Le complexe granitique alcalin du massif du Cadiretes (Chaînes côtières catalanes, NE de l'Espagne) : étude pétrologique et géochronologie ⁴⁰Ar/³⁹Ar et Rb-Sr

Thesis

Reference

Le complexe granitique alcalin du massif du Cadiretes (Chaînes côtières catalanes, NE de l'Espagne) : étude pétrologique et

géochronologie

⁴⁰

Ar/

³⁹

Ar et Rb-Sr

FERRES HERNANDEZ, Merce

Abstract

Le magmatisme tardi-hercynien du batholite Catalan a une durée

FERRES HERNANDEZ, Merce. Le complexe granitique alcalin du massif du Cadiretes (Chaînes côtières catalanes, NE de l'Espagne) : étude pétrologique et

géochronologie

⁴⁰

Ar/

³⁹

Ar et Rb-Sr . Thèse de doctorat : Univ. Genève, 1998, no. Sc. 3010

DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:98293

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:98293

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UNIVERSITÉ DE GENÈVE Département de minéralogie UNIVERSITAT DE BARCELONA Departament de petrologia

FACULTÉ DES SCIENCES Professeur M. Delaloye FACULTAT DE GEOLOGIA Professeur P. Enrique

Le complexe granitique alcalin du massif du Cadiretes (Chaines Côtières catalanes, NE de l'Espagne):

étude pétrologique et géochronologie 40Ar/39Ar et Rb-Sr

THÈSE

présentée à la Faculté des sciences de l'Université de Genève pour obtenir le grade de docteur ès sciences,

mention sciences de la terre

par

Mercè FERRÉS HERNÀNDEZ de

Barcelone (Espagne)

Thèse No 3010

GENÈVE

1998

La Faculté des sciences, sur le préavis de Messieurs M. DELALOYE, professeur ordinaire et directeur de thèse (Département de minéralogie), P. ENRIQUE, professeur et codirecteur de thèse (Université de Barcelone, Département de pétrologie- Espagne), C. PIN, docteur (Université de Clermont-Ferrand - France) et M. COSCA, docteur (Université de Lausanne), autorise l'impression de la présente thèse, sans exprimer d'opinion sur les propositions qui y sont énoncées.

Genève, le 10 juillet 1998

Thèse - 3010-

le Doyen,

Eric DOELKER

Ferrés Hernàndez, M.: Le complexe granitique alcalin du massif du Cadiretes (Chaînes Côtières catalanes, NE de 1 'Espagne): étude pétrologique et géochronologie 40 Arf3⁹ Ar et Rb-Sr.

Terre & Environnement, vol. 13, xii + 198 pp. (1998)

ISBN 2-940153-12-4

Section des Sciences de la Terre, Université de Genève, 13 rue des Maraîchers, CH-1211 Genève 4, Suisse Téléphone: ++41-22-702-6111, Téléfax: ++41-22-320-5732

e-mail: berthoud@sc2a.unige.ch

Table des Matières

Table des matières

Remerciements . .. . . .. . . .. . . ... . . ... .. . . ... ... ... ... ... ... . . ... ... . . ... ... ... v

Résumé ... vii

Abstract . . . .. . . .. .. . . .. .. .. . . .. . . .. . . .. . . .. . ix

Resum xi CHAPITRE 1 INTRODUCTION 1.1 DEFINITION DU SUJET ... .. 1.2 DELIMITATION DE L'AIRE D'ETUDE ET OBJECTIFS ... 3

1.3 EVOLUTION GEOLOGIQUE DES CHAINES COTIERES CATALANES ... 4

1.3.1 Le Paléozoïque ... 4

1.3.2 Le Mésozoïque ... 5

1.3.3 Le Cénozoïque . .. ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... 8

1.4 TRAVAUX ANTERIEURS ... 10

1.5 TRAVAIL EFFECTUE ... 12

1.6 STRUCTURE DU MEMOIRE ... 13

CHAPITRE Il DESCRIPTION PETROGRAPHIQUE ET ETUDE MINERALOGIQUE ... 15

11.1 LES INTRUSIONS CALCOALCALINES DU BLOC COTIER ... 15

11.2 LE MASSIF DU CADIRETES ... 17

11.2.1 Les intrusions calcoalcalines ... 17

11.2.1.1 Les intrusions plutoniques ... 17

11.2.1.2 Les dykes ... 22

11.2.2 Le complexe granitique alcalin ... 23

11.2.2.1 Les plutons ... 24

11.2.2.2 Les stocks ... 25

11.2.2.3 Les dykes ... 27

11.3 ETUDE MINERALOGQUE ... 28

11.3.1 Les minéraux esséntiels ... 28

11.3.1.1 L'amphibole . .. . ... . . ... . ... ... .... ... .... ... ... .... ... . .. . .... ... 28

11.3.1.2 La biotite ... 29

11.3.1.3 Le feldspath potassique ... 31

11.3.1.4 Le plagioclase . ... ... ... . . ... . . .... ... .... ... ... .... ... ... 33

11.3.2 Les minéraux accessoires ... 33

11.3.3 Les minéraux secondaires .... ... ... ... ... ... ... ... ... . ... ... 34

11.4 SYNTHESE ... 35

ii

CHAPITRE Ill

STRUCTURE ET MISE EN PLACE DU COMPLEXE ALCALIN 37

111.1 ETUDE DES CONTACTS 37

111.2 ETUDE DES DIACLASES 40

111.3 STRUCTURE ET MISE EN PLACE ... 42

111.4 SYNTHESE 47 CHAPITRE IV ETUDE GEOCHIMIQUE 49 IV.1 CLASSIFICATION DES ASSOCIATIONS INTRUSIVES ... 49

IV.1.1 Diagrammes discriminants en fonction des éléments majeurs ... 49

IV.1.2 Diagrammes discriminants en fonction des éléments en traces ... 51

IV.1.3 Synthèse et implications pétrogénétiques ... 53

IV.2 CARACTERISATION GEOCHIMIQUE DES INTRUSIONS CALCOALCALINES DU MASSIF DU CADIRETES ... ... ... ... 54

IV.2.1 Eléments majeurs ... 54

IV .2.2 Eléments en traces .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56

IV.2.3 Terres rares .. ... 56

IV.3 CARACTERISATION GEOCHIMIQUE DU COMPLEXE GRANITIQUE ALCALIN DE TOSSA-St. FELIU ... 58

IV .3.1 Eléments majeurs ... ... ... .. ... . . ... . .. ... ... ... ... . ... ... . ... ... ... 60

IV.3.2 Eléments en traces ... 62

IV.3.3 Terres rares ... 65

IV.3.4 Les dykes ... ... 66

IV.4 DISCUSSION 69 IV.4.1 Origine des magmas leucogranitiques alcalins ... 70

IV.4.1.1 Contraintes géochimiques ... 70

IV.4.1.2 Contraintes texturales ... 72

IV.4.1.3 Modèles pétrogénétiques ... 72

IV.4.2 Hétérogénéité de composition des leucogranites alcalins ... 74

IV.4.2.1 Hétérogénéité de composition entre les différentes intrusions ... 74

IV.4.2.2 Hétérogénéité de composition des plutons de Salions et du Cadiretes ... 75

IV.4.3 Les enclaves de mélagranite et les dykes "albitiques" ... ... 75

IV.5 SYNTHESE ... 77

CHAPITRE V GEOCHRONOLOGIE K·Ar, 40Ar/³⁹Ar et Rb-Sr 79 V.1 CHRONOLOGIE RELATIVE ... 84

V.2 GEOCHRONOLOGIE K-Ar ... 85

V.2.1 Echantillonnage ... 85

V.2.2 Résultats ... 85

V.2.2.1 Granodiorite calcoalcaline ... 85

V.2.2.2 Complexe alcalin ... 86

V.2.3 Discussion ... 87

V.3 GEOCHRONOLOGIE 40Arf39Ar:

40Arf39Ar CHRONOLOGICAL CONSTRAINTS ON LATE-HERCYNIAN MAGMATISM:

A CASE STUDY IN THE CATALAN BATHOLITH (NE SPAIN) ... . Abstract ... . 1. INTRODUCTION ... . 2. GEOLOGICAL SETTING ... . 2.1 The late-Hercynian Catalan batholith ... . 2.2 Alpine evolution of the catalan domain ... . 3. SAMPLES AND ANAL YTICAL TECHNIQUES ... . 3.1 Samples ... . 3.2 Mineral chemistry and K-feldspar structural state ... ..

3.3 40Arf39Ar incremental-heating experiments ... . 4. 40Arf39Ar INCREMENTAL-HEATING RESULTS ... .

4.1 The calc-alkaline suite ... . 4.2 The alkaline granitic complex ... ..

5. DISCUSSION ... . 5.1 Interpretation of the data ... ..

5.2 Constraints on the magma tic history ... . 5.3 Inferences on the thermal evolution ... ..

6. CONCLUSION ... . References

Figure captions ... . Table captions ... . Figures ... . Tables ... . V.4 GEOCHRONOLOGIE Rb-Sr ... . V.4.1 Echantillonnage ... . V.4.2 Précisions sur la méthode analytique ... ..

V.4.3 Résultats ... . V .4.3.1 Isochrones internes

89 89 89 90 90 92 93 93 94 95 95 96 97 98 98 104 105 107 109 112 11 3 114 127 141 141 141 141 141

iii

V.4.3.2 Isochrones sur plusieurs échantillons alcalins ... 1 43 V.4.4 Discussion ... ... 146 V .4.4.1 Interprétations géologiques ... .... . ... ... ... ... 1 4 7 V.4.4.2 Considérations analytiques ... 14 7 V.4.4.3 Conclusion ... 148 V.5 SYNTHESE

CHAPITRE VI CONCLUSIONS

148

153 Vl.1 SYNTHESE DES PRINICPAUX RESULTATS OBTENUS ... 153 Vl.2 LE MAGMATISME HERCYNIEN EN EUROPE DU SW ... 155

Références bibliographiques 159

Annexe1

Méthodes analytiques 165

A1.1 ETUDE PETROLOGIQUE ... 165 A 1.1.1 Analyse des roches ... 165 A 1.1.2 Analyse des minéraux ... 166

iv

A 1 .1 .2 .1 Analyse des biotites et des amphiboles .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... .. . .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. . 1 6 6 A 1.1.2.1 Analyse des feldspaths potassiques et des plagioclases ... ... .. 1 6 6 A1.2 SEPARATION DES MINERAUX ... 166

A1.3 DATATIONS K-Ar

A1.4 DATATIONS 40Arf39Ar A1.5 DATATIONS Rb-Sr

A1.5.1 Mesure du rapport B7SrJB6Sr ... . A 1.5.2 Mesure de la concentration en Rb et en Sr ... ..

A 1.5.3 Calcul du rapport B7RbJB6Sr ... . A 1.5.4 Calcul des isochrones ... ..

A1.6 ANALYSE DU Nd ... ..

Annexe 2

Analyses des biotites et des amphiboles Annexe 3

Analyses des roches Annexe 4

Coordonnées des échantillons

167 167 168 168 169 170 170 170

171

183

197

Remerciements

Je remercie mes directeurs de thèse, le Prof. Michel Delaloye de l'Université de Genève et le Dr. Pere Enrique de l'Université de Barcelone, de m'avoir donné l'opportunité de réaliser le travail de recherche présenté, au bénéfice d'une bourse du Fonds National Suisse de la Recherche Scientifique (projet 20-43.050.95) qui a financé mes quatre ans de travail.

Le Dr. Pere Enrique m'a initié dans l'étude des roches granitiques. Au cours de sept ans de travail et d'amitié, nos nombreuses discussions m'ont beaucoup appris. Dans son intérêt pour l'étude du batholite Catalan, le Prof. Michel Delaloye m'a accueilli à l'Université de Genève. Ses critiques et suggestions m'ont permis d'améliorer la présentation et la rédaction du mémoire. L'impression du mémoire a été financée en partie par le Département de Minéralogie de l'Université de Genève. A son directeur, le Prof. Llufs Fontboté, ainsi qu'au Prof. Mike Dungan, j'exprime ma gratitude pour leur support continu lors de mon séjour dans le département.

Je remercie aussi le Dr. Christian Pin (Université de Clermont-Ferrand) et le Dr.

Michael Cosca (Université de Lausanne), jurés de thèse. Les discussions que nous avons eues m'ont apporté une aide précieuse et m'ont permis de compléter et d'améliorer mon travail du point de vue de la contribution scientifique et de la rédaction du mémoire.

J'exprime aussi ma gratitude au Prof. Bernard Bonin (Université de Paris-Sud) auprès de qui j'ai beaucoup appris au cours des réunions des granitologues; au Dr. Jesus Salé (Universidad de México) qui m'a transmis ses connaissances dans le domaine de la géochronologie du batholite Catalan, ce qui a été d'une aide précieuse; aux Dr. Joan Caries Melgarejo, Dr. Ramon Salas et Dr. Pere Santanach (Université de Barcelone) qui ont élargi mes connaissances régionales, ce qui m'a permis de mieux comprendre et d'interpréter les données; et au Dr. Ignacio Casanova (Université de Barcelone) pour son encouragement et avec qui j'ai eu l'occasion d'avoir bien des discussions intéressantes.

Dans le domaine de l'acquisition et traitement des données, ainsi que dans l'apprentissage des techniques analytiques, je dois des remerciements à une grande équipe.

Département de Minéralogie de l'Université de Genève: Dr. Bradley S. Singer (⁴⁰Ar/³⁹Ar), Dr. Pia Voldet (ICP-AES), M. Christian Kasper (K-Ar), Mme Marcelle Falchéry (chromatographies); Département de Géologie de l'Université de Genève: Dr. Roxana Martini (EDS), M. Jacques Metzger (dessins, posters et diapositives); Université de Lausanne: Dr.

François Bussy (EMP), Dr. Zachary Sharp (isotopes stables); Serveis Cientffico-Tècnics de l'Université de Barcelone: Dra. Elionor Pelfort et Dr. Antoni Padro (ICP-MS), Dra. Elisenda Seguf et Dr. Josep Socfas (XRF), Dr. Xavier Alcover et Dr. Pep Bassas (XRD), et Dr. Xavier Llobet et Dr. Javier Garera Veigas (EMP); Servei de Lamina Prima de l'Université de Barcelone: Adolf Samper et Vicenç Planella (lames minces).

Je suis très reconnaissante envers M. Gilbert Overney qui a toujours résolu les problèmes techniques; ainsi qu'envers Mme Jacqueline Berthoud et Mme Ursula Eigenmann qui ont géré les affaires administratives.

vi

A tous mes camarades de la section des Sciences de la Terre de l'Université de Genève, Lionel Bolou, Fleurice Parat, Bernhard Dold, Marc Polliand, Antoine de Haller, Dr. Martin Strecht, François Lieben, Thao Ton Tah, Dr. Massimo Chiarada, Dr. Robert Moritz, Laura Pérez, Dr. Robert Marschik, Dr. Osman Parlak et Karin Requia; et de la Facultat de Geologia de l'Université de Barcelone, Montse Mariné, Laura Palacios, Elisabet Playa, Dra. Gemma Alias, et Dr. Bernat Ferrus, merci pour toute l'aide et l'encouragement que j'ai reçu de vous.

A Fidel Costa, avec qui j'ai eu l'occasion de discuter souvent sur nos travaux respectifs, merci pour ton support, et pour ton coup de main dans la préparation de la soutenance.

A mes parents Miquel et Mercè, mes soeurs Nuria et Montse, et mon frère Miquel, qui m'ont toujours encouragé, ma plus grande reconnaissance pour votre patience et pour votre support continu. A mes grands parents, Paco, Mercedes et Antonia, à ma marraine Luisita et à ma grand-tan~e Lolita, merci pour votre compréhension et votre réconfort concernant mon séjour à l'étranger.

A Claudio, qui a partagé avec moi les joies et les moments difficiles de la réalisation de la thèse, un grand merci pour ton aide et pour ton soutien, dans le travail et dans le quotidien, qui m'ont fait parvenir jusqu'au bout ferme et heureuse.

Je dédie le mémoire à mes parents, à Claudio.

Résumé

Le batholite tardi-hercynien Catalan (1500 Km2, NE de l'Espagne) comprend principalement de nombreux plutons épizonaux de granitoïdes qui définissent une association calcoalcaline riche en potassium. Dans le massif du Cadiretes, le complexe granitique alcalin de Tossa-St. Feliu montre des caractéristiques pétrologiques qui mettent en évidence qu'il s'agit d'une unité intrusive distincte. L'étude géochronologique ⁴⁰Arf39Ar et Rb-Sr indique une succession très rapide des différents événements magmatiques.

Caractérisation pétrologique du complexe granitique alcalin de Tossa-St. Feliu. Implications pétrogénétiques

Sur une extension d'environ 67 km2, le complexe alcalin de Tossa-St. Feliu comprend plusieurs intrusions très acides (Si02> 7 4%) et leucocrates (minéraux colorés < 5%).

L'étude des contacts intrusifs suggère une structure en complexe annulaire d'environ 10 km de diamètre. Les deux intrusions principales, leucogranites de Salions et du Cadiretes, représenteraient les coupoles de deux dykes annulaires mis en place par des mécanismes successifs de subsidence en chaudron. En bordure de ces intrusions, plusieurs stocks constituent probablement un dernier dyke annulaire incomplet. Les stocks montrent une taille de grain fin à très fin (microaplitique) avec développement de textures micrographiques, et contiennent des cavités miarolitiques. Ces caractéristiques suggèrent une mise en place sub-volcanique. L'ensemble décrit est recoupé par un cortège filonien associé, de felsites, granophyres, et porphyres leucogranitiques. Les différentes intrusions du complexe se caractérisent par une minéralogie très homogène, composée principalement par du quartz, du feldspath potassique, du plagioclase très sodique (oligoclase à albite) et de la biotite. La présence des deux feldspaths, en proportions comparables, indique une cristallisation subsolvus. La biotite est le seul minéral coloré. Par rapport aux biotites des granites calcoalcalins elle est enrichie en annite et en halogènes. Légèrement péralumineux, les leucogranites du complexe alcalin se distinguent chimiquement des leucogranites calcoalcalins du batholite Catalan par des teneurs très basses en CaO (<0.5%), et par des teneurs relativement hautes en Ga, Zn, Nb, Th, REE. L'ensemble des caractéristiques exposées (structurales, pétrographiques et géochimiques) rendent les granites alcalins de Tossa-St. Feliu comparables aux granites de type-A2.

Dans le batholite Catalan, les intrusions calcoalcalines représentent probablement des liquides évoluant par des processus de cristallisation fractionnée. L'étude géochimique montre que les leucogranites du complexe alcalin de Tossa-St. Feliu ne sont pas génétiquement associés aux intrusions calcoalcalines. Les magmas qui ont donné lieu aux leucogranites du complexe alcalin se sont probablement générés par fusion partielle à haute température d'un protholite anhydre à des niveaux profonds de la croûte.

viii

Géochronologie ⁴⁰Ar/³⁹Ar et Rb-Sr. Histoire magmatique et implications dans l'évolution thermique post-hercynienne

Les données géochronologiques obtenues suggèrent que le magmatisme tardi-hercynien du bloc côtier du batholite Catalan (massifs du Montnegre, du Cadiretes et de Segur, 1000 km²) s'est produit sur une période en tout cas inférieure à 20 m.y. Les premières manifestations magmatiques comprennent quelques corps calcoalcalins de gabbros et de diorites. Leur âge de cristallisation n'est pas connu, mais en tout cas, ces corps se refroidissent en dessous de -550°C (âges 40Arf39Ar sur amphibole) à 295.8±2.6 Ma (massif de Segur) et à 291.1±1.6 Ma (massif du Montnegre). Par la suite, le grand volume de plutons calcoalcalins tonalitiques à leucogranitiques se met en place au niveau de l'épizone, et se refroidit rapidement en dessous de -350°C (âges 40 Arf39Ar sur biotite) à 287 .8±2.2 Ma (massif de Segur) et à 285.5±1 .9 Ma (massifs du Montnegre et du Cadiretes). Un cortège filonien calcoalcalin intrude les plutons sous contraste thermique. Les données géochimiques suggèrent que plutons et dykes font partie du même ensemble intrusif.

Dans le massif du Cadiretes, la datation d'un de ces dykes fournit un âge d'injection de 284.5±2.8 Ma (âge 40Ar/39 Ar sur amphibole), qui ne se distingue pas dans la marge d'erreur de l'âge de refroidissement des plutons. Les données suggèrent une succession très rapide des événements intrusifs. L'âge absolu et la durée du magmatisme granitique alcalin sont plus difficiles à préciser. Les observations de terrain indiquent que le leucogranite de Salions puis du Cadiretes sont les premières intrusions à se mettre en place, suivies des stocks sub-volcaniques, puis des dykes associés. L'obtention d'isochrones Rb-Sr (internes et sur roche totale) sur cinq échantillons prélevés du leucogranite de Salions et deux stocks sub-volcaniques suggère que leur cristallisation doit avoir eu lieu sur une période de temps relativement courte, comprise dans l'intervalle de l'erreur des isochrones, soit environ 5 m.y. Les valeurs absolues des âges fournis par ces isochrones (environ 275 Ma) sont probablement sous-estimées à cause d'inexactitudes analytiques. La datation 40Ar/39Ar sur biotite du leucogranite de Salions a donné 286.5±1.8 Ma. Ce résultat s'interprète comme l'âge de mise en place du leucogranite de Salions, et correspondrait donc au début du magmatisme alcalin. On remarque que cet âge ne se distingue pas de l'âge des intrusions calcoalcalines, dans l'erreur des données obtenues, ce qui à nouveau reflète une succession très rapide des événements magmatiques.

Les biotites des granites alcalins et la plupart des feldspaths potassiques datés fournissent des âges très hétérogènes et rajeunis qui témoignent d'une perturbation sélective post-hercynienne des systèmes Rb-Sr et K-Ar. Les minéraux affectés montrent des transformations de post-cristallisation: chloritisation des biotites et inversion de l'état structural des orthoses originelles en microcline. L'étude pétrographique indique que ces transformations sont probablement deutériques. A titre d'hypothèse, il est suggéré que les transformations deutériques induisent dans les minéraux des caractéristiques particulières qui favorisent l'ouverture des systèmes isotopiques. La cause de l'ouverture des systèmes isotopiques de ces minéraux serait probablement due à des perturbations thermiques, via la circulation de fluides hydrothermaux liés aux riftings mésozoïques. Les fluides circuleraient à travers les diaclases qui affectent le batholite en transmettant la chaleur nécessaire pour perturber les systèmes isotopiques, tout en préservant les échantillons analysés d'altérations hydrothermales importantes.

Abstract

The late-Hercynian Catalan batholith (1500 Km2, NE Spain) mainly comprises numerous epizonal plutons of granitoids that belong to a high-K calc-alkaline suite. ln the Cadiretes massif, the alkaline granitic complex of Tossa-St. Feliu consists of a distinct intrusive unite. ⁴0Ar/³⁹Ar and Rb-Sr geochronology is indicative of a very rapid succession of these magmatic events.

Petrology of the alkaline granitic complex of Tossa-St. Feliu.

Petrogenetic implications

The alkaline granitic complex of Tossa-St. Feliu encompasses an area of about 67 km2.

tt comprises several highly acidic (Si0 2> 74%). leucocratic (mafic minerais < 5%) intrusions. lntrusive contacts are suggestive of a ring complex structure about 10 km in diameter, built by successive cauldron subsidence processes. The main intrusions, Salions and Cadiretes leucogranites, would represent the cupolas of two major ring-dykes. ln the borders of these intrusions, minor, discontinuous stocks may represent a latter, uncompleted ring dyke. This is cross-eut by genetically related felsitic, granophyric and porphyry dikes. The stocks are very fine-grained, show micrographie textures and contain miarolitic cavities, suggestive of a very shallow levet of emplacement. Ali these intrusive rocks show a very homogeneous mineralogy, essentially composed of quartz, K-feldspar, sadie plagioclase (sadie oligoclase to albite) and biotite. Occurrence of both K-feldspar and plagioclase indicates subsolvus crystallization. Biotite is the only matie mineral. lt is enriched in annite and in halogens, relative to biotite from calc-alkaline granites. Granites from the Tossa-St.Feliu complex are slightly peraluminous, and may be chemically distinguished from calc-alkaline granites occurring in the Catalan batholith by low CaO contents (<0.5%), and high Ga, Zn, Nb, Th, and REE contents. Structural, petrographie and chemical characteristics of these granites makes them comparable to A2-type granites.

ln the Catalan batholith, calc-alkaline intrusions most probably represent liquids evolving by fractional crystallization processes. Chemical composition of the alkaline granites suggests that these are not genetically related to the calc-alkaline suite. The alkaline granitic magmas are most probably generated by high temperature partial melting of an anhydrous protholith in the deep crust.

40Ar/³⁹Ar et Rb-Sr geochronology. Magmatic history and inferences on the post-Hercynian thermal evolution

The geochronological data obtained suggest that the late-Hercynian magmatism of the coastal black (Montnegre, Cadiretes, and Beg ur massifs, 1000 km2) of the Catalan batholith occurred over a period no longer than 20 m.y. The first magmatic record is represented by minor bodies of calc-alkaline gabbros and diorites, that cooled below -550°C (⁴⁰Ar/³⁹Ar amphibole ages) at 295.8±2.6Ma (Segur massif) and at 291.1±1.6 Ma (Montnegre massif).

x

Voluminous calc-alkaline plutons, tonalitic to granitic in composition, intruded in the epizone and were rapidly cooled below -350°C (⁴⁰Arf39Ar biotite ages) at 287.8±2.2Ma (Segur massif) and at 285.5±1.9 Ma (Montnegre and Cadiretes massif). A genetically related dike-swarm intruded under thermal contrast into plutonic host-rocks. ln the Cadiretes massif, one of these dikes yielded an injection age of 284.5±2.8 Ma (⁴⁰Ar/39Ar amphibole age). The age is indistinguishable within error to time since cooling of plutons, and thus, the data are indicative of a very rapid succession of the different intrusive events.

The age and duration of the alkaline granitic magmatism is not so precisely known. From cross-cutting relationships, the following emplacement sequence is derived: Salions leucogranite, Cadiretes leucogranite, shallow stocks, and dikes. Rb-Sr isochrons (both whole-rock isochrons and mineral isochrons) obtained on five samples collected in the Salions leucogranite and in two shallow stocks, suggest that crystallization of ali these intrusives may have occurred within 5 m.y. The absolute ages (about 275 Ma) are probably lowered due to analytical uncertainties. A ⁴⁰Arf39Ar biotite age of the Salions leucogranite yielded 286.5±1.8 Ma. This result is interpreted as the age of intrusion of the Salions leucogranite, and would correspond to beginning of alkaline activity. The age is indistinguishable within error to time since intrusion of calc-alkaline plutons, reflecting again a rapid succession of the magmatic events.

Biotite from alkaline granites and most K-feldspars analyzed yielded heterogeneous ages that reflect a selective post-Hercynian disturbance of the K-Ar and Rb-Sr systems.

These minerais show post-crystallization reactions: chloritization of biotite and structural inversion of primary orthoclase to microcline. Petrographie studies suggest that these reactions are most probably deuteric. Hypothetically, it is suggested that specifie features acquired during deuteric reactions could favor latter disturbances of isotopie systems in response to thermal events. These could be due to hydrothermal fluid circulation related to Mesozoic rifting. Fluids would circulate through numerous fissures that affect the batholith, inducing the heat necessary to disturb the isotopie systems. However, the fresh collected samples for this isotopie study would have not been affected by considerable hydrothermal alterations.

Resum

El batàlit tardi-hercinià Català (1500 km2 , NE d'Espanya) compren principalment nombrosos plutons epizonals de granitoids que defineixen una associaci6 calcoalcalina rica en potassi. En el massls de Cadiretes, el complex granftic alcali de Tossa-St. Feliu presenta caracteristiques petrolàgiques que evidencien que es tracta d'una altra unitat intrusiva.

L'estudi geocronol6gic ⁴⁰Arf39Ar i Rb-Sr indica una successi6 molt ràpida dels diferents esdeveniments magmàtics.

Caracteritzaci6 petrologica del complex granftic alcali de Tossa-St. Feliu. lmplicacions petrogenètiques.

El complex alcali de Tossa-St. Feliu, que compren diverses intrusions molt àcides (Si0₂>74%) i leucocrates (minerais màfics < 5%), cobreix una extensi6 d'uns 67 km2 .

L'estudi dels contactes intrusius suggereix que es tracta d'una estructura en complex anular d'uns 10 km de diametre. Les dues intrusions principals, els leucogranits de Salions i del Cadiretes, representarien les cupules de dos dies anulars emplaçats per mecanismes successius de cauldron subsidence. A les vares d'aquestes intrusions, diversos stocks representen probablement un ultim die incomplet. Aquests stocks mostren una mida de gra fina a molt tina (microaplites) amb desenvolupament de textures micrografiques, i contenen cavitats miarolftiques. Aquestes caracteristiques suggereixen un emplaçament sub-volcànic.

El conjunt descrit està intruit per un eixam de dies associat de felsites, granàfirs i pàrfirs leucogranftics. Les diferents intrusions del complex es caracteritzen per una mineralogia molt pobre: quars, feldspat potàssic, plagiàclasi sàdica (oligoclasa a albita) i biotita. La presència dels dos feldspats, en proporcions comparables, indica una cristal.litzacio subsolvus. La biotita, unie mineral màfic, està enriquida en el component annita i en hal.làgens respecte de les biotites dels granits calcoalcalins. Els leucogranits del complex alcali son lleugerament peralumlnics. Es distingeixen geoqufmicament dels leucogranits calcoalcalins del batàlit Català pels seu contingut molt baix en CaO (<0.5%) i per una abundància relativent elevada en Ga, Zn, Nb, Th, REE. El conjunt de les caracteristiques mencionades (estructurals, petrogratiques i geoqu1miques) fan comparables ais granits alcalins de Tossa-St. Feliu amb els granits de tipus-A2.

En el batàlit Català, les intrusions calcoalcalines representen probablement llquids que haurien evolucionat per processos de cristal.litzaci6 fraccionada. L'estudi geoqulmic mostra que els leucogranits del complex alcali de Tossa-St. Feliu no estan genèticament associats a les intrusions calcoalcalines. Els magmes que varen donar lloc ais granits alcalins es varen generar probablement a partir de la fusi6 parcial a alta temperatura d'un protàlit anhidre a nivells profunds de l'escorça.

xii

Geocronologia implicacions en

40Arf39Ar i Rb-Sr. Historia magmàtica l'evoluci6 tèrmica post-herciniana

Les dades geocronolègiques que s'han obtingut suggereixen que el magmatisme tardi- hercinià del bloc costaner del batèlit català (massissos del Montnegre, del Cadiretes i de Beg ur, 1000 km2 ) es va produir en menys de 20 m.y. Les primeras manifestacions magmàtiques comprenen alguns cossos calcoalcalins de gabres i diorites. Le seva edat de cristal.litzaci6 no es coneix, pero en qualsevol cas, aquests cossos es varen rerfredar per sota de 550

oc

(edats 40Arf39Ar en amffbols) a 295.8±2.6 Ma (massfs de Begur) i a 291.1±1.6 Ma (massfs del Montnegre). Després, el gran volum de plutons calcoalcalins tonalftics a leucogranftics que consititueixen el batolit, es varen emplaçar al nivell de l'epizona, i es varen refredar ràpidament per sota de 350

o c

(edats 40Arf39Ar en biotita) a 287.8±2.2 (massfs de Begur), i a 285.5±1.9 Ma (massissos del Montnegre i del Cadiretes).

Un eixam de dies calcaoalcalins va intruir els plutons en contraste tèrmic. Les dades geoqufmiques suggerèixen que els plutons i els dies formen part del mateix conjunt intrusiu.

En el massfs de Cadiretes, la dataci6 d'un d'aquests dies dona una edat d'injecci6 de 284.5±2.8 Ma (edat 40Arf39Ar en amffbol), que no es distingeix, dins del marge d'error, de l'edat de refredament dels plutons. Aquestes dades suggereixen una successi6 molt ràpida dels diferents esdeveniments intrusius. L'edat absoluta i la durada del magmatisme alcali s6n més diffcils de precisar. Les observacions de camp indiquen que el leucogranit de Salions, i despres el del Cadiretes s6n les primeres intrusions que s'emplacen, seguides pels stocks sub-volcànics, i finalment pels dies associats. L'obtenci6 d'isocrones Rb-Sr (internes i sobre roca total) amb cine mostres que provenen del leucogranit de Salions i de dos stocks sub-volcànics, suggereix que llur cristallitzaci6 es deuria produir en un periode de temps relativament curt, comprès dins l'interval d'error de les isocrones, es a dir uns 5 m.y. Els valors absoluts de les edats obtingudes en aquestes isocrones (uns 275 Ma) estan probablement sub-estimats a causa d'inexactituds analftiques. La dataci6 40 Ar/39 Ar en biotita del leucogranit de Salions ha donat 286.5±1.8 Ma. Aquest resultat s'interpreta corn l'edat d'emplaçament del leucogranit de Salions, i correspondria doncs al començament del magmatisme alcalf. Aquesta edat no es distingeix de les edats de les intrusions calcoalcalines, considerant l'error de les dades obtingudes, la quai cosa reflecteix de nou una successio molt ràpida dels esdeveniments magmàtics.

Les biotites dels granits alcalins i la majoria dels feldspats potàssics datats donen edats molt heterogènies i rejovenides que evidencien una perturbaci6 selectiva post-herciniana dels sistemes Rb-Sr i K-Ar. Els minerais afectats mostren transformacions de post- cristal.litzaci6: clorititzaci6 de les biotites i inversi6 de l'estat estructural de les ortoses originals en microclina. L'estudi petrogràfic indica que aquestes transformacions s6n probablement deutèriques. Suggerim que les transformacions deutèriques deurien induir en aquests minerais caracteristiques particulars que afavoririen l'obertura dels sistemes isotopies. L'obertura dels sistemes isotopies d'aquests minerais estaria probablement deguda a perturbacions tèrmiques produides per una circulaci6 de fluids hidrotermals lligats ais riftings mesozoics. Els fluids circularien a través de les diàclasis que afecten al batolit, transmetent la calor necessària per a perturbar els sistemens isotopies, sense que les mostres analitzades patissin alteracions hidrotermals importants.

1.1 DEFINITION DU SUJET

CHAPITRE~

INTRODUCTION '

Le batholitè Catalan comprend l'ensemble des intrusions tardi-hercyniennes qui affleurent dans les Chaînes Côtières Catalanes, au NE de la Péninsule Ibérique (Fig. 1.1 ).

f

^200km

Figure 1.1

CJ COUVERTURE MESOZOIQUE ET TERTIAIRE

RSCJ

PRINCIPALES STRUCTURES ALPINES Chaîne Bétique et Pyrénées

MASSIFS HERCYNIENS:

Non affectés par la ceinture alpine Massif Ibérique

Affectés par la ceinture alpine A peine affectés: Chaîne Ibérique et Chaînes Côtières Catalanes Peu affectés: Pyrénées Affectés: Chaîne Bétique

Lithologies

r--~ Roches métamorphiques

l.__j paléozoïques et précambriennes - Granites péralumineux

- Granitoïdes calcoalcalins

Carte schématique structurale de la Péninsule Ibérique (d'après Julivert, 1987) et principaux affleurements des granites hercyniens (d'après Corretgé, 1983, Julivert et Martfnez, 1983 et Carreras et Santanach, 1983). Le complexe granitique alcalin du batholite Catalan n'est pas montré (voir Fig. 1.2).

Les Chaînes Côtières Catalanes (Fig. 1.2) comprennent deux ensembles montagneux de direction NE-SW, les Chaînes Littorale et Prélittorale, séparées par la Dépression Prélittorale. Il s'agit d'une structure néogène du type horst et graben. Les dépressions sont remplies par des sédiments essentiellement miocènes et pliocènes. Les chaînes comprennent un socle paléozoïque (batholite Catalan et encaissant métamorphique) et une couverture sédimentaire mésozoïque. Les graben néogènes divisent le socle paléozoïque en cinq massifs principaux, qui sont du SW au NE, les massifs de Prades, du Montnegre, du Cadiretes, de Montseny-Guilleries et de Gavarres-Begur.

Péninsule Ibérique

Couverture

D mésozoïque - tertiaire

D

Domaine alpin Domaine hercynien

200 km

Roches gost- galéozoïgues

D

Quaternaire

D

^Néogène

D

^Paléogène

mHEl

Mésozoïque

Massifs Hercyniens

Figure 1.2:

a: Carte de situation. CCC: ChaÎnes Côtieres Catalanes.

b: Schéma structural des ChaÎnes Côtières Catalanes.

c: Distribution des principaux massifs hercyniens des ChaÎnes Côtières Catalanes. Situation de l'aire d'étude.

Chaîne Pré littorale

J

Dépression Prélittorale Chaînes Chaîne Littorale CCôtiè1 res

ata anes Plaine Littorale

D Dépression de I'Ebre

œ

^{/ alcalins}

Granites~

batholite Catalan

E3

Granitoïdes tardi-hercynien calcoalcalins

Bloc Côtier du batholite Catalan

~

Paléozoïque

métamorphique

c

() I )>

-o =i

:D m

INTRODUCTION 3

En fonction des connaissances actuelles, le batholite, qui est de type composite, comprend deux unités magmatiques:

(1) les intrusions calcoalcalines: prédominantes et présentes dans les cinq massifs, où elles recouvrent une surface d'environ 1500 km2,

(2) le complexe granitique alcalin de Tossa-St. Feliu: d'environ 67 km2 de surface et situé dans le massif du Cadiretes, il constitue le principal objet d'étude de la recherche présentée.

Précisions sur le terme "granite alcalin":

Nous utilisons le terme "granite alcalin" dans le sens large employé par Bonin (1984), dans ses études du batholite tardi-hercynien corse, pour nommer les granites qui montrent une mise en place en complexes annulaires plutono-volcaniques dans un contexte tectonique post- à non-orogénique, après un événement calcoalcalin majeur (Rossi et Cocherie, 1991; Bonin 1990).

Appelés aussi granites de type-A (anorogéniques, Loiselle et Wones, 1979), ces granites peuvent être péralumineux, métalumineux ou peralcalins. Les premiers sont des granites à biotite (subsolvus à hypersolvus) qui se distinguent chimiquement des granites calcoalcalins qu'ils intrudent par de très faibles teneurs en CaO et par de hauts rapports (Na20+K20)/Ca0 qui reflètent leur affinité chimique plus alcaline. C'est le cas des granites que nous étudions dans le massif du Cadiretes.

1.2 DÉLIMITATION DE L'AIRE D'ÉTUDE ET OBJECTIFS

Les massifs du Montnegre, du Cadiretes et de Begur constituent le bloc côtier du batholite.

Ces trois massifs sont limités par des failles (failles du Besos, du Tardera et du Ridaura) qui sont probablement héritées de la déformation tardi-hercynienne. En effet, à proximité de ces fractures, les dykes tardi-hercyniens suivent des directions parallèles à celles des failles.

Le massif du Montnegre est compris entre les fleuves Bes6s et Tardera, et couvre une surface d'environ 600 km2. Les roches du batholite consistent essentiellement en des plutons de granodiorites, tonalites et leucogranites qui forment une association calcoalcaline riche en K20.

L'ensemble est recoupé par des dykes porphyriques génétiquement liés aux plutons, très nombreux dans la moitié méridionale du massif. C'est dans le massif du Montnegre que Solé (1993) a réalisé la première étude géochronologique systématique du batholite sur divers plutons: il met en évidence leur mise en place et leur refroidissement rapide entre 291 Ma et 285 Ma.

Le massif du Cadiretes est compris entre les fleuves Tardera et Ridaura, et couvre une surface d'environ 300 km2. Dans ce massif, les roches calcoalcalines sont nettement plus acides, il s'agit essentiellement de granodiorites et de leucogranites. Des dykes porphyriques associés recoupent les différents plutons. C'est dans ce massif que le complexe granitique alcalin de Tossa- St. Feliu se met en place.

Le massif de Begur comprend les intrusions au N et NE du fleuve Ridaura, qui ne couvrent

qu'environ 100 km 2. Il s'agit d'intrusions calcoalcalines de composition dioritique à

leucogranitique. Trois affleurements principaux, à Palam6s, Llafranc et Aiguablava, ont été

4 CHAPITRE 1

récemment étudiés par Pérez (1996), Pérez et al. (1997) et Enrique et al. (submitted). L'affleurement d'Aiguablava, qui est le plus septentrional du batholite, se caractérise par l'abondance de dykes et de sills de lamprophyres.

Notre principal objectif est d'étudier l'histoire magmatique du massif du Cadiretes. On se pose les questions suivantes:

-quel est l'âge du magmatisme calcoalcalin dans ce massif?

- quel est l'âge du complexe alcalin?

- quelle est la durée des deux événements magmatiques?

- sont-ils liés génétiquement?

Notre recherche comprend d'abord la caractérisation pétrographique des intrusions calcoalcalines et alcalines de ce massif. Un modèle de mise en place pour le complexe granitique alcalin est proposé. Par la suite, l'étude géochimique et géochronologique ⁴0ArJ39Ar et Rb-Sr nous permet de discuter l'évolution magmatique des deux associations intrusives. Des datations que nous avons aussi effectuées dans le massif de Segur, et l'intégration des données radiométriques disponibles sur le massif du Montnegre, nous permettent de proposer un modèle pour l'histoire magmatique tardi-hercynienne dans l'ensemble du bloc côtier du batholite.

1.3 EVOLUTION GEOLOGIQUE DES CHAINES COTIERES CATALANES

Depuis le Paléozoïque jusqu'aux temps présents, les Chaînes Côtières Catalanes ont suivi une évolution géologique relativement simple.

1.3.1 Le Paléozoïque

La séquence paléozoïque des Chaînes Côtières Catalanes (Julivert, 1987) comprend principalement des sédiments marins avec des roches ignées inter-stratifiées. Les matériaux les plus anciens datent du Cambro-Ordovicien. La séquence sédimentaire se termine par le faciès syn- tectonique du Culm (comparable au Flysch alpin) auquel on attribue un âge Viséen (Julivert et Martinez, 1983). La principale phase de déformation hercynienne s'exprime par des chevauchements et des plissements de direction NW-SE (Ashauer et Teichmüller, 1935; Llopis, 1947; Fontboté et Julivert, 1952; Solé-Sabarls, 1964), avec développement d'une schistosité associée. Le métamorphisme régional est du type basse pression et haute température, synchrone ou légèrement postérieur au paroxysme hercynien. Le faciès des schistes verts prédomine, avec développement du faciès de l'amphibolite dans les niveaux stratigraphiques les plus bas. Le batholite Catalan est post-cinématique: il fait intrusion, pendant les derniers stades de l'orogénèse, dans les roches paléozoïques déjà déformées et métamorphisées. C'est la période tardi-hercynienne qui, en Europe du SW, se caractérise par une déformation d'extension. Celle-ci est induite par l'affaissement de la chaîne Hercynienne, et s'exprime par des fractures en décrochements (Arthaud et Matte, 1975, 1977). Dans les Chaînes Côtières catalanes, ces décrochements tardi-hercyniens suivent une direction principale NE-SW et localement NW-SE

INTRODUCTION 5

qui, pendant l'histoire mésozoïque et tertiaire agiront en fractures normales ou inverses en fonction du champ de contraintes.

L'intrusion du batholite induit un métamorphisme de contact qui se superpose au métamorphisme régional en faciès schistes verts de l'encaissant, ce qui indique un niveau de mise en place peu profond des granitoïdes (épizone, Enrique, 1984}. Le batholite comprend divers plutons calcoalcalins essentiellement tonalitiques à leucogranitiques, recoupés par des dykes génétiquement associés, de texture porphyrique et de composition dioritique à granitique. Des dykes de lamprophyres calcoalcalins pourraient aussi appartenir à ce même épisode magmatique.

Par contre, des sills de lamprophyres alcalins, qui recoupent les précédents, appartiennent à un autre cycle magmatique (Chessex et al., 1965). Les datations 40Arf39Ar et Rb-Sr effectuées par Solé (1993) et par Del Moro et Enrique (1996) sur le Massif du Montnegre indiquent un âge de refroidissement de 285 Ma pour la séquence plutonique calcoalcaline.

Le complexe granitique alcalin de Tossa-St. Feliu comprend principalement deux plutons et plusieurs stocks sub-volcaniques, recoupés par des dykes porphyriques, granophyriques, et felsitiques génétiquement liés. Les relations observées sur le terrain montrent que les stocks sub- volcaniques sont postérieurs au magmatisme calcoalcalin.

La séquence sédimentaire paléozoïque et les caractéristiques de la déformation, du magmatisme et du métamorphisme hercyniens suggèrent que les roches paléozoïques des Chaînes Côtières Catalanes appartiennent à un fragment externe de la branche sud de la Chaîne Hercynienne (Julivert et Martinez, 1983; Julivert, 1987). Parce qu'elles sont isolées par des bassins sédimentaires mésozoïques et tertiaires, la corrélation des Chaînes Côtières Catalanes avec les massifs hercyniens voisins (Massif Ibérique, Massif Central et Bloc Corso-Sarde) n'est pas bien connue. D'après Julivert (1987), les affleurements hercyniens des Chaînes Côtières Catalanes (et des Pyrénées) sont à rattacher à la zone Astur-Occidental Leonesa du massif Ibérique (Fig.

1.3). Arthaud et Matte (1975) pensent que le bloc Corso-Sarde aurait été accolé à la marge orientale du continent ibérique (Fig. 1.4), le rapprochant donc des Chaînes Côtières Catalanes.

1.3.2 Le Mésozoïque

Pendant le Mésozoïque, la région est affectée par une tectonique d'extension. Celle-ci est liée à l'ouverture de la Tethys pendant le Trias surtout, et de l'Atlantique Central pendant le Jurassique principalement (Ziegler, 1993). Cette tectonique est contrôlée par des failles verticales héritées de la déformation tardi-hercynienne qui affectent le socle paléozoïque. Elles suivent une direction prédominante NW-SE (Trias-Jurassique principalement) et NE-SW (Jurassique-Crétacé principalement), en délimitant plusieurs blocs qui, pendant le Mésozoïque, suivent une évolution tectonique et sédimentaire distincte (Anad6n et al., 1979). Ainsi, la moitié NE des Chaînes Côtières Catalanes, où la plupart des roches paléozoïques sont aujourd'hui exposées, s'est comporté comme un grand bloc émergé, et la sédimentation Mésozoïque ne comprend qu'une couche du Trias Inférieur déposée localement. Par contre, dans la portion SW des Chaînes, des matériaux triasiques à crétacés sont déposés dans plusieurs bassins sédimentaires, dont le taux de subsidence croît vers le SW (Fig. 1.5). Ces sédiments enregistrent deux périodes de rifting avec subsidence rapide pendant le Trias (255-200 Ma) et le Jurassique Supérieur- Crétacé Inférieur (145-1 00 Ma), suivis par des périodes de post-rift à faible subsidence par relaxation thermique (Salas et Casas, 1993).

6

t

N ^{200 km} Figure 1.3

CHAPITRE 1

COUVERTURE MESOZOIQUE ET TERTIAIRE

PRINCIPALES STRUCTURES ALPINES

MASSIFS HERCYNIENS:

G Roches métamorphiques

· (Paléozoïque et Précambrien) - Granites péralumineux - Granitoïdes calcoalcalins

1-Zone Sud-portuguaise (Rhénohercynienne) 2- Zone de Ossa Morena

(Saxothuringienne) 3- Zone Centro-lbérique

(Moldanubienne) 4- Zone Astur-occidentai-

Leonesa

5- Zone Cantabrienne

Corrélation des massifs hercyniens dans la Péninsule Ibérique (modifié d'après Ju/ivert, 1987, Corretgé, 1983, Ju/ivert et Martfnez, 1983 et Carreras et Santanach, 1983). Les massifs hercyniens des ChaÎnes Côtières Catalanes sont à corréler avec la zone Astur- Occidentai-Leonesa du massif Ibérique.

Plaque Ibérique

Figure 1.4:

1!1

Fond océanique

~ Bassin externe

Monthoumet, Montagne Noire, Pyrénées et Chaînes Côtières catalanes nord

"Schistes de Cévennes"

et séries assimilées Zone à déformation maximum

Position du bloc Corso-Sarde pendant le Permien, accolé à la marge NE de la plaque Ibérique (d'après Arthaud et Matte, 1977).

INTRODUCTION 7

La plupart des datations K-Ar sur feldspaths potassiques effectuée$ par Solé (1993) dans le Massif du Montnegre fournissent des âges de -200 Ma. D'après cet auteur, ces âges expriment une perte d'Ar suite à un réchauffement thermique régional lié au rifting du Trias. Il existe une bonne corrélation entre ces âges perturbés et l'âge Trias supérieur-Jurassique (Canals et al., 1992) de minéralisations hydrothermales de Ba et F dans les sédiments du Trias inférieur (Buntsandstein, Mel gare jo et al., 1997).

Trias

Crétacé inférieur

Sédimentation:

!::::::::::;:::::::;:::::::;:::] nulle

D

^{0- 1000m}

> 1000 m

Figure 1.5

.-.

Jura~si:~~:>f f /'{.

...

Crétacé supérieur

~Orientation

^des

principaux bassins Bloc côtier du

batholite Catalan 100 km

l

Distribution et évolution des principaux bassins mésozoïques du NE de la Péninsule Ibérique et des /les Baléares (d'après Salas et Casas, 1993). La zone étudiée n'a subi qu'une sédimentation triasique.

8 CHAPITRE 1

1.3.3 Le Cénozoïque

Pendant le Crétacé Supérieur, une émersion de la région marque le début de l'Orogénèse Alpine (phase pyrénéenne). Durant le Paléogène, la collision entre les plaques Ibérique et Européenne génère une compression N-S en Ibérie (Guimerà, 1984). Cette compression mène à la formation de la Chaîne Ibérique et des Chaînes Côtières Catalanes qui peuvent être conçues comme une seule chaîne intermédiaire intra-continentale (Salas et Casas, 1993) où il ne s'est produit ni magmatisme ni métamorphisme. Dans les Chaînes Côtières Catalanes la tectonique est contrôlée par des failles de socle de direction NE-SW (Fig. 1.6), probablement héritées de la déformation tardi-hercynienne (Arthaud et Matte, 1975).

EOCENE INFERIEUR-MOYEN

OLIGOCENE MOYEN-SUPERIEUR

v v

. ^'

Chevauchement Faille inverse Faille de direction Axe de plissement

Figure 1.6:

EOCENE SUPERIEUR-OLIGOCENE

l

OLIGOCENE TRES SUPERIEUR

1

...,. Compression régionale

---i> Compression locale

Bloc côtier du batholite catalan

Evolution de la compression et des structures compressives menant à la formation des Châines Côtières Catalanes et de la ChaÎne Ibérique, pendant le Paléogène (d'après Guimerà,

1984).

INTRODUCTION 9

Ces fractures sont ensuite réactivées comme failles listriques normales pendant la distension néogène, qui donne la morphologie actuelle en horst et graben des Chaînes Côtières Catalanes (Roca et Guimerà, 1992). Celles-ci constituent la marge E du bassin ("trough'') de Valence, qui se raccorde vers le N avec le rift du Rhin. La tectonique distensive induit la réactivation des circuits hydrothermaux Mésozoïques, entraînant principalement des minéralisations de barite le long des fractures NW-SE (I.T.G.E., 1996). De même, un volcanisme (Fig. 1.7) se manifeste depuis la fin de l'Oligocène jusqu'aux temps récents (Ma rtf et al., 1992). Depuis le Miocène Moyen ( -1 0 Ma), il s'agit d'un volcanisme alcalin basaltique d'intraplaque. Celui-ci est en particulier bien développé dans la portion NE des Chaînes Côtières Catalanes, suivant le réseau de fractures NW- SE. La localisation des centres volcaniques est contrôlée par l'intersection des fractures NE-SW et NW-SE. Ce volcanisme est responsable de l'activité hydrothermale actuelle (Fig. 1.8), dont la température des réservoirs est comprise entre 26 et 119°C (Fernandez et Banda, 1989).

OLIGOCENE SUPERIEUR (?) - MIOCENE MOYFN MIOCENE MOYEN (?)-PRESENT

Volcanisme: Volcanisme:·

• Calcoalcalin o Alcalin

*

^Affinité

'-A

magmatique ' inconue

/

···'··-.

\ ... ~\

0 100 km

A ^A' B ^B'

• ^{-- --• ----} --·- -

Extension Compression Extension atténuée Extension

UIIJ

^Néogène (::::::)Chevauchements bétiques

1::: 1

Socle (Mésozoïque-Paléozoïque)

Figure 1.7

Structure du bassin de Valence et distribution du volcanisme associé à l'extension Néogène (D'après Martf et al., 1992). Les ChaÎnes Côtières Catalanes forment la marge E (émergée) du bassin.

1 0 CHAPITRE 1

(a) (b)

"n Source T (°C) T (°C)

1 0 Ribes de Fresser 24 35

11 La Mercè 20 95

1 2 St. Climent de Sescebes 3 8 71

1 3 Vilajuiga 15 44

14 Amer 14 26

1 1 5 El Pasteral 14 47

16 La sellera 15 76

1 7 St. Hilari de Sacalm 14 31 1 8 Font Grogues de

St. Gregori 17 79

1 9 Font d'en Coromines 15 88 2 0 Grup de Fonts de Girona 15-17 47

2 1 Madremanya 15 61

(a) (b) 2 2 Grup de Fonts

T (°C) T (°C) de la Selva 14 55

1 Lés 30 102 2 3 Caldes de Malavella 60 119

2 Arties 40 94 2 4 Sta. Coloma de Farners 42 89 3 Tredos 38 108 2 5 Grup de Fonts de

4 Caldes de Bohf 56 100 la L\agostera 14-18 95

5 Espot 28 11 0 26 Caldetas 39 93

0 40Km

N

EB

6 Les Escaldes 64 102 2 7 La Garriga 61 105

7 Font del Rec 35 80 2 8 Ca Ides de Montbui 70 122 8 Sant Vicenç 38 86 2 9 La Puda de Montserrat 28 80 9 Senillers 30 81 3 0 Fontcalda de Gandesa 28 30

Figure 1.8:

Distribution des sources hydrothermales actuelles des ChaÎnes Côtières Catalanes et des Pyrénées. (a) température de sortie (b) température du réservoir. D'après Fernandez et Banda (1989).

1.4 TRAVAUX ANTÉRIEURS

Les premières études sur les roches magmatiques des Chaînes Côtières Catalanes sont dues à Adan de Yarza (1898) qui distingue trois types de granites (normal, porphyroïde et granulite).

Par la suite, la pétrologie et la tectonique ont été étudiées conjointement. Parmi les grands travaux classiques il faut citer:

1914: Aimera publie la première cartographie topographique et géologique de la province de Barcelone. Il distingue granite et granulite.

1929: Schriel réalise la première étude tectonique des Chaînes Côtières Catalanes.

1934: Llopis identifie les "massifs leucogranitiques sub-volcaniques" dans le complexe granitique alcalin de Tossa-St. Feliu. Cet auteur remarque l'absence de dykes porphyriques qui les recoupent, ce qui indiquerait leur postériorité.

1934: San Miguel de la Camara déduit cinq épisodes magmatiques dans les Chaînes Côtières Catalanes (intrusions plutoniques hercyniennes, réseau filonien porphyrique, stocks sub- volcaniques de Tossa-St. Feliu, dykes quartzifères Alpins et volcanisme tertiaire-quaternaire).

1935: Ashauer et Teichmüller remarquent le caractère post-tectonique du batholite.

1939: San Miguel de la Cama ra attribue un âge post-Carbonifère et pré-Trias aux dykes du Montnegre.

INTRODUCTION 11

1947: Marcet étudie les roches intrusives du massif des Gavarres. Dans le massif du Cadiretes il reconnaît des structures dômiques dans les stocks sub-volcaniques de Tossa-St. Feliu.

1951: Van der Sijp réalise une thèse en pétrologie sur la Chaîne Prélittorale.

1952: Fontboté et Julivert donnent des précisions sur les mouvements hercyniens en Catalogne.

1964: Solé Sabarfs publie une étude morphostructurelle des Chaînes Côtières Catalanes.

Les premières datations radiométriques sur le batholite Catalan ont été réalisées par Chessex et al. (1965) par la méthode K-Ar sur roche totale. Ces auteurs obtiennent respectivement des âges permiens et jurassiques pour des plutons et des lamprophyres alcalins du massif de Segur.

Deux ans plus tard, la thèse de Montoto (1965) soutient des idées transformistes pour la genèse de l'ensemble des granitoïdes des Chaînes Côtières Catalanes.

Vers la fin des années 1970s, Enrique débute ses études sur le Massif du Montnegre, qu'il cartographie en détail (1985), et déduit le caractère épizonal du batholite. Il soutient une mise en place par "magmatic stoping" des différents plutons, et établi (1984, 1985) que l'ensemble des intrusions forment une association calcoalcaline riche en K20, les roches étant liées à un processus commun de différentiation. En 1987, Enrique et Debon publient la première isochrone Rb-Sr sur roches totales du Montnegre, pour laquelle ils obtiennent un âge de 269±4 Ma.

Les travaux plus récents réalisés sur le batholite catalan sont les études isotopiques menées sur divers plutons du Massif du Montnegre par Solé (1993). Cet auteur obtient des âges compris entre -291 Ma et -284 Ma par les méthodes K-Ar et ⁴0ArJ39Ar sur amphiboles et biotites. Ces valeurs sont interprétées comme des âges de refroidissement du batholite en dessous de 550°C et 350°C, respectivement. Des âges de 291 Ma sont obtenus par la méthode Rb-Sr (isochrones internes et sur roches totales). Les relations isotopiques initiales du Sr sont de 0.709 pour des gabbros et de 0.710-0.711 pour des granodiorites et granites, ce qui indique une importante participation crustale pour la génération des magmas. Les feldspaths potassiques analysés par les méthodes K-Ar et ⁴0ArJ39Ar ont fourni des âges compris entre -270 Ma et -200 Ma. Ces résultats indiquent une perte d'Ar, qui pourrait être liée à un réchauffement régional dû aux phénomènes de rifting pendant le Trias.

Solé (1993) remarque qu'il existe une corrélation entre l'âge et la structure des feldspaths. Les orthoses (monocliniques) fourniraient les âges de refroidissement des plutons ( -270 Ma).

Par contre, les feldspaths qui montrent une inversion monoclinique --> triclinique (qui se traduit par la présence de microcline intermédiaire à maximum), donneraient des âges plus jeunes (-200 Ma). Ces âges pourraient correspondre à l'âge de l'inversion de la structure du feldspath, qui comporterait une perte d'Ar synchrone; ou bien à une plus faible rétention de l'Ar dans le microcline; en tout cas en réponse au réchauffement régional lié au rifting triasique. Cependant, le processus géologique qui induirait le réchauffement n'est pas bien établi. Ce même auteur montre que les datations K-Ar de la biotite donnent des âges d'autant plus vieux que l'échantillon contient plus de chlorite, car celle-ci pourrait trapper de l'Ar. L'étude géochronologique de Solé (1993) sur le Massif du Montnegre apporte les premières données qui permettent d'estimer une histoire magmatique et thermique pour cette partie du batholite.

Un peu plus au nord, le secteur de Tossa, dans le massif du Cadiretes, est cartographié en détail (Ferrés, 1994). Le complexe granitique alcalin, qui comprend essentiellement des plutons à grain grossier à fin, plusieurs stocks sub-volcaniques, et un système associé de dykes felsitiques, granophyriques et porphyriques, est identifié. La caractérisation pétrologique et géochimique de

1 2 CHAPITRE 1

ces leucogranites met en évidence leur affinité avec des granites alcalins, et en particulier, avec les granites alcalins biotitiques subsolvus de la lignée péralumineuse de Corse (Sonin, 1990;

Ferrés et Enrique, 1996).

En considérant l'ensemble du bloc côtier du batholite, en fonction de critères minéralogiques et géochimiques, Ferrés et al. (1995) subdivisent en trois groupes les intrusions leucogranitiques dont les teneurs en Si02 sont supérieures à 73%: (1) les leucogranites biotitiques calcoalcalins s.s. forment des plutons à grain moyen-fin, dont les teneurs en CaO sont supérieures à 1 %; (2) les leucogranites calcoalcalins très différenciés peuvent former des plutons à grain fin ou bien la partie apicale ou de bordure des leucogranites s.s. Ils ont des teneurs en CaO comprises entre 0.5% et 1% et présentent des minéraux accessoires péralumineux (muscovite et/ou grenat); (3) finalement, les leucogranites biotitiques alcalins forment un complexe beaucoup plus volumineux, comprennent des stocks sub-volcaniques qui sont absents parmi les intrusions calcoalcalines, et ont des teneurs en CaO inférieures à 0.5%.

Dans le massif de Segur, les affleurements de Palam6s et de Llafranc, qui montrent des mélanges de magmas calcoalcalins acides-basiques, ont été étudiés par Pérez (1996) et Pérez et al. (1997). Finalement, l'affleurement d'Aiguablava, qui comprend plusieurs plutons calcoalcalins recoupés par de nombreux dykes et sills lamprophyriques a été récemment cartographié par Enrique et al. (submitted).

1.5 TRAVAIL EFFECTUE

Les méthodes analytiques sont présentées à l'annexe 1.

Massif du Cadiretes:

Dans le massif du Cadiretes, le complexe granitique alcalin de Tossa-St. Feliu et son encaissant calcoalcalin ont été cartographiés au 1/5000. L'étude pétrologique des différents types intrusifs identifiés a été réalisée. Cette étude comprend des analyses chimiques sur roche totale, et l'analyse de la chimie des minéraux essentiels à la microsonde électronique.

Par diffraction de rayons X nous avons déterminé l'état structural des feldspaths potassiques datés par la méthode 40Arf39Ar.

L'étude chronologique comprend 25 datations par la méthodes 40Arf39Ar (sur biotite, hornblende et feldspath potassique), 8 déterminations K-Ar (sur biotite, feldspath potassique et roche totale), et 18 analyses Rb-Sr (sur roche totale, biotite, feldspath potassique et plagioclase). Les échantillons datés sont 12 leucogranites du complexe alcalin de Tossa-St. Feliu et 5 granitoïdes calcoalcalins.

Massif de Segur:

Dans le but de compléter les données géochronologiques sur l'ensemble du bloc côtier, nous avons effectué des datations 40Arf39Ar sur amphibole, biotite et feldspath potassique de 7 échantillons calcoalcalins du massif de Segur.