Déformation des roches ultramafiques liée à l'exhumation dans les dorsales et les transitions océan continent

par Suzanne Picazo

Thèse de doctorat en Géologie. Géosciences marines

Sous la direction de Mathilde Cannat et de Gianreto Manatschal.

Soutenue en 2012

à Paris, Institut de physique du globe .


  • Résumé

    L’exhumation des roches d’origine mantellaire est très répandue au niveau des dorsales océaniques lentes et ultralentes ainsi que dans les marges continentales passives. Ce processus se fait au moyen de failles de détachement. Les modèles thermo-mécaniques prédisent un adoucissement extrême des roches ultramafiques le long de la faille de détachement mais les processus de déformation qui conduisent à cet adoucissement sont peu contraints à ce jour. Ce travail est dédié à la compréhension des processus de déformation dans les systèmes d’exhumation en contexte extensif de dorsale ou de transition continent/océan (TOC) ainsi que les assemblages minéralogiques qui y sont associés. L’étude se base sur l’analyse pétro-structurale de roches échantillonnées dans la dorsale Médio-Atlantique (campagne Serpentine, 2007) autour des sites hydrothermaux de Ashadze (13°N) et Logatchev (15°N), prélevés sur le terrain dans la relique de TOC de Totalp (Alpes Suisses) et forés sur la Marge Ibérique (forage ODP Leg 173 Hole 1070). Notre étude montre que les roches d’origine mantellaire dans les niveaux supérieurs du mur du détachement enregistrent une succession de déformations cassantes et plastiques à semi-cassantes. Dans les échantillons de la dorsale Atlantique, on observe des déformations antérieures à la serpentinisation qui sont clairement favorisées par les produits d’altération hydrothermale d’injections gabbroïques dans la péridotite (trémolite, chlorite). Nous montrons expérimentalement que le coefficient de friction de la trémolite entre 500° et 600°C (0,4 à 0,65) est comparable à celui de la serpentine. Après la serpentinisation, la déformation de nos échantillons de dorsale est favorisée par le talc qui cristallise suite à une altération hydrothermale des serpentines par des fluides riches en Si (sans doute suite à une interaction avec des roches mafiques). Il apparait donc que le fonctionnement des détachements de la dorsale Atlantique est largement conditionné par l’injection de magmas près de la faille. Ces caractéristiques ne se retrouvent pas dans nos échantillons de TOC. Ces échantillons montrent une séquence cataclasites-gouges qui affecte les péridotites serpentinisées et qui fait appel, dans les niveaux les plus déformés, à une déformation plastique de la serpentine. Dans ce cas c’est donc la rhéologie (fragile puis plastique) de la serpentine qui contrôle le fonctionnement du détachement. Cette séquence cataclasites-gouges de serpentinites se retrouve dans certains faciès échantillonnés à l’axe de la dorsale Atlantique et contribue donc à la déformation près du détachement après serpentinisation des péridotites. Enfin nous remarquons que les échantillons de TOC ont subi une forte carbonatation par remplacement statique de la serpentinite, probablement après leur mise en place dans le plancher océanique. Nous ne retrouvons pas cette carbonatation dans nos échantillons de dorsales. Dans ces échantillons par contre, on observe la cristallisation de carbonates dans des veines associées à une fracturation de la serpentinite, probablement près de la faille de détachement à la fin de l’exhumation.

  • Titre traduit

    Ultramafic rocks deformation link to their exhumation in mid ocean ridges and ocean continent transitions


  • Résumé

    The exhumation of mantle-derived rocks is widespread in slow and ultraslow Mid-Ocean Ridges and in passive continental margins. This process is done by means of detachment faults. The thermo-mechanical models predict an extreme softening of ultramafic rocks along the detachment fault but the deformation process leading to this weakening are not yet constrained. This work is focused on the understanding of the deformation process during exhumation in extensive domains as ridges or ocean continent transitions (OCT) and the mineral assemblages associated with it. The study is based on petro-structural analysis of rocks sampled in the Mid-Atlantic Ridge (Serpentine cruise, 2007) around the hydrothermal sites of Ashadze (13°N) and Logatchev (15°N), in the relict of the Totalp OCT (Swiss Alps) and drilled on the Iberian margin (ODP Leg 173 Hole 1070). Our study shows that the ultramafic rocks in the upper levels of the footwall of the detachment fault undergo a series of plastic to semi-brittle deformations and brittle deformations. In samples from the Mid-Atlantic Ridge, we observe deformations prior to serpentinization that are clearly favored by the products of hydrothermal alteration of gabbroic injections in the peridotite (tremolite, chlorite). We show experimentally that the friction coefficient of tremolite between 500° and 600°C (0. 4 to 0. 65) is comparable to that of serpentine. After serpentinization, the deformation of our ridge sample set is favored by talc which crystallized after hydrothermal alteration of serpentine by fluids Si-rich (probably due to an interaction with mafic rocks). It therefore appears that the detachments in the Atlantic ridge is largely influenced by the injection of magma near the fault. These features are not found in our samples from OCT. These samples show a cataclasites gougessequence that affects the serpentinized peridotites and in the most deformed levels, that brings out to a plastic deformation of serpentine. In this case the rheology (brittle and then plastic) of serpentine controls the detachment fault. This sequence of serpentinite gouges and cataclasites is found in certain facies sampled at the axis of the Mid-Atlantic Ridge and thus contributes to the deformation near the detachment after serpentinization of peridotites. Finally we note that samples of OCT have been replaced by a strong static carbonatation of serpentinite, probably after their emplacement in the paleo-seafloor. We do not find the carbonatation in our samples from MAR. Instead in these samples, there is the crystallization of carbonates in veins associated with a fracture of the serpentinite, probably near the detachment fault at the end of the exhumation.

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  • Détails : 1 vol. (259 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.67-71 et p.118-122

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  • Cote : T GLOB 2012 010

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