Schistes à disthène et grenat et leucogranites à Tourmaline- Tourmaline-Grenat-(Béryl)

Des travaux antérieurs ont pu mettre en évidence la migration des joints de grains en présence de fortesquantitésdefluidesdanslesrochesmétamorphiquesdebasgradient(Mullis,1987,Wilkinset Barkas,1978).Cependantcesétudesdécriventladistributiondesinclusionsfluidesenrelationavec des microstructures de recristallisation statique. L’originalité de cette étude est de comparer la distributiondesinclusionsfluidesparrapportauxmicrostructuresdanslesdanslesgrainsdequartz avec celle des minéraux plus compétents comme le grenat, la tourmaline, le béryl, l’apatite et le disthène.Cesrelationssontdécritespourdesschistesàdisthèneàproximitédesmigmatitesrecoupé parunemultitudedefilonsdeleucrogranitesàgrenattourmaline(béryl)(échantillons0714/26/58c, FigureIV1).

Lesschistesàdisthènecorrespondentàl’isogradeVIdéfiniesparJansenandSchuiling(1976)(Figure IV 1). Ces roches sont situées dans l’unité médiane, au dessus des migmatites constituant l’unité inférieure.Cesrochescontiennentlocalementdesleucosomesàtourmalinetémoignantd’unefusion

partielle (échantillon 0758c, Figure IV 1). Les leucogranites à tourmalinegrenat(beryl) sont discordantsetparendroitspartiellementtransposés(FigureIV10a/b)

Garnet



FigureIV10:Photosdeterrain.a)LeucograniteàTourmalineetGrenatdiscordantparrapportàlafoliationdu

schiste à disthène. b) détail de ces leucogranites avec grenats de taille millimétriques pouvant atteindre le centimètre. x lesschistesàdisthèneetgrenat Pétrographieetmicrostructures Lesminérauxprincipauxdesschistesàdisthènegrenat(Erreur!Sourcedurenvoiintrouvable.)sont lequartz(30%),lefeldspathpotassique(20%),labiotite(30%)etlamuscovite(20%).Lafoliationest soulignéepardesalternancesdeniveauxrichesenquartzfeldspathetdeslitsàbiotite.Cesschistes contiennent également des pseudomorphes de porphyroclastes de disthène et de grenat dont la forme est soulignée par la courbure des lits de quartzfeldspath (cadre d, Figure IV 11b). Dans le détail,lesporphyroclastesdegrenatsontcomposésdegrainsanguleuxassociésàdesminérauxde quartz et de muscovite sans orientation préférentielle (Figure IV 11a/b//k/l)) suggérant une transformation du grenat. Ces pseudomorphes de porphyroclastes comprennent également des oxydes de fer et des minéraux de goethite qui enveloppent les autres minéraux et traduisent une altérationdelaroche(FigureIV11c/d/e/f/g/h).Cettetexturetraduitlatransformationpartielledu grenat postérieurement à la déformation. Les porphyroclates de disthène sont également partiellement transformés en muscovite (Figure IV 11a/b/k/l). Les minéraux accessoires comme l’apatite sont xénomorphes (Figure IV 11n). Par contre la tourmaline est en cristaux automorphes zonés (Figure IV 11p). La texture polygonale des lits à quartzfeldspath reflète la prédominance d’unerecristallisationstatique.



Figure IV 11: Photos au microscope optique sous LN et LPA montrant la pétrographie et les textures des

schistesàdisthène.a)(LN)etb)(LPA)Lafoliation(traitsblancs)estexpriméepardesniveauxrichesenquartz et des agrégats à grains fins de quartz, feldspaths et micas contrastant avec des niveaux très riche en muscovite.Lestexturesdedéformationdesquartzrappellentceuxdelaprotomylonite(partieIII.2.3).c)(LN)st

d)(LPA)zoomsurlecadrerougemarquéena)etb)agrégatsdegrenat,quartz,feldspath,micasetd’oxydesde

fer.Lesgrenatssontxénomorphesetentourésd’oxydesdefer.Lesmuscovitessontautomorphes



Figure IV 11continuée: Photos au microscope optique sous LN et LPA montrant les détails de la photo (cf

cadresrougesenc)).e+g)(LPA)etf+h)(LR)Détailsurlarelationentregrenat,quartz,muscoviteetoxydesde fer. Les grains de quartz sont automorphes et dépourvus d’IF . Les oxydes de fer forment la matrice de ces agrégats.Lesgrenatssontxénomorphesetanguleux.i+j)détaild’undesclastesdegrenatxénomorphes,riche en petites (<10μm) inclusions primaires à CO2H2O de forme cristal négative. La phase aqueuse est à peine visible(5%H2O).

 



Figure IV 11 continuée: k) (LN) et l) (LPA) détail sur les niveaux riches en porphyroblastes de muscovite

automorphesetclastesdedisthènexénomorphes.Lesmuscovitesnesontpasorientéespréférentiellementet entourentlescristauxdedisthène.Ledisthèneestfracturéenpetitsgrains.m)détaild’uncristaldedisthène en LEP montrant une inclusion fluide primaire à CO2H2O, avec la phase aqueuse très faible (5 à 10%). n+o) détaild’uncristald’apatitexénomorpheenLEP,trèsricheenIFàCO2H2O.CesIFsontorganisésenamasou enplancommeindiquéeparlaflècherouge.p)détailsuruncristaldetourmalineautomorphemarquépardes zonations.LecœurestrichesenIFàH2OCO2(avectrèspeudeH2O(<5%)).   

Distributiondesinclusionsfluides

Lesgrainsdequartzsontrecristallisésetnecontiennentpratiquementpasd’inclusionsfluides,sauf enbordureetdanslesjointsdegrainsetaucœurdesgrainsnonrecristallisés.Encontraste,legrenat (Figure IV 11e/i/j), le disthène (Figure IV 11m et l’apatite (Figure IV 11n/o) contiennent des inclusions fluides à CO2H2O avec des faibles teneurs en H2O à température ambiante (5% pour le grenat, 5 à 10% pour le disthène et 15 à 20% pour l’apatite. Ces IF sont primaire comme particulièrementillustréparlatexturedesinclusionsfluidesencristalnégatifdanslegrenat(Figure IV11i/j).LatourmalinecontientcemêmetypedefluideavecpratiquementqueduCO2aucœurdes minérauxzonés(FigureIV11p).

Relationentredistributiondesinclusionsfluidesetmicrostructures

Les minéraux de grenat, de disthène, de tourmaline et d’apatite ont en commun la présence d’inclusions fluides primaires à CO2H2O. La position de ces inclusions fluides indique qu’elles sont associées à la cristallisation de ces minéraux au cours du métamorphisme en présence d’un fluide aquocarbonique.LachimiedecesfluidesseradécritedanslapartieVI.

x LeucogranitesàTourmalinegrenat(béryl)

Pétrographieetmicrostructures

Les leucogranites à grenat et tourmaline sont composés de quartz (40%) – plagioclase (20%) – k feldspath(20%)–biotite(2%)–muscovite(5%)–grenat(2%)–tourmaline(5%)etaccessoirement du béryl. Leur texture est grenue à pegmatitique (Figure IV 10a/b) (échantillons NX0714, NX07 26,FigureIV1).

*)Lestexturesduquartz:

Lestexturesduquartzmontrentdeszonesdequartzprimairesàgrosgrainsparrapportàdeszones recristalliséesdynamiquementavecformationdeSG(FigureIV12l).Lequartzprimairemontredes bandes d’extinction peu espacés (20 à 100μm) subparallèles non présentes dans les SG (Figure IV 12l/n).Latextureglobalerappelleunéchiquier,indiquantladéformationàhautetempérature.

*)Lestexturesdelatourmaline

Il y a deux générations de tourmaline présentes dans ces échantillons. Une génération de grosse taille (pouvant atteindre quelques centimètres, xénomorphe primaire montrant des zonations du bleu clair au bleu foncé vers du brunbeige (Figure IV 12a/b/c). La deuxième génération, de plus petite taille (quelques centaines de microns) est automorphe montrant des zonations qui varient danslemêmebeigedeladernièrezonationdestourmalinesxénomorphesetressembleplutôtàla tourmaline en cristaux automorphes observée dans les schistes à disthène (cf Figure IV 11p). Les

cristauxdetourmalinexénomorphessontrecoupésparunréseaudefracturesrempliesdegrainsde quartznondéformé.Cesfracturessontlocaliséesdanslatourmalineetn’affectentpaslesminéraux environnants (quartz et feldspaths) (Figure IV 12a/b/c). Localement, le cœur de cristaux de tourmaline(FigureIV12b/c),contientdescristauxdequartzaccommodantledéplacementassociéà la fracturation de la tourmaline par une extinction ondulante témoignant du contraste rhéologique entrelesdeuxminéraux.LesAIFdetype3sontégalementalignéssurcemêmeplan.

*)Lestexturesdesbéryls

Lesbérylssontxénomorphesetsontaffectésd’unréseaudemicrofracturessubparallèleàceluides tourmalines (cf. cidessus). Les microfractures sont beaucoup plus fines et correspondent à des PIF de type 3 (Figure IV 12i/j). Ces PIF sont localisés dans les cristaux de béryl et n’affectent pas les grainsdequartz,defeldspathoudegoethite(FigureIV12i). *Lestexturesdesgrenats Lescristauxdegrenatmontrentdestexturessubautomorphesàxénomorphes(FigureIV12e/h)et sontmarquéssouventpardeszonationsavecaucœurunephasesaumonetenbordureunephase incolore(FigureIV12h).Lesgrenatsfracturéscontiennentdesoxydesdefer. Distributiondesinclusionsfluides *)danslesquartz Lesgrainsdequartzprimaires(FigureIV12l)contiennentdesAIFdetype2subparallèlesauxbandes dedéformation(FigureIV12m).LesPIFdetype3,4et5sont,aucontraire,sécantsauxbandesde déformationduquartz(FigureIV12m/n).LesPIFdetype3,4et5nesontpasparallèles(FigureIV 12m/o).LesIFappartenantauxAIFdetype2sontmajoritairementdécrépités(FigureIV12o).LesIF detype4aquocarboniquessontdepetitetaille(<7μm)etcomposéesde90%deCO2et10%H2Oà températureambiante(FigureIV12o).LesIFdetype5aqueusessontcomposéesde80%dephase aqueuseetde20%dephasegazeuseàtempératureambiante(FigureIV12n).SurlaFigureIV12e les de quartz entourant le grenat ont balayés leur contenu en fluides expulsés vers les joints de grains.LaFigureIV13montreunezoneplusricheenSGdequartzmarquantlarecristallisation.Ony retrouvelesétapessuccessivesdeMJGbalayantdesquantitésimportantesdefluidesverslesJG.Ces zonessontrecoupéspostrecristallisationpardesPIFcontenantdesIFaqueuxtype5.



Figure IV 12: leucogranite à tourmalinegrenat(beryl) au microscope optique sous LN et LPA. a) vue

d’ensembleenLNsurundescristauxpluricentimétriquesdeTourmalineszonée.Latextureestxénomorpheet lescristauxsontrecoupésparunréseaudefracturesrempliesdequartz.Lecadrerougemarquelesfiguresbet c.b)(LN)etc)(LPA)TourmalinexénomorpheavecinclusiondequartzetdeKfeldspath.(1)fracturesparallèles rempliesdequartzrecoupantlecristaldetourmaline.(3)extinctionondulanteduquartzetIFdetype2dans l’alignementdelafracture.d)DistributiondesIFparrapportauxcristauxdetourmalineetlequartz.LesPIFde type 3 parallèles aux fractures affectant la tourmaline. La notation (+O2), marque la particularité que ces inclusionscontiennentdel’oxygènedanslaphasegazeuse.PIFdetype5danslesgrainsdequartz.e)(1)grenat enLEPsubautomorpheprésentantunezonationavecaucœurdesIFaqueusesprimaires.(2)zoneàquartznon recristallisé très riche en IF aquocarboniques. (3) zone àquartz recristallisé, très pauvre en incluions fluides. LesflèchesrougespointilléesindiquentleszonesrecristalliséespauvresenIFrelativementauxjointsdegrains.



Figure IV 12 continuée: f) cristal de grenat en LEP zoné depuis une couleur saumon vers le cœur vers une

zoneincoloreenbordure.Lescadresindiquentl’emplacementdesfiguresgethrespectivement.g)alignement d’inclusions marquant une zone de croissance dans la bordure extérieure incolore. Les inclusions sont décrépitéesavecdescontenusengazvariables,maisàtendanceàêtreplusrichesengaz(CO2).h)alignement d’IF parallèle à la transition entre la zone saumon du cœur et la zone incolore de la bordure. Ces IF sont constituésd’unephaseaqueuseetdeplusieurssolideshydratésindéterminés.i)cristaldebérylrecoupéparun réseausubparallèledePIFdetype3.j)réseaudePIFrecoupantlebéryl.(1)PIFcontenantdesIF<10μmnon décrépités(2)PIFcontenantdesIF>15μmdécrépitées.k)inclusiondetype3avecunetexturecristalnégative affectéparun«neckingdown»(SternerandBodnar,1989).LaqueuecontientdesIFaqueuses.



FigureIV12continuée:l)microstructuresdesgrainsdequartz.Texturedehautetempératureenéchiquieret

sousgrainsenborduredegrosgrains(aucentredelaphoto).Latexturedesgrosgrainsestcaractériséepar des bandes de déformation subparallèles. m) Détail du cadre rouge sur la photo l). Les AIF type 2 (ligne pointillée blanche) sont subparallèles aux bandes de déformation contrairement aux PIF de type 3, 4 et 5, sécants.n)PIFdetype5sécantàlabandededéformationinterneauquartz.o)RelationstexturalesentreAIF detype2etPIFdetype4et5.LesIFdesAIFdetype2sontmajoritairementdécrépitées.LesPIFdetype4sont constituésd’IFnondécrépitéesrichesenCO2(90%).LesPIFdetype5sontobliquesparrapportauxAIFdetype 2etlesPIFdetype4.p+q)cristauxdegrenatenLEPcontenantdesIFprimairesaqueuses.  

100m

Q1

Q1

Q1

Q3

Q3

Q3

Q3

Q3

Q2

Q2

Q2

Q2

Q2

 FigureIV13:Photo aumicroscopeoptiqueenLEPsurunezoneplusricheenquartz.LesJGsonttrèsriches

inclusions fluides. La quantité d’IF décroit des plages de quartz Q1 à Q3. Les flèches soulignent les joints de grainsrichesIF.LestraitsbleusmarquentlesPIFdetype5transgranulaires.



*)danslestourmalines

Les IF piégées dans les tourmalines sont organisées en PIF de type 3 parallèles en bordure des fractures remplies de quartz (Figure IV 12d). Ces PIF n‘affectent pas les minéraux entourant la tourmaline.Cesinclusionssontgénéralementautomorphesetprésententlaparticularitédecontenir desrapportsvariablesenoxygèneetazote(cfpartieVIpourplusdedétailssurlachimie).LesPIFde type4et5n’ontpasétéobservés.

*)danslesbéryls

Les IF piégés dans les béryls sont exclusivement organisées dans des PIF de type 3 de même orientationqueceuxdelatourmaline(FigureIV12i/j/k).DeuxtexturesdePIFdetype3ontpuêtre distingués,(1)desPIFcontenantdesIFdetaillepetite(<10μm)nondécrépités(2)desPIFcontenant des IF de taille plus grosse (>15μm) décrépitées (Figure IV 12j/k). Les if décrépitées sont riches en CO₂encomparaisondecellesquinesontpasdécrépitéescequiindiquequelaphaseaqueuseaété expulséelorsdeladécrépitationdesif(FigureIV12k).Larelationentrelatailled’IFetledegréde décrépitation a été démontrée par Bakker et Diamond, 2006. Ainsi les plus petites inclusions non décrépitées ont préférentiellement préservé la signature primaire de l’inclusion représentative des conditionspressiontempératuredupiégeage.

*)danslesgrenats

Les fluides piégés dans les grenats sont essentiellement des inclusions primaires aqueuses regroupéesenamasaucœurdesgrenats(FigureIV12e/p/q).Cependant,lesgrenatsmontrantdes surcroissances, ont piégés des très petites inclusions automorphes (<5μm) au niveau de la zone de croissance séparant le cœur de couleur saumon avec la bordure incolore (Figure IV 12f/h). Ces inclusionssontrempliesd’H2Oetdephasessolideshydratéesindéterminées(selonlespectreRaman indiquant une liaison OH typique de la famille des micas plus ou moins hydratés) (chlorite, micas, argiles?).DanslazonelaplusexternepréservéeàgauchesurlaFigureIV12f,etprésentéeendétail surlaFigureIV12g,ilyaaussiunebandemarquantlazoneremplied’inclusionsfluidescontenant les mêmes solides, cependant les rapports en H2OCO2 (avec certaines inclusions à 100% de gaz) varientetellesmontrentdestexturesdedécrépitation.

Relationentredistributiondesfluidesetmicrostructures

Les microstructures caractéristiques de la migration des joints de grains décrite pour les veines de quartzauSuddesmigmatites(cfcidessus)ontégalementétéobservéesdanslesschistesàdisthène, et surtout dans les veines de leucogranite. Les relations géométriques entre phases de recristallisationetpiégeagedestypesdefluides(0à5,sauftype1,nonenregistrépourcesite)au seindesgrainsdequartzsontsimilairesàcellesdécritesdanslesmigmatites.Laseuledifférenceest que les PIF de type 4 et 5 ne sont pas orientés dans des plans parallèles contrairement aux PIF de même type piégés dans les migmatites. Ceci suggère que ces PIF ne sont pas synchrones et exclut ainsil’hypothèsedel’immiscibilitédedeuxfluides,évoquéeavant.

Les observations les plus intéressantes concernent les tourmalines, les béryls et les grenats. Le réseaudefracturesetlesPIFsubparallèlesàcesfracturesrecoupantlestourmalinesetlesbérylsont tous les deux la particularité de ne pas se propager dans les minéraux environnants mais sont localisésdanscescristauxboudinés.Cettetextureimpliquequelorsquecesminérauxontcommencé avoiruneréponsefragileàladéformation,lesquartz,euxsedéformaienttoujoursdefaçonductile en présence de fluide sursaturés en silice capables de colmater ces fissures au moment de leur formation. Ceci implique donc des comportements rhéologiques très différents entre le béryl, la tourmaline et le quartz. Les minéraux de quartz dans les fractures ne montrent pas de textures de déformationcarilssontàl’abrideladéformationaffectantsurtoutlesminérauxdequartzquifluent autour du cristal de tourmaline. Cependant le quartz à l’abri dans la tourmaline a toujours pu recristalliserdemanièrestatique.Cettehypothèseestsoutenueparlesobservationsconcernantles grainsdequartzrecristallisésdanslacavitéauseinducristaldetourmaline(FigureIV12a/b/c).En effet,cegrainaduêtrerecoupéparlesfracturesremplieségalementenquartz.LaMJGadûaffecter

la zone de fracture occupée par du quartz et également riche en IF aquocarboniques. Cette zone perturbéeantérecristallisationsemanifestepostrecristallisationparunezonericheendislocations, en IF décrépitées et en variations légères en orientation des axes cristallographiques proches de la formationdesousjointsdegrains.L’autreobservationintéressanteestquecemodedefracturation c’estproduitenprésencedequantitésprobablementnonnégligeablesdefluidesaquocarboniques de type 3 (à marcassite). La préservation d’if non décrépitées au sein des cristaux de tourmaline indique que ces minéraux sont très compétents comparativement au quartz et qu’ils ne sont pas affectés par la décompression. La présence d’oxygène, atome facilement intégré dans le réseau cristallindesminéraux,attestéparspectroscopieRamandanscesIFmontrequ’ellesn’ontsûrement pasduinteragiraveclesminérauxencaissants.LesIFpiégéesdanslatourmalinepréserventainsiles conditions Pression et Température de piégeage des fluides de type 3. Cette conclusion n’est pas valablepourlesIFdumêmetypedanslebéryl,quisontmajoritairementdécrépitéesimpliquantun unemodificationdeleurcompositionchimiqueetunrééquilibrageàdesconditionsdePressionplus basses.

La deuxième observation intéressante concerne les surcroissances de grenat riches en IF aqueuses comprenantdessolideshydratés.Lasurcroissanceadûêtresynchroneàl’arrivéed’unfluidericheen H2O et chargé en éléments capables de précipiter des phases hydratées. Les inclusions dans la surcroissanceenborduredugrenatsontdécrépitéesetsontrelativementenrichiesenCO₂parperte enH₂O(Figure).CeciimpliquequelesfluidesrichesenCO₂nelesontpasforcémentparungainen CO2,maiséventuellementparuneperteenH2O.LespertessélectivesenH2Oontétédécritpourles grainsdequartz(BakkeretJansen1991,1994,VytiketBodnar1994).Laphaseaqueusesembledonc être transférée depuis le grenat pour contribuer à la formation de minéraux hydratés lors du métamorphismerétrograde.Decefaitladécrépitationn’estpeutêtrepasseulementliéeàlachute de Pression lors de l’exhumation, mais aussi à des potentiels chimiques. Cette interprétation est également compatibleavecladécrépitationpréférentielledesIFde la borduredesminéraux ayant subit des réactions métamorphiques relativement aux if du même type, piégées dans le cœur du grenat.

x Comparaisonentreschisteàdisthèneetleucogranites

L’observation la plus intéressante est la différence texturale entre le grenat dans les schistes et le grenat dans les leucogranites. Les leucogranites à TourmalineGrenat(Béryl) sont discordants par rapportàlafoliationdesschistesàdisthène.Lesgrenatscontenuspropresauxleucogranitesnesont pasaffectésparlesphénomènesdedécompositionobservéspourlekyschiste.

IV.2.4. Veine de quartz transposée, provenant des schistes à biotite

Lazoneàschisteàbiotitechoisiepourl’analysedel’échantillondeveinedequartz06193(FigureIV 1) provient d’une localité juste au dessus du contact avec la grosse bande mylonitique du facies amphibolitique bordant toute la partie Ouest du dôme des migmatites (cf partie III.2.3). Nous sommesdoncpassésaudessusdupremiergrandaccidentd’échellecrustale(FigureIV1).

Microstructures

La veine de quartz étudiée montre des microstructures allant de grains de grosse taille (centimétriques)peudéformésprimaires(Q1)àdesbandesàgrainspluspetitsetallongésselonune orientationpréférentielle(FigureIV14a/b).Cesbandessontmarquéesparladiminutionprogressive de la taille des grains depuis leur bordure vers le cœur, ainsi que par le degré d’allongement des grains. La recristallisation dynamique avec formation de SG est le mécanisme aboutissant à la formation de ces textures. Cette bande constitue une bande de localisation de la déformation cisaillante à des températures plus basses et des taux de déformation plus élevés que les textures observéesaucœuretenborduredudôme.LetexturesdecœurdegrainsQ1allongésentouréspar un manteau de petits SG, sont typiques du «dislocation creep regime 2» définit par Hirth et Tullis (1992).

Distributiondesinclusionsfluides

La distribution des fluides est comparable à celle décrite en détail pour les veines de quartz provenantdesmigmatitesetsurtoutparrapportauxveinesV2etV3.Ellessonttrèsrichesenfluides aquocarboniques piégés sous forme d’AIF type 2 ou PIF type 3 dans le quartz primaire (Figure IV

Dans le document Fluid circulations during collapse of an accretionary prism : Example of the Naxos Island Metamorphic Core Complex (Cyclades, Greece) (Page 145-162)