Le socle métamorphique

Il existe de nombreux affleurements de socle ancien dans l’avant-arc émergé, à des latitudes comprises entre 8˚S et 26˚S (Ramos, 2008). Les blocs de socle sont considérés comme détermi- nants pour l’interprétation de l’histoire pré-andine. L’unité la mieux conservée, décrite sous le nom de "Massif" d’Arequipa par Cobbing and Pitcher (1972), affleure le long de la zone côtière, dans la région du sud Pérou, Bolivie et Nord Chili, sous forme de roches métamorphiques re- coupées par des batholites, sur une extension de 800 km de long et 100 km de large (fig. 2.6 et 2.7). Il constitue la partie nord du bloc Arequipa-Antofalla (AAB, Casquet et al. 2010). Les roches métamorphiques apparaissent majoritairement sous forme de métasédiments allant du faciès amphibolitique au faciès granulitique (Casquet et al., 2010). Ce massif présente une évo- lution sédimentaire, magmatique et métamorphique polycyclique complexe depuis le début du Protérozoïque jusqu’au Paléozoïque.

Figure 2.6 – Carte schématique du Sud du Pérou représentant les principales unités lithologiques, et plus spécifiquement

la répartition spatiale des granitoïdes entre l’Ordovicien et la fin du Mésozoïque. Adapté depuis Demouy et al. (2012).

2.3.1.1 Lithologie

Casquet et al. (2010) distinguent trois sections principales dans le "Massif" d’Arequipa : une section septentrionale ("San Juan Marcona area"), une section médiane ("Mollendo-Caman´a domain") et enfin une section méridionale ("Ilo Domain"). Nous nous intéresserons plus parti- culièrement à la section médiane dans laquelle affleure le batholite d’Arequipa.

Le domaine de Mollendo-Caman´a (Mollendo-Caman´a-Block, MCB) s’étend sur une zone de 50x150 km, et est constitué de roches ayant subit un métamorphisme UHT (Ultra Haute Température). L’assemblage minéral prédominant dans l’ensemble du bloc est : Opx+Sil+Kfs+Qz (±Grt). La nature très alumineuse des orthopyroxènes (10% Al2O3) ainsi que la coexistence des

phases saphirine+quartz en quelques endroits atteste d’un métamorphisme UHT avec des tem- pératures >900˚C et des pressions ∼ 1,0 GPa (Martignole and Martelat, 2003).

Les roches sont principalement de gneiss migmatitiques avec des contenus variables de mé- sosomes alternant avec des leucosomes. Ils sont de couleur rose, vert et/ou gris et leur degré de métamorphisme atteint au moins le faciès amphibolite. Des granites porphyriques à gros feldspath potassiques recoupent les gneiss. Martignole and Martelat (2003) proposent que le métamorphisme UHT est du à une pénétration à large échelle de manteau asthénosphérique dans la base d’une croûte sur-épaissie. La particularité de ce bloc est de présenter des faciès peu rétromorphosés, ce qui suggère une dénudation tectonique très rapide empêchant la rééquilibra- tion des phases minérales.

Le domaine d’Ilo est séparé du massif principal par une couverture de roches sédimentaires mésozoïques et cénozoïques. Ce domaine a subi une déformation d’intensité moyenne à basse, avec un protolite igné métamorphisé. Le premier faciès consiste en un granite porphyrique rosé et plus ou moins folié. Des boudins d’anorthosite résultant de l’étirement de larges corps anciens sont alignés avec les granites porphyriques. Un troisième faciès consiste en d’étroites bandes pa- rallèles à la foliation, de roches mylonitiques sombres et à grain fin qui contiennent de manière éparse des porhyroclastes de feldspath. Les contacts sont nets ou graduels. Certaines bandes ressemblent à des granites porphyriques étirés ; d’autres semblent dérivées de filons s’étant loca- lement mélangés à leur hôte granitique. La déformation augmente de l’anorthosite, aux bandes sombres, jusqu’aux granites, et la foliation mylonitique est fréquente.

2.3.1.2 Evolution Protérozoïque et Paléozoïque

Le socle du sud Pérou est un socle dont les terrains les plus anciens sont Protérozoïques. Il est donc plus récent que la partie centrale du bouclier Brésilien voisin (3,0-2,5 Ga). Les premiers âges obtenus sur les granulites du bloc "Caman´a-Mollendo" par isochrones Rb-Sr et U-Pb ont dans un premier temps indiqué des âges précambriens autour de 1,95-1,8 Ga (Cobbing et al., 1977; Dalmayrac et al., 1977; Shackleton et al., 1979). Depuis les années 1990, un regain d’in- térêt pour l’étude du Massif d’Arequipa a permis de préciser ces données. L’âge le plus ancien référencé sur une roche magmatique dans la zone sud Pérou-Bolivie provient du Cerro Uyarani. Il s’agit d’un affleurement de socle dans l’Altiplano, carté par le Geological Survey of Bolivia (SERGEOMIN) en 1995. Une charnockite y a été prélevée et donne un âge U-Pb sur zircon avec un intercept supérieur à 2024±133 Ma (Wörner et al., 2000). De plus, des âges U-Pb sur zircons détritiques donnent fréquemment des âges allant jusqu’à 2,1 Ga (Casquet et al., 2010).

L’intégration de données géochronologiques, géologiques et géochimiques déterminent un pre- mier événement orogénique entre 2,1 et 1,79 Ga affectant le socle de la manière suivante : (1) de 2,1 à 1,89 Ga : magmatisme précoce, impliquant certainement de la croûte archéenne ; (2) sédimentation d’une épaisse séquence sédimentaire terrigène ; (3) à 1,87 Ga : épisode métamor- phique de ultra-haute température (UHT) ; (4) à 1,79 Ga : magmatisme felsique tardif. (Casquet et al., 2010; Loewy et al., 2004).

Le socle a subi un événement métamorphique majeur d’âge Grenvillien. Les âges disponibles sont compris entre 1080 et 935 Ma. Dans le domaine central de "Caman´a-Mollendo", les âges ob- tenus sont de plus en plus récents vers le sud (Casquet et al., 2010; Loewy et al., 2004; Wasteneys et al., 1995). Ainsi on considère que dans le Massif d’Arequipa, le métamorphisme Grenvillien s’est déroulé en trois épisodes distincts : (1) à environ 1040 Ma dans les régions de Quilca et Caman´a du domaine "Caman´a-Mollendo" et dans le domaine "San Juan Marcona"(2) à 940±6 Ma dans la région de Mollendo au sein du domaine "Caman´a-Mollendo" (3) entre 1000 et 840 Ma dans le domaine d’Atico. Dans le domaine d’Ilo, les zircons fournissent des âges beaucoup plus récents, compris entre 464 et 446 Ma, attestant de processus métamorphiques durant l’Or- dovicien et le Silurien (Casquet et al., 2010).

sont simplement juxtaposés, ont subi le métamorphisme Grenvillien à des époques différentes et ont des histoires de refroidissement distinctes. La signification géodynamique du métamor- phisme Grenvillien n’est pas clairement définie mais il pourrait être relié à une extension de la marge et non pas à un phénomène collisionnel comme proposé précédemment (Casquet et al., 2010). Durant le Paléozoïque, c’est le fonctionnement de l’arc magmatique Ordovicien qui affecte principalement la zone d’Arequipa (Reimann et al., 2010) (cf. paragraphe 2.3.2).

Figure 2.7 – Représentation schématique des principaux domaines du socle d’Arequipa. Extrait de Casquet et al. 2010.

En résumé, le Massif d’Arequipa a été le lieu d’une histoire complexe. Au Paléoprotérozoïque, sédimentation, magmatisme et métamorphisme UHT affectent la zone. Durant le Mésoprotéro- zoïque se développe un grand bassin sédimentaire. La zone subit un métamorphisme Grenvillien de moyen à haut grade, et durant le Paléozoïque quelques phénomènes métamorphiques locaux et une large activité magmatique affectent la marge.