N30"B'50"SE
1
Plan axial:1
NSSOE12S0NW 1 10 cm 290"> PV xz JO) E> <1100 PH XZ Sem D C: N4O"W/6O"NE )0 an < SEFigure II-4: Structures observées dans les domaines Est et Ouest. A) Structures sigmoïdales (veine de
quartz) qui suggèrent la présence d'une composante normale dans le gneiss folié du point MD09; B)
Veines de quartz plissées illustrant une composante normale (Gneiss Piedade); C) Plis sur la forme de Z
dans les gneiss rnilonitisés du point MD98; D) Composante normale et "rods" avec des axes parallèles à la
linéation d'étirement minéral dans les gneiss (MD98); E) Plis en Z illustrant la composante dextre (MD98);
F) Enclave mafique déformée dans les charnockites de la structure annulaire d' Aimorés; mouvement
général dextre; G) Composante dextre imprimée dans le gneiss du complexe Paraiba do Sul (MD 1 05).
de Baixo Guandu et à l'est de Itapina). Cette foliation correspond au plan axial de plis isoclinaux d'axes sub-parallèles à la linéation d'étirement minéral (NI 0° -15°F/10° -30°) et à "rods" décimétriques de quartz N 10° -300E/5° -20° (MD98). La foliation de ces roches est localement boudinée (axe moyen des boudins N300-400WI25°).
Les charnockites et granites de la structure annulaire de Aimorés (bordure sud-est) montrent une foliation d' attitude moyenne NlOoW/600NE. Les structures S-C (figure II-4D) et l' asymétrie des enclaves basiques (figure ll-4F) indiquent la prédominance de mouvements dextres-normaux. Par contre, les chamockites à l'ouest de Itapina montrent une foliation de faible pendage vers le N ou NW.
Nous observons (figure II-4C, D, E, F et G), sur la base de la géométrie des plis, de l'orientation de la linéation minérale et des structures S-C, la présence de mouvements dextres normaux et, localement, des mouvements inverses senestres probablement antérieures (MD 1 04), ce qui suggère une superposition cinématique. Ce domaine a été probablement affecté par la géométrie et la cinématique senestre de la zone de cisaillement Vit6ria (figure ll-I).
II -3.2.3 / Domaine Central
Le Domaine Central est limité par le contact entre le batholite Galiléia et le Complexe Pocrane à l'ouest et par le méridien qui passe approximativement par les villes de Resplendor et Independência à l'est (figure ll-3, Domaine Central des sections A-B et C-D).
Ce domaine est formé par les séquences métasédimentaires du groupe Rio Doce (formation Sao Tomé) et du groupe Crenaque (quartzites), par les granitoïdes des suites Galiléia et Urucum et par des pegmatites (figure II-5). Il est marqué par des linéaments de direction NS à N35°W de même direction que la foliation générale. Ces linéaments sont des zones de cisaillements qui présentent une importante composante décrochante. Ce sont probablement d'anciennes structures réactivées pendant le cycle Brasiliano. Le couloir de cisaillement Galiléia-Resplendor (figure ll-5) en est un exemple et semble contrôler
la mise en place des granitoïdes de la suite Urucum.
11-3.2.3.1 / Les schistes de la formation Sâo Tomé
Le schiste Sao Tomé présente une schistosité Sn (au sens de Hobbs et al., 1976; Davis, 1984) de direction NW avec un pendage d' angle moyen à élevé (maximum N36°WI72°SW) (figure II-6). Cette schistosité est parallèle au plan axial de plis isoclinaux observés à différentes échelles et elle est matérialisée par la disposition plane des biotites et muscovites et par l'intense recristallisation du quartz. Dans les zones de faille, elle montre un aspect milonitique et parfois anastomosée (Bell & Hammond, 1984). Nous avons identifié également une linéation d'étirement minéral (Lmin) représentée
par l'allongement des micas et par la disposition des "ribbons" de quartz recristallisé. Cette linéation a un pendage qui varie de subhorizontale à subverticale (figure ll-6A). Le comportement de la linéation associé à d'autres indicateurs cinématiques (structures S-C, géométrie de plis, etc) montre
N
t
Figure TI-5: Carte géologique de la région étudiée au sud-est du Brésil. Socle d'âge Archéen à Protérozoïque
supérieur: 1-Gneiss Piedade, 2-Complexe Pocrane; Couverture méta sédimentaire d'âge Protérozoïque
supérieur: 3-Schistes de la fonnation Sao Tomé (groupe Rio Doce), 4-QUartzites à séricite du groupe
Crenaque; Suite Galiléia: 5-Tonalite, 6-Granodiorite et granite; Suite Urucum: 7-Granite à mégafeldspath
potassique (faciès Urucum), 8-Granites à grain moyen à grossier (faciès Palmital); 9-Granite à tounnaline,
Sâo Tomé
lsd:4,6.8%
N: 129 foliatim Sn
L:3Slin.min.( �
Figure II-6: Structures dans le schiste Sao Tomé: A) Diagramme stèréogaphique (canevas de Schmidt, hémisphère inférieur) des foliations et des linéations d'étirement minéral des schistes Sac Tomé; B) Structures indiquant des mouvements dextres dans le schiste (MD06); C) Structures qui suggèrent la présence d'une composante normale (MD05).
l'importance d'une composante oblique à directionnelle dextre (figure II-6B et photo B, C et D de la planche 1) et, localement, d'une composante normale (figure II-6C et photo E de la planche 1) dans ces roches.
La stratification primaire (So) de ces roches peut être localement préservée. Elle est représentée par l'alternance des lits quartz-feldspatiques avec des niveaux micacés.
A proximité de certains plutons de la suite Urucum (exemple: pluton Palmerim, figure II-5), la trajectoire de la schistosité Sn est fortement perturbée et elle est moulée au contour des plutons. Au nord-ouest et au sud-est du pluton Palmerim (figure TI -5) nous avons identifié la formation de structures semblables aux points triples de Berthé et al. (1979), Brun (1981) 'et Pons (1982).
Un clivage de crénulation Sn+1 (sensu Hobbs ét al., 1976; Gray, 1 979) vient se surimposer à la schistosité Sn' Il a une direction NS à NW avec un pendage variable entre 20° à 55° orienté suivant le cas NE ou SW. Ce clivage est dû à l'intense microplissement de Sn' Les axes des microplis définissent une linéation de crénulation qui présente un faible pendage de direction variable entre N-NE et N-NW (photo F de la planche
1).
L'analyse de ces microplissements nous a permis d'interpréter cette structure comme un clivage d'extension imposé au cours d'une phase de déformation tardi-orogénique.11-3.2.3.2 / Les granitoïdes
D'une façon générale, les études géométriques et cinématiques des massifs granitiques ont pour objectif la reconnaissance de l'organisation structurale interne des corps et sa relation avec celle des roches encaissantes. Une fois que le magma granitique monte vers des niveaux de plus en plus superficiels de la croûte, le type de f�brique interne varie en réponse au changement de rhéologie.
On peut observer aussi bien des structures formées à l'état magmatique comme à l'état solide. La transition entre le comportement magmatique et le comportement solide commence autour du point critique, c'est à dire aux environs de 30% de liquide (Arzi, 1978; Van der Molen & Paterson, 1979).
La suite Galiléia
En raison du caractère restreinte de notre zone de travail par rapport à la surface totale du batholite Galiléia, l'étude structurale de cette suite se limite à la description de certaines structures mésoscopiques observées localement.
La structuration interne des granitoïdes de la suite Galiléia est marquée par la présence systématique
d'une foliation à l'état solide SnG (G=Galiléia) et, plus rarement, par des structures magmatiques
préservées.
Les structures magmatiques sont caractérisées mésoscopiq�ement par des alternances de lits riches en amphibole et biotite et de lits riches en plagioclases (point MD 14), et microscopiquement par un subtil alignement de plagioclases zonés et/ou d'amphiboles. En raison de la difficulté d'identification et de leur rareté, ces structures n'ont pas été mesurées systématiquement.
La foliation S nG est caractérisée par l'orientation préférentielle des minéraux, surtout des
biotites. Cette foliation est localement très prononcée (protomylonitique). Dans la plus grande partie des affleurements elle a une orientation NW avec un pendage moyen à élevé (50-80°) vers NE ou SW (diagramme de la figure ll":3). Au sein du corps situé aux environs de Independência (MD42 et MD43), cette foliation montre un faible pendage (10°-30°) le N et le NE. Les linéations minérales (surtout des biotites et d'agrégats de quartz) ont soit une direction proche de EW avec un pendage moyen à élev.é parallèle à la direction du pendage de la foliation (direction Il dip "), soit se placent de
manière obliqùe sur le plan de la foliation montrant un pendage modéré (figure ll-3). Ceci suggère l'importance de mouvements avec une composante directionnelle pendant ou après la mise en place de ces roches. Localement, cette linéation est très prononcée (MD45).
Les granitoïdes de la suite GaliléiarenfeIrilent de nombreuses enclaves mafiques qui ont généralement une forme arlatie (rapport XIY jusqu'à 5, où X = axe majeur et Y = axe intermédiaire). Les enclaves des granodiorites, dans le couloir de cisaillement Galiléia-Resplendor (point MD03), montrent un axe d'allongement moyen d'orientation N30° -600W /20° -35° et un plan d'aplatissement (XY) orienté selon Noo-300W/3SO-45°SW (photo A et B de la planche 2). La foliation SnG des granitoïdes présente
systématiquement un pendage relativement faible par rapport à celui du plan d'aplatissement des enclaves (figure II-7 A et photo C de la planche 2). La linéation d'étirement minéral (biotites) a une direction S25°E/22°. Elle est imprimée sur la surface des enclaves et semble associée à des intersections entre la surface S (schistosité) et C (surface de cisaillement) indiquant localement des mouvements normaux (figure ll-7B).
A I' ouest du couloir de cisaillement (point MD61 , carrière de Barra do Cuité) la géométrie des enclaves (figure ll-7C et D) est toutefois différente. Elle indique des mouvements inverses avec une composante dextre déversée vers N300W parallèle à l'axe majeur des enclaves.
Nl5"EJUjONW
... t des CDCIav .. :
12S!l N6O"WI3O'
PV XZ
Figure II -7: Structures dans les granitoïdes de la suite Galiléia. A) Différence entre le pendage de la foliation SnG et celle du plan des enclaves (MD03); B)"Steps" (intersection entre le plan S et le plan C)
imprimés sur la surface externe d'une enclave indiquant des mouvements normaux; C) Bloc diagramme
illustrant le mouvement inverse avec une composante dextre (MD61); D) Morphologie des enclaves montrant la composante inverse (MD6 1).
La suite Urucum
Nous avons utilisé les critères d'identification de Paterson et al.( 1989) pour déterminer la transition allant entre la foliation magmatique et la foliation à l'état solide, ainsi que l'étude texturale du quartz, meilleur marqueur de cette transition au sein de l'assemblage minéralogique des granites (Vauchez, 1 980; Guillet et al., 1 985; Guineberteau et al., 1987).
La structuration mésoscopique des granites de la suite Urucum est représentée essentiellement par l'interaction d'une foliation de flux magmatique (Smag)' acquise sous l'effet de la dynamique d'écoulement magmatique, et d'une foliation à l'état solide (SnU) (U=Urucum; diagramme de la figure II-3, coupe C-D).
La foliation Smag est bien préservée dans le faciès à mégafeldspath potassique (en particulier dans le pluton Palmerim). Cette foliation est matérialisée par l'orientation préférentielle des mégacristaux de feldspath potassique (critères basés sur Vernon, 1 986) (photo A et D de la planche 3). Géométriquement, la trajectoire de la Smag semble montrer des contours approximativement circulaires et parallèles aux contacts du pluton avec le schiste Sao Tomé (figure II-5).
La géométrie tridimensionnelle du pluton Palmerim est complexe. Elle est représentée par des foliations de bordure avec un pendage d'angle modéré à élevé, de forme centripète ou centrifuge. Les autres plutons de la suite Urucum (faciès Palmital) se situent à l'ouest du pluton Palmerim et montrent une
géométrie allongée orientée NW. Dans ces cas, la Smag s'oriente NW-SE avec un pendage élevé. Les critères texturaux montrent que la S évolue ver$ une foliation à l'état solide de direction NW, mag
parallèle à la foliation Sna (photo B de la planche 3) des granitoïdes de la suite Galiléia et à la schistosité Sn de l'encaissant, surtout à proximité des contacts.
Une linéation de flux magmatique (Lmag) a été définie par l'orientation préférentielle de l'axe cristallographique majeur (Z) des feldspaths potassiques. Elle a la même direction que la foliation, avec un pendage modéré. Au NE du pluton Palmerim cette linéation se dispose sur la position "dip" de la foliation.
Différentes étapes de déformation à l'état solide sont associées à la foliation S de la suite mag Urucum. Ils sont le résultat de l'augmentation progressive de l'intensité de déformation. On peut individualiser un stade précoce marqué par la disposition plane des biotites et muscovites (foliation Snu) et par l'extinction onduleuse du quartz. A ce stade, la recristallisation est très rare. Cette folia�on est parallèle à la schistosité Sn dans les schistes encaissants à laquelle elle semble être génétiquement associée. Progressivement, dans des conditions de déformation plus avancée, il y a eu une intense protomylonitisation marquée surtout par la recristallisation accentuée du quartz et parfois du microcline de la matrice avec polygonisation et pr l'individualisation de sous-grains et l'occurrence d'agrégats ellipsoïdaux de quartz. Ceci suggère une déformation plastique dans des conditions de température d'environ 450°C (Tullis, 1983). Ce stade est aussi caractérisé par la présence de structures S-C et d'une linéation d'étirement minéral (Lmin.U)' Dans ce cas, les granites (plutons allongés selon NW du faciès Palmital) se transforment localement en "orthogneiss" protomylonitiques (photo B de la planche 3) avec la foliation à l'état solide Il à la schistosité du schiste Sao Tomé (N200-30oW/60o-80oSW ou NE).
Dans la plus grande partie des affleurements nous pouvons observer des feldspaths potassiques automorphes (tardives) enveloppés dans une matrice déformée et recristallisée. Nous observons également des mégacristaux de feldspath potassique déformés formant le. coeur d'ombres de pression (photo D de la planche 3). Ces deux observations suggèrent une interaction complexe entre les stades de cristallisation, de mise en place et de déformation des plutons de la suite Urucum.
L'écoulement d'un magma le long d'un interface pluton-encaissant engendre des mouvements qui tendent à orienter les minéraux parallèlement au plan de cisaillement. L'analyse détaillée du sens d'imbrication des feldspaths potassiques ("tiling" de Den-Tex, 1966; "tuilage" de Blumenfeld, 1983 et Blumenfeld
& Bouchez, 1 988) (figura II-8A, B, C et D), les structures S-C, l'asymétrie des ombres de pression autour des feldspaths (figura ll-8) , les plis des filonnets de quartz ou des pegmatiques centimétriques et l'intersection entre S et C ("steps"), imprimée sur les surfaces de cisaillement, indiquent que les granitoïdes de la suite Urucum ont subi une histoire de déformation balisée par un régime de déformation non-coaxiale (rotationnelle) avec une importante composante dextre-normale. Lors de cette déformation ces granitoïdes (surtout la matrice des mégacristaux) était au moins partiellement viscoses. Localement, on peut identifier la présence de mouvements senestres tardifs avec la formation de foliation protomylonitique et des plis asymétriques sur la forme de "s" (figure II-8E et F).
Figure II-8: Structures dans les granitoïdes de la suite Urucum. A) Ombre de pression autour de mégafeldspath potassique (MD41); B) Bloc diagramme schematique illustrant la composante normale au sein du granite Urucum (MD50); C) Imbrication de feldspaths potassiques indiquant des mouvements dextres (MD50); D) Déformation d'un xénolithe du schiste Sao Tomé inclus dans le granite urucum (MD50); E) Composante senestre indiquée par des veines de quartz plissées au sein des niveaux micro granitiques (MD41); F) Ombre de pression autour d'un mégafeldspath potassique (MD41).
II -3.2.3.3 / Les pegmatites et leurs styles de déformation
Les pegmatites sont en général tabulaires, d'épaisseur centimétrique à décamétrique et zonées.
Elles sont parallèles à la schistosité Sn du schiste Sao Tomé. Cependant, un certain nombre de pegmatites ont été plissées, boudinées et faillées, ce qui suggère qu'elles ont été déformées pendant et/ou après leur mise en place. Sur la base des relations de terrain, nous avons identifié deux familles principales de pegmatites (figure II-9A, B et C) qui montrent l'importance du cisaillement dextre dans la région (figure IT-9A).
Les pegmatites plissées en style isoclinal sous forme de Z (photo A de la planche 4) sont les plus précoces et sont toujours encaissées dans les schistes (points MDOl , MD49 et MD50). La foliation de plan axial de ces plis a la même direction que la schistosité Sn N200W/800NE (figure II- 9C) avec un axe de plis qui varie d'un point à l'autre de NlOoW à N500W avec un pendage entre 30 et 50° SE ou NW.
Les corps des pegmatites boudinées exhibent un axe de boudinage de direction (communément NS à N500W avec un pendage de 20° N ou NW) sub-parallèle à la direction de la schistosité Sn des micaschistes (figure ll-9E et F; photo F de la planche 4). Localement, les pegmatites sont recoupées par des failles normales (figure ll-9D; photo E de la planche 4). En revanche, d'autres pegmatites coupent la foliation des granites et semblent s'associer à une phase tectonique extensive tardive (figure ll-
N
t
PH
-50 cm - l m
10)
Sn/lPlan Axial: N20W/80NE
- 1 m Axe du Plis: S80°F/50°
Plan de Cisaillement: N70oW/30oSW
Pes: N10'W/8O"SW 120° > < 300" PV Ol> lO m SrœilSmU' Peg-N6O'EI3O"NW - 2 m < Est
Figure II-9: Styles structuraux observés dans les pegmatites de la région de Conselheiro Pena - Galiléia. A) Deux familles de pegmatites cisaillées indiquant des mouvements dextres (MD 19); B) Deux familles de pegmatites; la première a été cisaillée ("drags") (MD21); C) Pegmatite métrique plissée de façon fermée (MD50); D) Deux familles de pegmatites montrant des mouvements normaux (MD45); E) Structure du type "pinch and swell" dans une pegmatite (MD05); F) Mégapegmatite boudinée (MD06); G) Pegmatites sectionnant la foliation du granite Urucum (mouvement normal, MD56)
L'analyse géométrique des plis et des structures telles que le boudinage et les failles normales suggère un cadre cinématique dextre avec des mouvements normaux tardifs, ce qui est compatible avec la déformation régionale observée dans les schistes et en grande partie des granitoïdes.
Dans la littérature géologique, nous avons plusieurs exemples de champs pegmatitiques dont la mise en place est as�ociée à des structures linéaires comparables à celles proposées pour les pegmatites de la région de Galiléia-Conselheiro Pena: English River et Quetico (Cerny, 1 990); province hercynienne des Appalaches (Kesler, 1976); partie ouest de la province du Pamir-Hindukush (Rossovskyi & Chmyrev, 1977).
II -3.3 / Les différentes phases de défor�ation
L'analyse des structures des granites de la suite Urucum, de leur principal encaissant (schiste de la formation Sao Tomé) et, dans une moindre mesure, des granitoïdes de la suite Galiléia et des gneiss du socle, nous a permis d'identifier deux phases de déformations principales dans la région. Voir tableau II-4 pour un résumé des principales structures et des interprétations cinématiques des trois domaines étudiés.
La première phase (DI) a été responsable du développement de la foliation à l'état solide dans les granites (SnG et SnU)' de la schistosité (Sn) dans les schistes Sao Tomé et de la linéation d'étirement minéral. Cette phase semble avoir aussi conditionné la foliation magmatique (Smag) et une linéation de flux magmatique, surtout au sein des granites de la suite Urucum (faciès à mégafeldspath potassique). Nous interprétons cette phase comme celle qui marque l'épisode tectonique principal de la région, à partir duquel ont été possible la mise en place et la déformation syn tectonique des différents faciès des granites Urucum et; probablement, du batholite de la suite Galiléia. Cette interprétation a été basée sur:
- le parallélisme entre la foliation des granites et celle des schistes encaissants et leurs cinématiques semblables;
- l'intrusion d'une grande partie des plutons de la suite Urucum (faciès Palmital) dans la direction d'élongation maximale de l'ellipsoïde de déformation (NW, parallèlement à la foliation régionale);
- la présence de points triples aux extrémités NW et SE du pluton Palmerim. La géométrie en points triples de la foliation de l'encaissant est un argument fort (Brun & Pons, 198 1 ; Lagarde et al.,
1990) pour suggérer que la mise en place des granites et la schistogénèse de la formation Sao Tomé sont contemporaines.
Localement, nous observons une inversion cinématique (point MD41 ; photo C de la planche 4). Elle se manifeste par un épisode de cisaillement senestre imprimé principalement dans le faciès à mégaJeldspath potassique, à l'est du pluton Palmerim. Cette phase peut représenter une inversion cinématique locale (dextre vers senestre) due à l'activation de la zone de cisaillement senestre de Vitoria, située à l'est, et qui a pu jouer un rôle important dans la compartimentation de la région.
La deuxième phase (D2) est responsable du clivage de crénulation d'extension, de la linéation de crénulation, des mésofailles fragiles et des phénomènes de boudinage. Cette phase peut être
Ouest, Est et Central.
Domaines
Ouest
Est
Central
Gneiss des complexes Juiz de Fora, Pocrane et Piedade Gneiss du complexe Paraiba do Sul Chamockites Aimorés Chamockites
Schiste Sâo Tomé
Suite Galiléia Suite Urucum Faciès Urucum Faciès Palmital Pegmatites Structures et
- Sng entre N200W et N200E avec pendage entre 10° et 400NE; le pendage de Sng semble augmenter vers est (jusqu'à 70°);
- L",;" de faible pendage (jusqu'à 40°) variant entre N600E et S600E;
- Plis isoclinaux déversés vers l'ouest;
- Prédomine de chevauchements avec importante composante de cisaillement oblique vers NW coupés par des failles normales tardives en
- Sng subverticale de direction moyenne N300W avec fort pendage vers NE;
- Lmm oblique-directionelle NlO-15°E/l00300;
- "rods": NIoo-300E/5-200;
- prédomine de mouvements directionels dextres nonnaux - Sn: NlOoW/600NE;
- mouvements dextres (phase Dl).
-Foliation de faible pendage (10°-30°) vers le N ou NW.
- Schistosité Sn de direction moyenne N36°W 172°SW;
.; Lmm oblique à "dip";
- Plis sur la forme de "Z";
- mouvements avec forte composante dextre (phase DI); - Clivage de crenulation NS à NW/20-55°NE ou SW; Leren
de faible O2);
- Foliation SnG: N200-300W avec pendage entre 50°_80° vers NE ou SW;
- Lmm oblique à "dip";
- Présence d'urte composant oblique- directionnelle; - Axe de allongement des enclaves: N300-600W/200-35°. Localement: mouvements inverses avec composante dextre.
- Foliation magmatique (Smag) communement sub parallèle à la foliation à l'état solide (SnU);
-Linéation magmatique: S25°W/5°
- Forte composante directionnele-dextre (phase DI) dans
le SE du Palmerim
- Plutons allongés selon NW;
- Foliation à l'état solide N200-300W Il à l'allongement des plutons et Il à la schistosité Sn des schistes (phase 0\);
-Linéation minéral oblique- à subhorizontale;
- Forte directionnele dextre Dt).
- Coupées ou parallèles à la schistosité des schistes Sao Tomé (phase D\);
- Parfois associés à des failles directionneles dextres; - Plis sur la forme de "Z"; mouvements dextres (phase DI);
interprétée soit comme le résultat de composantes normales au sein du mouvement général dextre, soit comme le résultat d'une extension pendant un épisode tard à post orogénique.
En résumé, la région est marquée principalement par des mouvements décrochants ductiles soit