Lithofaciès et minéralogie

Dans les vallées des Ríos Chili et Blanco, l'ignimbrite de La Joya consiste en une unité de refroidissement composée, qui comprend deux à trois unités d'écoulement facilement identifiables (Planche II). Chaque unité d'écoulement possède une semelle bien individualisée à sa base, surmontée par le dépôt massif du corps de l'ignimbrite (Planche II, photo 3 et Planche III, photo 4). Ce découpage des unités d'écoulement en deux couches est identique à celui décrit par Sparks et al. (1991) et Freundt et al. (2000) pour une unité d'écoulement typique. La semelle des unités d'écoulement (couche 1 et/ou 2a ; Freundt et al., 2000) montre une grande variété de faciès, qui reflète l'environnement local lors de la mise en place et le mode de transport. Il s’agit parfois d'une couche riche en fragments lithiques denses et appauvrie en particules fines, qui correspond au dépôt lié à la zone de ségrégation à la tête de l'écoulement pyroclastique, considérée comme une région très dynamique où l'air est ingéré. Ces couches riches en gros fragments lithiques denses sont souvent intercalées dans ou recouvertes par des couches riches en particules fines (cendres et fragments de cristaux), qui

ssociées à des déferlantes basales ("ground surge") très énergétiques et diluées qui devancent

l'écou niveaux enrichis en particules fines peuvent

possèdent parfois des stratifications fines et entrecroisées. Ces semelles riches en cendres sont a

lement ignimbritique dense. Ces

correspondre à la couche 2a d'une unité d'écoulement (Sparks et al., 1991 ; Freundt et al., 2000), décrite comme une couche de cendres présentant un granoclassement inverse, avec un passage brutal ou progressif à la couche 2b, c'est-à-dire au corps de l'ignimbrite lui-même. Ces semelles ont des épaisseurs de quelques dizaines de centimètres à plusieurs mètres, ne sont jamais soudées et sont très peu indurées (Planche II, photos 3 et 5 et Planche III, photo 4). A la base de l'unité d'écoulement inférieure, nous avons observé une zone de cisaillement de plusieurs dizaines de centimètres affectant non seulement l'ignimbrite, mais aussi son substratum.

Partie 2 : Identification des ignimbrites néogènes et quaternaires de la région d'Arequipa – Chapitre 1

P

m^{lanche II : ignimbrite de La Joya (ILJ). Photos 1 et 2 : unités d’écoulement simple et double de ILJ de 10} d’épaisseur environ dans le canyon du Río Chili et influencées par la paléotopographie. Photo 3 : base e l’unité d’écoulement inférieure à Aguada Blanca et sa semelle (blanche) enrichie en particules fines. Le orps de l’ignimbrite possède ici un faciès soudé avec joints columnaires. Photo 4 : ILJ composée de deux unités d’écoulement (~ 20 m d’épaisseur) dans la o Chili en amont d’Aguada Blanca (Altiplano). Photo 5 : deux unités d’écoulement de 3-4 m d’épaisseur totale environ, en aval du Río Chili d

c

vallée du Rí

au sud du bassin d’Arequipa. Semelle bien différenciée (~ 1 m d’épaisseur) à la base de la première unité d’écoulement enrichie en grosses ponces pluri-centimétriques et appauvrie en matrice fine. Le corps de l’unité d’écoulement non soudé est plus riche en cendres. Photo 6 : partie distale d’une unité d’écoulement de l’ILJ sur le Batholithe d’Arequipa. Le faciès non soudé est riche en grosses ponces pluricentimétriques. Malgré l’absence de soudure et de compaction, le dépôt apparaît tout de même induré. Localisation des prises de vue sur la Figure 9.

Partie 2 : Identification des ignimbrites néogènes et quaternaires de la région d'Arequipa – Chapitre 1

Planche III (page précédente) : ILJ (suite). Photo 1 : dépôt soudé à fiammes à Chilina (vallée du Río Chili). Photo 2 : dépôt partiellement soudé dans la vallée du Río Chili (Chilina). Noter la présence de joints columnaires et d’une fabrique de forme grossière marquée par l’alignement des ponces, indiquant une direction d’écoulement du nord vers le sud. Les grosses cavités rondes correspondent à d’anciennes ponces pluri-centimétriques altérées. Photos 4 : base de l’unité d’écoulement inférieure de l’ILJ dans le canyon du Río Chili. L’unité d’écoulement repose sur les quartzites précambriens qui ont été cisaillés au contact avec l’ignimbrite (sur plusieurs dizaines de centimètres d’épaisseur). La semelle épaisse riche en particules fines avec des ponces centimétriques et quelques lithiques comprend une zone d’accumulation de gros fragments lithiques denses. Photo 3 et 5 : dépôt soudé à fiammes dans les canyons du Río Chili et du Río Sumbay, respectivement, avec une matrice de couleur gris-violacé typique du faciès soudé. Photo 6 : sur l’Altiplano, l’ILJ soudée exhibe parfois des structures en fiammes. Ici à proximité de la vallée du Río Sumbay, le faciès soudé de l’ILJ affleure à la faveur des vallées affluentes du Río Sumbay. Le sommet de l’ILJ est riche en grosses ponces pluridécimétriques. Localisation des prises de vue sur la Figure 9.

Dans les canyons des Ríos Chili et Sumbay, le corps de l'unité d'écoulement (couche 2), représentant la majorité de l'épaisseur du dépôt (10 à 30 m), consiste en un dépôt massif prismé, sans stratification ni granoclassement, montrant un degré de soudure relativement important, parfois même avec des fiammes (Planche III, photos 1, 2, 3, 5 et 6). La forte soudure des unités d'écoulement de l'ignimbrite de La Joya pourrait être liée à sa canalisation dans une paléovallée (oblique à celle du Río Chili) qui, ayant confiné l’écoulement, a permis de maintenir des températures élevées plus longtemps, associées à la forte charge lithostatique du dépôt épais.

En aval du Río Chili ainsi que dans la vallée du Río Yura, il ne subsiste plus de l'ignimbrite de La Joya qu'un dépôt de quelques mètres d'épaisseur non soudé et faiblement induré, intercalé entre des sédiments fluviatiles (Planche II, photo 5). Le dépôt est riche en ponces blanches de même nature que celles des unités d'écoulement du canyon du Río Chili, contenues dans une matrice de couleur gris clair, riche en cristaux de sanidine et quartz et pauvre en fragments lithiques.

Partie 2 : Identification des ignimbrites néogènes et quaternaires de la région d'Arequipa – Chapitre 1

Planche IV : ILJ (suite). Photos prises au microscope en lumière naturelle au grossissement ×10. Photo 1 : matrice du faciès très soudé de l’ILJ dans la vallée du Río Chili. On observe une cristallisation axiolitique aux parois des anciennes bulles de la matrice. Photo 2 : idem photo 1. Les anciennes échardes de verre sont déformées, écrasées, formant ainsi une fabrique qui se calque sur la direction de compaction du dépôt. Photos 3 et 4 : faciès dévitrifié et soudé de l’ILJ avec quelques cristaux de feldspath, biotite, oxydes et amphibole. La recristallisation axiolitique des échardes de verre est bien visible. Photos 5 et 6 : faciès non soudé de l’ILJ. Les échardes de verres ne sont ni déformées ni recristallisées. Sur la photo 6, on observe tout de même un début de compaction et de déformation des échardes de verre.

Partie 2 : Identification des ignimbrites néogènes et quaternaires de la région d'Arequipa – Chapitre 1

Macroscopiquement, l'ignimbrite de La Joya se caractérise par une couleur grise plus ou moins soutenue selon le degré de soudure (Planche II et Planche III), qui devient violacée pour les dépôts les plus soudés, à fiammes (Planche III, photos 3, 4 et 5). La matrice très indurée et dévitrifiée des unités soudées est riche en gros cristaux de sanidine et quartz (> mm) et contient aussi un peu de biotite et d'amphibole (Planche IV, photos 3 à 8, et Tableau 3). Les fragments lithiques ne représentent que 3 à 15% (Tableau 2). Les semelles des unités du canyon du Río Chili montrent les mêmes composants emballés dans une matrice cendreuse. Les ponces de couleur blanche sont elles aussi riches en cristaux de sanidine, quartz et feldspath plagioclase de grande taille (> mm). L'abondance de cristaux de sanidine automorphes de 0.5 mm à 5 mm permet de caractériser rapidement l’ILJ sur le terrain.

Le dépôt non soudé, en position distale (batholite d’Arequipa, piémont côtier), est enrichi en ponces pluri-centimétriques par rapport aux unités du bassin d'Arequipa et des vallées des Ríos Sumbay, Blanco et Chili. Les ponces et la matrice sont, de façon caractéristique, riches en cristaux de sanidine et de quartz (Tableau 2). La matrice non soudée est riche en échardes de verre non dévitrifiées, très bien préservées (Planche IV, photos 7 et 8). A l’opposé, le verre de la matrice des unités d’écoulement soudées est totalement dévitrifié et recristallisé. Selon l’intensité de la soudure, la structure des échardes de verre est plus ou moins préservée, et l’on peut parfois observer la forme originelle de l’écharde, marquée par une recristallisation axiolitique (Planche IV, photos 5 et 6). Dans les faciès les plus soudés, les échardes de verre

ron), st aussi celle qui possède la plus grande variété de faciès. Les variations de degré de soudure sont déformées, écrasées (Planche IV, photos 4) et perdent parfois leur structure pour laisser la place à des sphérulites (Planche IV, photo 3).

4.3. Conclusion

L'ignimbrite de La Joya, la plus vaste des ignimbrites étudiées (800 km² et 20 km³ envi e

et du nombre d'unités d'écoulement sont attribuées à l'influence du substratum et de la paléotopographie locale lors de la mise en place. Le confinement d'une partie de l'ignimbrite dans des vallées a entraîné la formation de dépôts épais, complexes et soudés. La forte soudure est aussi liée à la faible quantité de fragments lithiques contenus dans l'ILJ. Dans la partie plus distale ou bien sur les hauteurs, l'ignimbrite réduite à quelques mètres d'épaisseur n'est pas soudée et comporte des zones d'accumulation des ponces.

Malgré cette relative complexité, certaines caractéristiques communes à cette unité de refroidissement, comme l’abondance des cristaux de sanidine de grande taille, la nature des

Partie 2 : Identification des ignimbrites néogènes et quaternaires de la région d'Arequipa – Chapitre 1

ponces, la pauvreté en fragments lithiques, permettent de reconnaitre l'ignimbrite de La Joya sur le terrain.