Géologie et pétrologie de l'Archéen de Guinée : une contribution régionale à la formation de la croûte continentale - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2005

Geology and petrology of Archean rocks in Guinea: a regional contribution to the knowledge of continental crust formation

Géologie et pétrologie de l'Archéen de Guinée : une contribution régionale à la formation de la croûte continentale

Résumé

The formation of the continental crust is one of the main topics of geosciences and, in this debate, the geologist plays a major role allowing the knowledge of the composition of the Earth surface and timing of the events responsible for the building of the crust. Once achieved the space and time framework of a given " piece " of continental crust, the main problems concern both the processes by which the crustal matter is created and those by which this matter differentiates, which may include chemical (magmatism, hydorthermalism) and physical (déformation, metamorphism) processes. This memoir is an attempt to reconstruct the mechanisms reponsible for the building and differentiation of the Archean crust of the south-western part of W-Africa from the data collected during different mapping projects of the BRGM in eastern and centre Guinea (south-east Guinea, 1998-1999 ; north-east Guinea, 1998-1999 ; centre Guinea, 2001-2003). My approach is essentially magmatologic with the aim of deciphering the origin of magmas and their mechanisms of differentiation. For this aim, the method used is mainly systematic and based on a comparison between the geochemical signatures of Archean rocks and those of recent rocks, as well as on a measure of the trace element fractionation of the sources of Archean magmas relative to a primordial mantle and to the sources of recent magmas. In the south-western part of W-Africa, the formation and differentiation of the Archean craton (the Kénéma-Man domain) has resulted from four major stages : 1/ Paleoarchean (~ 3.5 Ga) ; 2/ Leonean (~ 3.1-2.95 Ga) ; 3/ Liberian (~ 2.9-2.8 Ga) ; 4/ Late-eburnean (~ 2.1-2 Ga). The Paleoarchean stage is marked by the emplacement of moderately potassic granitoids with the common geochemical signatures of magmas derived from the high-P melting of subducted basic materials (" slab melts "). A the same time, basic rocks were actually subducted, eclogitised and stored in the subcontinental mantle and those rocks reappeared during the Mesozoic (~ 100-200 Ma) as enclaves in kimberlites from Sierra Leone (Barth et al., 2002b). Most of them are deeply contaminated by the kimberlitic magma. The geochemical signatures of the Paleoarchean granitoids suggest that they resulted from the low degree partial melting of a primordial basaltic protolith, and rare (one or two) uncontaminated eclogites actually show the geochemical signature required for that protolith. The Leonean stage resulted in the emplacement of basaltic (greenstone) to felsic (gneiss, granitoids), and rarely ultramafic, magmatic rocks, and some sedimentary rocks (quartzites, Fe-quartzites, paragneiss ...). The main point is the clearly orogenic signature of some of the basaltic rocks which suggests the working of an Archean " cold " (or at least " mild ") subduction comparable to recent ones. In addition, the signatures of some of the basic magmatic rocks suggests the persistence of a primordial mantle below the Archean craton during the Leonean. Finally, the intermediate to felsic magmatic rocks appear to have been largely contaminated by the Paleoarchean crust. In Guinea as in Ivory Coast (Kouamélan et al., 1977a-b), the Liberian appears as a major stage of crustal differentiation rather than one of crustal accretion. Some rare basic rocks witness the persistence of a primordial mantle as that time, but more than 99% of the Liberian magmatism is composed of felsic rocks. The most abundant are moderately to highly potassic granitoids with high contents of incompatible elements (Th, LREE ...), and they are often closely associated with migmatites. Amongst the granitoids, charnockite constitutes a petrologically important, despite volumetrically restricted, type, which attests for high-T metamorphic conditions in the lower crust probably responsible for the Liberian event. This event is interpreted as a generalized stage of partial melting of the lower crust under water-undersaturated conditions. Such conditions enable the partial melting at a limited degree of the Paleoarchean to Leonean felsic rocks and therefore a marked enrichment of the magmas in incompatible elements. It is suggested that the Liberian thermic event could have resulted from an injection of mafic magmas at the base of the Paleoarchean to Leonean crust but this question should required further investigations. The last " orogenic " event suffered by the craton is a partial remobilization during the late Paleoproterozoic (Late-Eburnean event) associated with strike-slip tectonics probably caused by the collision between the newly formed Birimian crust (~ 2.2-2.1 Ga) and the Archean craton. Shortly before this event, juvenile ultramafic (komatiites) to mafic (tholeiites) lavas emplaced along the margin of the craton. Their geochemical signatures suggest the involvement of both a primordial mantle and a Th-depleted constituent thought to resulted from the recycling of Paleoarchean to Leonean subducted slabs. Finally, as suggested by its mean surface composition, the Archean upper continental crust of W-Africa appears slightly more felsic and less mafic than the average present upper continental crust (Taylor and MacLennan, 1985). Nevertheless, these slight differences cannot account for some major differences between the geochemical signatures. In particular, the Archean crust of W-Africa is four-times poorer in Ta and Nb than the average upper continental crust, but it is significantly more HREE-fractionated and LREE-enriched. Is is also 1.5- to 2-times richer in Th and Ba. Thus, the Archean events have resulted in the production of an upper continental crust with a granodioritic composition very close to the average upper continental crust, but with a specific and more " orogenic " and " slab-melt-like " signature
La formation de la croûte continentale est l'un des problèmes majeurs posés aux géoscientifiques. Parmi eux, le géologue peut apporter des éléments de réponse fondamentaux, c'est effectivement lui qui " image " la surface de la croûte au travers de la carte et en retrace les principaux " actes fondateurs " au travers des reconstitutions lithostratigraphiques. Une fois ces cadres posés, la réflexion porte à la fois sur les mécanismes qui ont produit la matière et ceux qui l'ont façonnée, qu'il s'agisse de phénomènes chimiques (magmatisme, hydrothermalisme) ou physiques (déformation, métamorphisme). L'objet de ce mémoire est de tenter de comprendre quels processus ont opéré durant les grandes étapes de la formation de la croûte archéenne de la partie SW de l'Afrique de l'Ouest, à partir des informations collectées dans le cadre de projets de cartographie du BRGM dans l'est et le centre de la Guinée (sud-est Guinée, 1998-1999 ; nord-est Guinée, 1998-1999 ; centre Guinée, 2001-2003). L'approche est essentiellement magmatologique, avec comme objectifs de cerner l'origine des magmas et leurs mécanismes de différenciation. Dans ce but, une démarche systématique est largement utilisée, qui s'appuie sur une comparaison entre les " signatures " géochimiques des roches archéennes et celles de roches modernes, ainsi que sur une mesure de l'état de fractionnement des sources des magmas archéens relativement au manteau primordial et aux sources des magmas modernes. Dans le SW de l'Afrique de l'Ouest, la formation et la différenciation du craton archéen (le domaine de Kénéma-Man) a procédé en quatre étapes majeures : 1/ paléoarchéenne (~ 3,5 Ga) ; 2/ léonienne (~ 3,1-2,95 Ga) ; 3/ libérienne (~ 2,9-2,8 Ga) ; 4/ tardiéburnéenne (~ 2,1-2 Ga). L'étape paléoarchéenne est principalement marquée par la mise en place de granitoïdes assez potassiques, aux signatures géochimiques communes de magmas produits par fusion à haute pression de matériaux basiques (ou " slab melts "). A la même époque, des roches basiques sont effectivement subductées, éclogitisées, puis stockées dans le manteau sous-continental, et c'est seulement au Mésozoïque (~ 100-200 Ma) que des kimberlites du Sierra Leone raméneront en surface ces témoins de " slabs " archéens, dont la plupart sont profondément contaminés par les magmas kimberlitiques (Barth et al., 2002b). Les signatures géochimiques des granitoïdes permettent de les interpréter comme des produits de la fusion partielle à faible degré d'un matériau basaltique primordial dont pourraient témoigner un ou deux rares échantillons d'éclogite ayant échappé à la contamination par les kimberlites. L'étape léonienne se traduit par la mise en place d'un ensemble de roches magmatiques basaltiques (greenstone) à acides (gneiss, granitoïdes), rarement ultramafiques, et de roches sédimentaires (quartzites, Fe-quartzites, paragneiss ...). Le point essentiel est la signature clairement orogénique de certaines roches basaltiques qui suggère le fonctionnement d'une subduction " froide " (ou tout au moins " tiède ") comparable aux subductions actuelles. Par ailleurs, le magmatisme léonien porte la trace de la permanence d'un manteau primordial à l'aplomb du craton et d'une différenciation possible des magmas vers des termes intermédiaires et acides dont certains semblent largement contaminés par la croûte paléoarchéenne. En Guinée comme en Côte d'Ivoire (Kouamélan et al., 1997a-b), l'étape libérienne est essentiellement une période de différenciation crustale, sans indice d'une accrétion significative. Quelques rares roches basiques témoignent de la permanence d'un manteau primordial à l'aplomb du craton, mais plus de 99% des roches libériennes visibles en surface sont acides. Les granitoïdes, souvent assez potassiques et particulièrement riches en éléments incompatibles (Th, terres rares légères ...), sont les plus abondants et des migmatites leur sont souvent étoitement associées. Parmi les granitoïdes, des charnockites constituent un type subordonné, mais qui témoigne des conditions de haute température probablement à l'origine de l'événement libérien. Celui-ci est interpété comme un épisode de fusion généralisé de la croûte, en conditions sous-saturées en H2O, ayant permis la production des granites riches en éléments incompatibles par fusion partielle à taux limité de précurseurs acides paléoarchéens à léoniens. Le moteur thermique de cet événement pourrait être l'injection de magmas mafiques en base de croûte, mais ce point reste à étayer. Le dernier événement " orogénique " subi par le craton est une remobilisation partielle au Paléoprotérozoïque supérieur (événement tardi-éburnéen), associée à une tectonique décrochante liée à la collision entre la croûte birimienne (~ 2,2-2,1 Ga) à peine achevée et le bloc archéen. En prélude à cet événement, un magmatisme juvénile se développe à la marge du craton qui associe des laves ultramafiques (komatiites) et mafiques (tholéiites). Là encore, les magmas semblent largement alimentés par un réservoir mantellique primordial qui recycle partiellement un constituant sélectivement appauvri en Th interprété comme l'héritage de " slabs " précédemment subductés. Finalement, telle qu'en témoigne sa composition de surface, la croûte supérieure archéenne d'Afrique de l'ouest apparaît un peu plus acide et très légèrement moins mafique que la moyenne proposée pour la croûte continentale supérieure moyenne (Taylor et MacLennan, 1985). Néanmoins, ces différences ne peuvent en expliquer d'autres, qui portent spécifiquement sur les éléments incompatibles. En premier lieu, la croûte archéenne d'Afrique de l'ouest apparaît quatre fois plus pauvre en Ta et Nb et significativement plus fractionnée en terres rares lourdes et plus enrichie en terres rares légères que la croûte supéreure moyenne. Elle est également plus riche en Ba et Th. Globalement, les processus archéens ont permis la production d'une croûte supérieure très proche de la croûte moyenne et globalement granodioritique, mais cette croûte archéenne présente une signature géochimique spécifique, plus " orogénique " que celle de la croûte moyenne, et où l'effet du slab melting transparaît nettement.
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tel-00830519 , version 1 (05-06-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00830519 , version 1

Citer

Denis Thiéblemont. Géologie et pétrologie de l'Archéen de Guinée : une contribution régionale à la formation de la croûte continentale. Géochimie. Université de Bretagne occidentale - Brest, 2005. ⟨tel-00830519⟩
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