Précautions d’utilisation de la géothermobarométrie......Page 131 8.7 Étude des inclusions fluides : caractérisation de la phase fluide et géothermobarométrie......Page 132 8.7.2 Caractérisation des isochores et thermobarométrie......Page 134 Solution......Page 135 9.1 Qu’est-ce que la vitesse de réaction ?......Page 136 9.2.2 L’influence de la phase vapeur......Page 137 9.2.3 L’influence de la déformation......Page 138 9.3 Métastabilité des paragenèses : l’exemple des silicates d’alumine......Page 139 9.4 Cinétique de réaction et préservation des roches métamorphiques......Page 142 10.1 Définition des migmatites et de l’anatexie......Page 144 10.2 Origines des migmatites......Page 145 10.3 Fusion partielle des métapélites......Page 146 10.4 Migmatites, granites, charnockites et faciès granulite......Page 147 10.4.1 Influence de l’eau sur la transition faciès amphibolite-faciès granulite et anatexie......Page 148 10.4.2 Migmatites et granites......Page 150 10.4.3 Charnockites et gneiss charnockitiques......Page 151 Solution......Page 153 Métamorphisme et géodynamique......Page 155 11.1 L’auréole de contact de l’intrusion de Ballachulish......Page 157 11.2 Diffusion de la chaleur dans l’encaissant et modélisation du métamorphisme de contact......Page 160 Les métamorphismes de haute pression et ultra-haute pression- basse température : l’exemple alpin......Page 164 12.1 Les Alpes : de la subduction à la collision......Page 165 12.2 La carte métamorphique des Alpes occidentales......Page 166 12.3 Lithologies et associations minéralogiques types......Page 168 12.4 Le métamorphisme sur la transversale Queyras-Viso-Dora Maira dans les Alpes occidentales......Page 173 12.5 Le métamorphisme d’ultra-haute pression (UHP) dans le monde......Page 175 12.6 Exhumation des unités de HP-UHP......Page 177 12.6.1 L’évolution rétrograde sur la transversale Queyras-Viso-Dora Maira......Page 178 12.6.2 Des modèles d’exhumation......Page 181 b) Exhumation dans le chenal de subduction......Page 182 c) Exhumation des unités de HP-UHP dans les Alpes......Page 183 12.7 Les reliques de HP dans le dôme Lépontin, Alpes centrales......Page 185 13.1 La série métamorphique de moyenne pression- haute température du massif du Lévezou......Page 189 13.2 Le gradient métamorphique de moyenne pression : un coup de frein à l’enfouissement......Page 193 13.2.1 Les reliques de HP et leur évolution rétrograde......Page 194 a) Les métabasites......Page 195 c) Les métapélites granulitiques......Page 197 13.2.2 De la subduction à la collision......Page 200 13.2.3 Rareté et préservation du faciès des Schistes bleus dans les chaînes anciennes......Page 201 13.3 Sous-charriage et métamorphisme inverse......Page 202 Solutions......Page 207 Le métamorphisme de basse pression- haute température dans les zones de convergence......Page 212 14.1 Arrière-subduction et ceintures métamorphiques doubles......Page 213 14.2 Hypercollision et dômes migmatitiques dans la croûte continentale médiane - la chaîne hercynienne d’Europe occidentale......Page 215 14.2.1 Le massif hercynien nord-pyrénéen de l’Agly......Page 216 14.2.2 Le massif du Pilat et le dôme anatectique du Velay......Page 219 14.2.3 La Montagne Noire : dôme gneissique extensif ou anticlinal post-nappe ?......Page 222 14.2.4 Vitesses d’exhumation et gradients métamorphiques......Page 223 14.3.2 Zone d’Ivrée et différenciation de la croûte......Page 225 14.4 Métamorphisme d’ultra-haute température (UHT)......Page 228 14.4.1 Les granulites de UHT de la formation d’Andriamena (Madagascar)......Page 230 15.1.1 La zone nord-pyrénéenne (ZNP) : couloir d’amincissement lithosphérique au Crétacé......Page 235 15.1.2 Le métamorphisme de basse pression dans la ZNP......Page 237 15.2 Métamorphisme océanique et hydrothermalisme dans la lithosphère océanique et dans les ophiolites......Page 240 15.2.1 Le métamorphisme océanique au niveau des dorsales rapides......Page 243 a) L’ophiolite d’Oman......Page 244 b) La croûte océanique de l’est pacifique......Page 246 15.2.2 Le métamorphisme océanique au niveau des dorsales lentes......Page 247 a) Les ophiolites des Alpes......Page 248 b) La croûte océanique des océans atlantique et indien......Page 253 15.2.4 En conclusion......Page 256 Solution......Page 260 16.1 Mode de gisement des roches du manteau......Page 261 16.2 Les xénolithes du plateau océanique des îles Kerguelen : magmatisme et métamorphisme intra-mantellique......Page 262 16.3 Les éclogites du manteau supérieur : cristallisation à haute pression d’un magma basaltique ou témoins des océans engloutis dans le manteau ?......Page 264 En guise de conclusion : évolution du métamorphisme dans le temps......Page 267 17.1 Un modèle simplifié d’évolution thermique d’une chaîne de montagnes......Page 268 17.2 Évolution du métamorphisme au cours du temps......Page 272 1. Diagrammes ACF-A’KF......Page 277 2. Abréviations des minéraux d’après Kretz (1983) et Fettes et Desmons (2007)......Page 280 3. Formules structurales des principaux minéraux......Page 281 4. Quelques assemblages minéralogiques caractéristiques des principaux faciès métamorphiques......Page 283 Références des articles et ouvrages cités dans le texte......Page 284 Planche 1 - Paragenèse et assemblage réactionnel......Page 292 Planche 2......Page 293 Planche 4 - Carte métamorphique des Alpes occidentales et centrales, extrait de la carte métamorphique des Alpes de la CCGM......Page 294 Planche 6 - Métamorphisme dans les Alpes......Page 295 Planche 8 - Métamorphismes dans la lithosphère océanique......Page 296 Index......Page 297