une contribution régionale à la formation de la croûte continentale

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  • Geologie et petrologie de lArcheen de Guinee : une

    contribution regionale a la formation de la croute

    continentale

    Denis Thieblemont

    To cite this version:

    Denis Thieblemont. Geologie et petrologie de lArcheen de Guinee : une contribution regionalea la formation de la croute continentale. Geochimie. Universite de Bretagne occidentale - Brest,2005.

    HAL Id: tel-00830519

    https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00830519

    Submitted on 5 Jun 2013

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    https://hal.archives-ouvertes.frhttps://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00830519

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    Gologie et ptrologie de lArchen de Guine : une contribution rgionale la

    formation de la crote continentale

    Denis Thiblemont Gologue au BRGM

    Mmoire dHabilitation Diriger des Recherches soutenu publiquement le 25 mars 2005 devant le jury compos de :

    M. R. MAURY, Rapporteur Pierre BARBEY, Rapporteur Jean Pierre MILESI, Rapporteur Michel PICHAVANT, Examinateur Bernard LE GALL, Examinateur Jean Paul LIEGEOIS, Examinateur Sospeter MUHONGO, Examinateur

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    Table des matires

    Rsum - Abstract

    Avant propos Accrtion et diffrenciation crustale Composition de la crote continentale Gense de la crote continentale : rle possible du slab melting Slab melting paloarchen dans le craton ouest-africain

    Elments de mthodologie Discrimination gotectonique ? ! Bases de donnes Requtes Un espace gochimique discontinu Le cas des basaltes de rides mdio-ocaniques Limites de la discrimination A la recherche du manteau primordial Signification gotectonique des rhyolites et granites de type low-Al high-Yb Conclusion

    Magmatologie archenne du craton ouest-africain Cadre gologique Avant propos Lithostratigraphie du domaine archen et de sa bordure Constitution du socle cristallin Sdimentation tardi- post-archenne dans le bloc archen Structuration et remobilisation de la marge du bloc archen Synthse Nature et origine du magmatisme paloarchen A la recherche du protolithe

    Modlisation Contraintes exprimentales Elments incompatibles Synthse Le magmatisme lonien et la diffrenciation du manteau durant lArchen

    Le magmatisme lonien : nature et localisation La suite magmatique lonienne , caractres gnraux La suite magmatique lonienne , processus de diffrenciation Lhtrognit du manteau lonien Persistance de lhtrognit mantellique lonienne jusqu lEburnen

    Synthse

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    Lpisode librien : mtamorphisme haute temprature et granitisation Le mtamorphisme et le magmatisme librien : nature et localisation Une dformation librienne ? La suite granitique librienne : caractres gnraux La suite granitique librienne : subtiles diffrences Slab melting ? Sinon quoi ? ? ? Discussion ! Synthse Epilogue : la crote archenne dAfrique de louest, une crote continentale standard ?

    Rfrences

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    Rsum La formation de la crote continentale est lun des problmes majeurs poss aux goscientifiques. Parmi eux, le gologue peut apporter des lments de rponse fondamentaux, cest effectivement lui qui image la surface de la crote au travers de la carte et en retrace les principaux actes fondateurs au travers des reconstitutions lithostratigraphiques. Une fois ces cadres poss, la rflexion porte la fois sur les mcanismes qui ont produit la matire et ceux qui lont faonne, quil sagisse de phnomnes chimiques (magmatisme, hydrothermalisme) ou physiques (dformation, mtamorphisme). Lobjet de ce mmoire est de tenter de comprendre quels processus ont opr durant les grandes tapes de la formation de la crote archenne de la partie SW de lAfrique de lOuest, partir des informations collectes dans le cadre de projets de cartographie du BRGM dans lest et le centre de la Guine (sud-est Guine, 1998-1999 ; nord-est Guine, 1998-1999 ; centre Guine, 2001-2003). Lapproche est essentiellement magmatologique, avec comme objectifs de cerner lorigine des magmas et leurs mcanismes de diffrenciation. Dans ce but, une dmarche systmatique est largement utilise, qui sappuie sur une comparaison entre les signatures gochimiques des roches archennes et celles de roches modernes, ainsi que sur une mesure de ltat de fractionnement des sources des magmas archens relativement au manteau primordial et aux sources des magmas modernes. Dans le SW de lAfrique de lOuest, la formation et la diffrenciation du craton archen (le domaine de Knma-Man) a procd en quatre tapes majeures : 1/ paloarchenne (~ 3,5 Ga) ; 2/ lonienne (~ 3,1-2,95 Ga) ; 3/ librienne (~ 2,9-2,8 Ga) ; 4/ tardiburnenne (~ 2,1-2 Ga). Ltape paloarchenne est principalement marque par la mise en place de granitodes assez potassiques, aux signatures gochimiques communes de magmas produits par fusion haute pression de matriaux basiques (ou slab melts ). A la mme poque, des roches basiques sont effectivement subductes, clogitises, puis stockes dans le manteau sous-continental, et cest seulement au Msozoque (~ 100-200 Ma) que des kimberlites du Sierra Leone ramneront en surface ces tmoins de slabs archens, dont la plupart sont profondment contamins par les magmas kimberlitiques (Barth et al., 2002b). Les signatures gochimiques des granitodes permettent de les interprter comme des produits de la fusion partielle faible degr dun matriau basaltique primordial dont pourraient tmoigner un ou deux rares chantillons dclogite ayant chapp la contamination par les kimberlites. Ltape lonienne se traduit par la mise en place dun ensemble de roches magmatiques basaltiques (greenstone) acides (gneiss, granitodes), rarement ultramafiques, et de roches sdimentaires (quartzites, Fe-quartzites, paragneiss ). Le point essentiel est la signature clairement orognique de certaines roches basaltiques qui suggre le fonctionnement dune subduction froide (ou tout au moins tide ) comparable aux subductions actuelles. Par ailleurs, le magmatisme lonien porte la trace de la permanence dun manteau primordial laplomb du craton et dune diffrenciation possible des magmas vers des termes intermdiaires et acides dont certains semblent largement contamins par la crote paloarchenne. En Guine comme en Cte dIvoire (Kouamlan et al., 1997a-b), ltape librienne est essentiellement une priode de diffrenciation crustale, sans indice dune accrtion significative. Quelques rares roches basiques tmoignent de la

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    permanence dun manteau primordial laplomb du craton, mais plus de 99% des roches libriennes visibles en surface sont acides. Les granitodes, souvent assez potassiques et particulirement riches en lments incompatibles (Th, terres rares lgres ), sont les plus abondants et des migmatites leur sont souvent toitement associes. Parmi les granitodes, des charnockites constituent un type subordonn, mais qui tmoigne des conditions de haute temprature probablement lorigine de lvnement librien. Celui-ci est interpt comme un pisode de fusion gnralis de la crote, en conditions sous-satures en H2O, ayant permis la production des granites riches en lments incompatibles par fusion partielle taux limit de prcurseurs acides paloarchens loniens. Le moteur thermique de cet vnement pourrait tre linjection de magmas mafiques en base de crote, mais ce point reste tayer. Le dernier vnement orognique subi par le craton est une remobilisation partielle au Paloprotrozoque suprieur (vnement tardi-burnen), associe une tectonique dcrochante lie la collision entre la crote birimienne (~ 2,2-2,1 Ga) peine acheve et le bloc archen. En prlude cet vnement, un magmatisme juvnile se dveloppe la marge du craton qui associe des laves ultramafiques (komatiites) et mafiques (tholiites). L encore, les magmas semblent largement aliments par un rservoir mantellique primordial qui recycle partiellement un constituant slectivement appauvri en Th interprt comme lhritage de slabs prcdemment subducts. Finalement, telle quen tmoigne sa composition de surface, la crote suprieure archenne dAfrique de louest apparat un peu plus acide et trs lgrement moins mafique que la moyenne propose pour la crote continentale suprieure moyenne (Taylor et MacLennan, 1985). Nanmoins, ces diffrences ne peuvent en expliquer dautres, qui portent spcifiquement sur les lments incompatibles. En premier lieu, la crote archenne dAfrique de louest apparat quatre fois plus pauvre en Ta et Nb et significativement plus fractionne en terres rares lourdes et plus enrichie en terres rares lgres que la crote supreure moyenne. Elle est galement plus riche en Ba et Th. Globalement, les processus archens ont permis la production dune crote suprieure trs proche de la crote moyenne et globalement granodioritique, mais cette crote archenne prsente une signature gochimique spcifique, plus orognique que celle de la crote moyenne, et o leffet du slab melting transparat nettement.

    Abstract The formation of the continental crust is one of the main topics of geosciences and, in this debate, the geologist plays a major role allowing the knowledge of the composition of the Earth surface and timing of the events responsible for the building of the crust. Once achieved the space and time framework of a given piece of continental crust, the main problems concern both the processes by which the crustal matter is created and those by which this matter differentiates, which may include chemical (magmatism, hydorthermalism) and physi