7.1 – DONNÉES ISOTOPIQUES DES MINÉRAUX
Une étude succincte des isotopes stables de certains minéraux post-métamorphiques, notamment des micas blancs et des chlorites a été entreprise dans le but d'une détermination de l'origine des fluides minéralisateurs. Le nombre limité d'analyses et le champ d'investigation limité à ces deux minéraux ne nous permettent pas d'obtenir des valeurs quantitatives mais plutôt des indications qualitatives sur le type de circulation des fluides. Normalement aussi les inclusions fluides donnent des bonnes indications isotopiques, malheureusement une observation préliminaire en lame mince des roches étudiées a montré que ces inclusions sont de très petite taille et souvent il s'agit d'inclusions secondaires de mauvaise qualité. De plus l'analyse du rapport isotopique du δ18O de H2O extrait des inclusions fluides est très compliqué à cause de la difficulté de la méthode et du grand nombre de variables dans le système. Donc pour ces motivations l'étude isotopique des inclusions fluides à été abandonnée.
Les résultats obtenus sur des chlorites et des micas blancs, échantillonnés dans différents milieux géologiques (fig.1.7), nous donnent de toutes façons des indications utiles soit pour mieux comprendre les processus de circulation des fluides soit comme suggestion pour des travaux ultérieurs.
étamorphiques et magmatiques tandis que les deux lignes pointillées indiquent les champ des aux hydrothermales
Figure 1.7: diagramme de la concentration isotopique du δ18O et du δD dans les micas et les chlorites. La ligne noire indique la concentration isotopique moyenne des eaux météoriques actuelles dans le monde. Les rectangles indiquent les champs des eaux m
e
Chapitre 7 Isotopes stables et circulation d'eau
D'abord on peut noter une certaine dispersion des données qui est un indice, une fois de plus, de la complexité de l'histoire évolutive de la région, caractérisée par plusieurs et différentes étapes aux caractères chimico-physiques variables. Les signatures isotopiques des roches montrent une cristallisation et un rééquilibrage du mica blanc et de la chlorite sous l'action de fluides typiquement métamorphiques et hydrothermaux. Dans le mica blanc on peut noter deux regroupements caractérisés par des valeurs de δ18O (6< δ18OSMOW <9) semblables mais des importantes variations en δD (-130< δDSMOW <-60). Ces valeurs peuvent être liées à la présence dans les roches étudiées de micas très anciens, antérieurs au pic métamorphique avec une signature typiquement métamorphique et d'autres micas blancs, néoformées pendant les stades de rétromorphose, qui seraient environ contemporains de la mise en place des pegmatites discordantes. En effet la
ation de l'influence des fluides météoriques pendant la cristallisation des
us élevées et comparables à celles des eaux étéor
le signature des micas blancs de ces pegmatites est clairement la même que pour les micas blancs des roches.
Les chlorites des veines (croix bleues, fig.1.7) montrent par contre des valeurs isotopiques plutôt variables. Cependant on peut observer une certaine relation entre les valeurs isotopiques et les conditions de cristallisation. Notamment les chlorites de plus haute température, appartenant aux veines de la génération I, ont des valeurs de δ18O plus lourd proches de celles des roches et des pegmatites. Bien que le nombre des analyses soit plutôt bas et insuffisant pour une détermination statistique on peut apercevoir un alignement des données (flèches bleues, fig.1.7) qui marque l'évolution des chlorites des veines de plus haute température (génération I) vers celles de plus basse température (génération II), caractérisées pour des valeurs isotopiques plus légères. Notamment on peut noter que δ18O évolue de +5 (δ18OSMOW) à –5 (δ18OSMOW) tandis que les valeurs de δD sont constantes pour certains échantillons et variables de -60 δDSMOW à -130 δDSMOW. Ce fait peut indiquer une augment
phases hydrothermales suite à la remontée de la zone qui s'approche au fur et à mesure vers des conditions de surface.
Une valeur isolée mais qui dénote des transformations minéralogiques importantes est celui donné par les micas blancs d'une pegmatite affleurante dans une zone de kakirites. Comme l'on peut observer sur le diagramme cette valeur diffère notamment des autres pegmatites non déformées.
Notamment les valeurs de δD de ce mica blanc sont pl
m iques actuelles de la région alpine tandis que le δ18O est nettement plus léger des valeurs moyennes par rapport aux autres minéraux des roches.
Les gouges de failles donnent des valeurs isotopiques qui sont environ intermédiaires. Si l'on considère que le développement du système des failles à gouge n'est pas forcement lié à une puissante circulation de fluides, au contraire il semble arrêter le développement des phénomènes hydrothermaux, on peut supposer que les chlorites de la gouge de faille réfléchissent plutôt la composition isotopique de la roche altérée et broyée que celle des fluides météoriques circulant éventuellement. De cette manière on peut justifier le fait que certaines veines de plus faible température, bien que moyennement plus anciennes que les failles à gouges, aient une signature isotopique plus superficielle par rapport aux gouges. En effet les veines hydrothermales constituent une zone préférentielle de circulation de fluides et les minéraux qui s'y forment sont très influencés par la signature isotopique des eaux circulantes tandis que la gouge des failles, qui provient du broyage de roches et des minéraux métamorphiques, a une signature isotopique plus profonde par rapport à celle des eaux des fissures. De plus les niveaux argileux qui forment la gouge agissent plutôt comme des niveaux imperméables à la circulation des eaux qui ont donc de la peine à rééquilibrer la signature isotopique métamorphique des minéraux bien qu'ils soient néoformés. C'est donc possible qu'aussi les minéraux néoformés ou recristallisés dans la gouge gardent au moins en partie les valeurs isotopiques de la roche encaissante, bien qu'altérée et éventuellement traversée par des plus anciennes veines hydrothermales. Donc le rapport isotopique qui caractérise la gouge est résultat d'un mélange entre des valeurs typiquement métamorphiques issues des minéraux des roches et des valeurs typiquement météoriques liés à la circulation profonde des eaux de surface.
Chapitre 7 Isotopes stables et circulation d'eau
Dans son ensemble ces valeurs isotopiques reflètent l'histoire évolutive complexe de la région étudiée qui se caractérise par une puissante mobilisation des fluides et des éléments himiques provenant de la roche même et/ou de l'extérieur selon l'évolution tectono-métamorphique resque continue depuis 30 Ma et probablement active jusqu'à l'actuel.
.2 – CONSIDÉRATIONS SUR LA CIRCULATION DES EAUX THERMALES DANS LA RÉGION ÉTUDI
montent en suivant la fracturation produite par le système de failles minéralisées (fig.68
c p 7
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La présence de toute une série de structures cassantes minéralisées dans la région indique que la zone du Val Vigezzo Centovalli devait être dans le passé le siège d'une importante circulation de fluides hydrothermaux profonds. Actuellement la présence de sources thermales à l'intérieur de la zone étudiée peut être de toute façon exclue. Les sources naturelles d'eau sont toujours froides et la circulation des ces eaux dans le socle doit être liée à un système de fracturation plutôt superficiel. La circulation dans les systèmes de failles minéralisées est absente tandis que la plupart des failles à gouges sont le siège d’une circulation d’eau faible ou montrent un remplissage argileux humide. Ce fait témoigne que le système de discontinuités cassantes qui s’est développé dans les roches du socle, formait un réseau de circulation profonde maintenant épuisé bien que la circulation reste active au niveau de la fracturation de surface. Cependant, des eaux thermales sont connues dans la région. Certaines de ces eaux ont été étudiés en détail par Pastorelli (1999) notamment dans le tunnel hydroélectrique de la Maggia et dans le système thermal de Bagni di Craveggia, vallée Onsernone (Ticino), respectivement à l’W et au N de la zone étudiée. En particulier la source de Bagni di Craveggia, très proche de la zone de thèse, est caractérisée par une situation géologique comparable à celle de la vallée Vigezzo et Centovalli. En effet près de Craveggia, dans le gneiss Pioda di Crana affleurent des zones de faille cataclastiques décrochantes, associées à des veines et des phénomènes d’altération hydrothermale; de plus autour des débits thermaux se développent de larges zones de kakirites. Le modèle conceptuel développé par Pastorelli (1999) dans le secteur de Craveggia suppose que des eaux reliées à la zone de perméabilité de la ligne du Simplon-Centovalli peuvent s'infiltrer à grande profondeur suite aux mouvements récents et actuels le long de la transition ductile-cassante. Ces eaux atteignent la profondeur de quelques kilomètres où elles sont rééquilibrées à une température de 80-85° pour ensuite remonter à travers le système de failles et fractures dans la vallée Onsernone (fig.2.7). Les analyses isotopiques de l’oxygène et de l’hydrogène, effectuées sur les minéraux hydrothermaux et sur les minéraux argileux de néoformation tels que les chlorites et les illites des failles à gouge, peuvent étayer ce modèle. Les valeurs isotopiques indiquent que l’eau piégée dans les structures cristallines de ces minéraux a une origine au moins en partie météorique (fig.7.1). Ceci indique l’existence, dans la zone Centovalli-Val Vigezzo, d’un ancien circuit thermal constitué par des eaux de surface qui circulaient en profondeur dans le socle se mélangeant avec des eaux métamorphiques et qui actuellement ne constituent plus qu’un système fossile. Ce circuit peut être toujours actif en profondeur et avoir son expression de surface dans l’adjacent Val Onsernone. Dans ce contexte le système de plan de failles à gouge et le système de fracturation associé peuvent constituer la voie préférentielle d'infiltration des eaux en profondeur tandis que dans la zone de Bagni de Craveggia les eaux re
.3.3) qui dans ce secteur peut être plus récent par rapport à celui développé dans le Centovalli.
Le fait que la région étudiée était la siège d'une ancienne circulation profonde de fluides hydrothermaux et le fait que probablement ce circuit est toujours actif en profondeur peut être mis en corrélation avec la sismicité historique faible de la région par rapport à l'abondance de structures de déformation tectonique. En effet la circulation de fluides peut inhiber, voire bloquer le développement de failles et roches sismiques. La diminution de la friction interne produit par la
Chapitre 7 Isotopes stables et circulation d'eau
présence de fluides circulants permet une déformation progressive, lente et asismique avec transfert de matière entre la roche et les fluides. Cependant des pseudotachylites, caractéristiques de conditions anhydres, de HT de friction et normalement typiques de zones sismiques, sont présentes dans la région bien que leur développement soit plutôt circonscrit et modeste. En effet les pseudotachylites observés en affleurement dans la région (§ 5.7.5"pseudotachylites") se développent loin des zones intéressées par la circulation des fluides et sont normalement coupées et désarticulées par les structures cassantes hydrothermales. On peut donc affirmer que dans la région étudiée l'activité sismique est fortement inhibée par la circulation des fluides profonds et la plupart des mouvements tectoniques qui ont caractérisé la région et qui probablement la caractérisent à présent sont de type asismique. Cependant localement dans l'espace et dans le temps des séismes et des structures associées peuvent s'être développés comme en témoignent la présence de pseudotachylites dans les roches du socle et la présence de structures assimilables à des séismites
bservées dans les dépôts quaternaires.
alli permettrait l'infiltration des eaux météoriques à des profondeurs élevées qui ensuite, une fois chauffées, remonteraient à la surface dans l'adjacent val Onsernone utilisant le réseau de fracturation lié aux failles minéralisées.
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Figure 2.7: Coupe géologique schématique de la zone Centovalli-val Onsernone montrant les mécanismes d'une possible infiltration et circulation d'eaux météoriques dans le socle. Notamment le système de faille à gouge dans le val Vigezzo-Centov
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Chapitre 8 Dépôts et structures quaternaires