La croûte océanique
Pétrologie et dynamique endogènes

Sommaire et contenu du livre "La croûte océanique - Pétrologie et dynamique endogènes"

Table des matières Avant-propos 1 Chapitre 1. Généralités: océans, continents et le cycle fondamental de la lithosphère océanique 3 1. Le visage actuel de l'océan mondial 3 a) Surface et distribution de l'océan mondial 3 b) La dualité fondamentale de la croûte terrestre 4 c) Les grands traits physiographiques des bassins océaniques 5 2. L'expansion continue des fonds océaniques, fondement de la tectonique des plaques. Croûte océanique, lithosphère et asthénosphère 6 3. L'âge de la croûte océanique et la cinématique des océans 8 a) Les anomalies magnétiques, véritables stries de croissance des océans 8 b) Décroissance du flux thermique et de l'altitude en fonction de la distance à l'axe 10 4. L'âge des océans et les divers stades d'évolution des bassins océaniques 12 a) Âge de la croûte et âge des bassins océaniques 12 b) Le cycle de Wilson .. , 13 5. La rupture continentale et l'ouverture océanique: la transition continent-océan au niveau des marges continentales passives 15 a) Un exemple de marge passive non volcanique acruelle : la marge continentale ouest-ibérique, et la marge conjuguée deTerre-Neuve 18 b) Un exemple de marges passives non volcaniques fossile: les marges continentales passives du bassin liguro-piémontais dans les Alpes 20 c) Les marges passives volcaniques 24 6. Le cycle fondamental de la lithosphère océanique 25 a) L'extraction du manteau: genèse de la croûte océanique (chapitres 7 et 8) 25 b) L'interaction basalte-eau de mer (chapitre 9) 26 c) Le voyage intraplaque et la rencontre des points chauds (chapitre 10) 26 d) Le retour au manteau (chapitre 11) 26 e) La croûte océanique relique dans un manteau hétérogène (chapitre 12) 26 7. L'exception ophiolitique 27 Chapitre 2. Les séries magmatiques 29 1. Sites géodynamiques des basaltes océaniques 29 2. La fusion partielle du manteau 31 a) Composition du manteau supérieur 32 b) Genèse des magmas basaltiques 34 c) Modalités de la fusion partielle et de l'extraction des magmas 36 3. Basaltes océaniques et hétérogénéité du manteau 38 a) Composition isotopique des basaltes océaniques 38 b) Métasomatose ou contamination? 40 4. La diversité des basaltes des domaines océaniques 41 a) Critères de classification 42 b) Éléments en traces et diversité des basahes et de leurs sources 43 c) MORE et BABB : les basahes des zones d'accrétion océanique 47 d) OPB et OIE : les basahes intraplaque océanique 49 e) lAB, boninîtes, adakites : les magmas des zones de subduction 52 5. Les séries magmatiques des domaines océaniques 56 a) Mécanismes d'évolution 56 b) Les séries tholéiitiques 58 c) Les séries alcalines 60 d) Les séries des zones de subduction/collision 63 Chapitre 3. Méthodes d'études de la croûte océanique actuelle 71 1. Cartographie et imagerie acoustique des fonds océaniques 72 a) Les sondeurs bathymétriques monofaisceau 73 b) Du sondeur monofaisceau au sondeur bathymétrique muhifaisceau : de la ligne au boulevard... . 75 c) Le sonar latéral, ou la «photographie acoustique ,) des grands fonds 77 d) L'espace au service de la cartographie des fonds océaniques 80 2. Les levés géophysiques 82 a) Les levés sismiques 82 b) Les levés magnétiques 83 c) Les levés gravimétriques 83 3. Les méthodes d'échantillonnage 84 -Le programme international actuel IODP, 91 -Forage de la lithosphère océanique, 91 -Le forage sur croûte nue donne l'accès à la zone axiale des dorsales, 92 -Carac­ téristiques de l'échantillonnage, 93 -Stockage des carones de forage, 94 -Mesures L'ère des grands bathyscaphes et des records de profondeur, 96 -L'avènement des Les véhicules remorqués, ancêtres des ROV, 100 -Les ROV téléguidés depuis un navire de surface, 100 -Les ROV téléguidés à partir des submersibles, 101 -Les a) Dragage 84 b) Carottage 86 c) Forage océanique profond 87 Principe du navire-foreur, 87 -Le programme international de forages profonds, 88 diagraphiques (loggings) et mesures de fond de puits, 95 d) Prélèvements par submersible habité 96 submersibles CC grande profondeur ,) de moins de vingt tonnes, 96 e) Les robots sous-marins 98 AUV, véhicules sous-marins complètement autonomes, 101 Chapitre 4. La dorsale océanique mondiale. Extension morphologique et segmentation 105 1. Les reliefs de la dorsale. Extension géographique 105 2. Morphologie transversale et taux d'ouverture 107 3. Morphologie longitudinale: segmentation axiale de la dorsale 108 a) Segmentation de premier ordre. Failles transformantes et zones de fracrures 108 b) Segmentation axiale (' fine »des dorsales et notion de segment élémentaire d'accrétion 109 Dorsales rapides : exemple de la dorsale est-pacifique, III -Dorsales lentes : exemple de la dorsale médio-atlantique dans l'Atlantique Nord, 115 Chapitre 5. Structure et lithologie de la croûte océanique des océans actuels 125 1. Structure sismique de la croûte océanique actuelle 125 a) Description générale 126 Une croûte océanique mince, 126 -Une croûte océanique litée, 126 -Une épaisseur constante, 129 -Les limites du modèle à couches de vitesses homogènes, 131 -Le modèle à gradients de vitesses, 132 -L'absence de réflecteurs continus, 133 b) Interprétation lithologique des profils sismiques 133 c) Strucrure sismique des zones de fracture 137 2. Échantillonnage et structure lithologique de la croûte des océans actuels 138 a) Le tissu crustal continu des dorsales rapides: la dorsale est-pacifique et ses ramifications 140 Le puits 5048, 140 -Le puits 12560, 144 -Le Hess Deep, 145 -Conclusion sur la croûte des dorsales rapides,153 b) Le tissu crustal discontinu des dorsales lentes: la dorsale médio-atlantique et la dorsale sud-ouest indienne 153 La dorsale médio-atlantique, 153 -La dorsale sud-ouest-indienne, 175 -Conclusion sur la croûte des dorsales lentes, 181 c) La croûte très discontinue des dorsales ultra-lentes 183 3. Conclusions sur la structure et la lithologie de la croûte océanique actuelle 184 a) Structure sismique 184 b) Structure lithologique 185 c) Profondeur du toit de la chambre magmatique à l'axe 186 Chapitre 6. Structure et lithologie de la croûte océanique fossile dans les ophiolites 189 1. Les ophiolites, marqueurs des fermetures océaniques 189 2. Rappel historique 191 a) Des laccolites de Steinmann aux grands épanchements sous-marins: le concept co-génétique 191 b) La découverte du manteau dans les ophiolites 191 c) Le (' manifeste ophiolitique» de 1972 193 d) La géochimie met en évidence la diversité d'origine des ophiolites 195 Le (, pavé ,) du japonais Akiho Miyashiro et la controverse sur le Troodos, 195 -Le concept d'ophiolite de zone supra-subduction (' SSZ ophiolite »). Ophiolites, boninites et bassins avant-arcs, 198 -Ophiolites des domaines arrière- arc, 205 3. Classification des ophiolites en fonction de la nature plus ou moins résiduelle du manteau des ophiolites: le type HOT et le type LOT 205 4. Vers une nouvelle classification géodynamique et géochimique des ophiolites phanérozoïques 207 Type 1. Ophiolites de marges continentales, 208 -Type 2. Ophiolites de dorsales Type 4. Les ophiolites SSZ (Supra Subduction Zone), 209 -Type 5. Les ophiolites a) Les ophiolites non liées à des zones de subduction 208 océaniques, 208 -Type 3. Ophiolites de points chauds, 208 b) Les ophiolites liées à des zones de subduction 209 d'arcs volcaniques; 209 -Type 6. Les ophiolites de type (, Prisme d'accrétion», 209 5. Étude de cas n° 1. L'ophiolite d'Oman: exemple d'une ophiolite de type HOT. Dorsale océanique (' rapide » (de type EPR), ou ophiolite SSZ de bassin avant-arc, liée à une zone de subduction commençante? 210 a) Le (, log ,) synthétique 212 b) La segmentation axiale de la paléo-dorsale omanaise: diapirs mantelliques et segmentation crustale 226 c) Origine de l'ophiolite d'Oman 229 6. Étude de cas n° 2 : les ophiolites du bassin liguro-piémontais, exemple de complexes ophiolitiques de type LOT non liés à une zone de subduction 237 b) Les premiers sédiments supra-ophiolitiques et l'épanchement Dorsale lente, ou transition continent-océan? 241 -Le massif ophiolitique du a) Constitution d'un fond océanique ultrabasique et gabbroïque 237 des basaltes 241 c) Fin des épanchements, et dépôt des radiolarites et calcaires (Malm-Berriasien) 241 Chenaillet : un OCC fossile? 242 7. Étude de cas n° 3 : l'ophiolite de Trinity, exemple d'une ophiolite de bassin d'arrière-arc 245 8. Application aux « roches vertes ') précambriennes: à la recherche des ophiolites archéennes 251 9. Résumé et conclusions sur la structure crustale des océans actuels et fossiles 252 Chapitre 7. Processus superficiels: l'activité volcanique et tectonique des dorsales 263 1. La zone volcanique axiale des dorsales 264 a) Dorsales rapides: la zone volcanique axiale de la dorsale est-pacifique 265 b) Dorsales lentes: la zone volcanique axiale de la dorsale médio-atlantique 265 Les rides volcaniques, 265 -Les édifices volcaniques individuels, 268 2. Les différents types d'éruptions basaltiques en milieu océanique sous-marin 269 a) Éruptions sous faible tranche d'eau 269 b) Éruptions sous-marines profondes 270 3. Le dynamisme volcanique des dorsales: description des différents types de coulées et d'intrusions basaltiques 271 a) Laves en coussins ou pillow lavas 271 Mécanisme de formation, 272 -Structure d'une coulée, 272 -Nomenclature morphologique des pillow lavas, 275 -Description au niveau du pillow, 278 ­Critères de polarité et différenciations internes des pillow-Iavas, 281 -Volcans à pillows et orifices de sortie, 282 b) Lacs de lave et coulées fluides 283 Lacs de lave, 283 -Coulées fluides «1 sheet flows *en anglais), 285 c) Coulées bréchiques. Hyaloclastites profondes 285 d) Sills et dykes 286 e) Relations entre pillow lavas et lacs de lave 287 Influence du taux d'accrétion sur le dynamisme volcanique des dorsales, 287 ­Relations entre charge cristalline des basaltes, viscosité et dynamisme éruptif, 289 4. Les produits d'éruptions explosives de magmas basaltiques saturés en CO..•.• 290 2 Les étranges « popping rocks ,)..., 290 -Observations de dépôts volcanodastiques par submersibles, 292 5. Cristallisation et genèse des MORE 296 a) Compositions minéralogiques et textures 296 Variations texturales, 296 -Composition minéralogique, 299 -Morphologies cristallines, 302 b) Séquences de cristallisation dans les basaltes océaniques 307 6. La tectonique à l'axe et le cycle volcano-tectonique 309 a) Les structures tectoniques axiales 309 b) Le cycle volcano-tectonique des dorsales 310 c) Tectonique, érosion sous-marine et produits détritiques 313 7. Détection des éruptions sous-marines profondes 314 a) Croissance d'une néoride volcanique sur la dorsale Juan de Fuca pendant les années 1980 315 b) Carnage sur la dorsale est-pacifique, ou le site du <1 Barbecue des vers à tubes ,) 317 c) Retour sur l'EPR à 9°50'Nord 317 d) InterRidge : un réseau international d'exploration et de surveillance de la dorsale 318 Chapitre 8. Processus profonds: diapirs mantelliques, extraction des magmas et modèles de chambres magmatiques d'accrétion 321 1. Les sources des MORE 321 Les variations verticales, 321 -Les variations horizontales le long de l'axe des dorsales, et les effets de la segmentation, 325 -Les hétérogénéités de source locales, 324 -Les hétérogénéités de source à grande échelle, 325 -Genèse des MORB, 327 2. La remontée du manteau asthénosphérique : naissance et extraction des magmas 329 a) Le commencement de la fusion 330 b) Examen d'un diagramme de phases simplifié 330 c) Répartition des premiéres gouttes de magma 332 d) Le seuil de perméabilité 334 e) L'extraction des magmas 335 3. Les chambres magmatiques d'accrétion 337 a) Les modéles bidimensionnels 339 Le modéle de l'oignon infini, 339 -Le modéle du poireau infini, 344 b) Les modèles 3D et l'apport de la tomographie sismique 345 Dorsale est-pacifique, 346 -Dorsale médio-atlantique, 348 c) Vers un nouveau concept de chambres d'accrétion océaniques 350 L'approche géophysique, 350 -L'approche ophiolitique, 350 d) FonctiolU1ement des chambres d'accrétion: signification des textures, structures et compositions des cumulats lités. Évolutions cryptiques 351 Textures des cumulats lités, 351 -Structures pouvant être interprétées en termes de sédimentation magmatique, passive ou active, 357 -Structures et déformations liées au fluage magmatique, 359 -Évolutions cryptiques, 361 e) Comment se construit la croûte inférieure gabbroïque: le rôle de l'AMC (Axial Magma Chamber) et des intrusions de sills 362 f) Conclusion sur les chambres magmatiques d'accrétion 365 Chapitre 9. L'interaction basalte-eau de mer: les processus métamorphiques et hydrothermaux 369 1. Modifications des propriétés physiques de la croûte 370 2. Convection (' active ') et convection (, passive ') 372 3. Modifications chimico-minéralogiques de la croûte 373 4. Description du circuit convectif 376 a) Les zones de recharge 376 Circulation ouverte et oxydante de basse température, 377 -La palagonitisation, 377 -Circulation restreinte et réductrice (températures intermédiaires), 381 b) La zone de réaction de haute température 382 DOlU1ées océaniques, 382 -La base du complexe filonien: le puits DSDP-ODP 5048, 382 -Altération des gabbros: le puits ODP 7358, 383 -Données ophioli­tiques, 384 c) Zones de décharges 386 Zones de décharge focalisées, 386 -Zones de décharge diffuses, 386 5. Aspects métal10géniques de l'hydrothermalisme océanique: les dépôts de sulfures polymétalliques massifs 387 a) Les amas sulfurés massifs des fonds océaniques et la découverte des «fumeurs noirs» 387 b) Le modèle génétique 389 c) Vers une meilleure compréhension des gisements terrestres 391 d) '1 Fumeurs noirs» et activité hydrothermale sur manteau serpentinisé 391 6. Aspects biologiques de l'activité hydrothermale océanique: les oasis biologiques des grands fonds 393 a) La découverte des faunes hydrothermales de grande profondeur 393 b) Vers les origines de la vie? 395 c) À la recherche des microfossiles archéens 396 Les bactéries « hyalophages 1), 396 7. Anatomie d'un système hydrothermal océanique fossile complet: le cas de l'ophiolite d'Oman 400 Les amas sulfurés de surface, 401 -Les «terres d'ombre *,402 -Les veines hydro­thermales, jalons de la circulation hydrothermale profonde dans la croûte fossile, 402 -Découverte d'un réseau d'altération hydrothermale de haute et trés haute température, 403 -Un outil puissant: la microthermométrie et la microanalyse des inclusions fluides, 405 8. Profils isotopiques de la séquence crustale de l'ophiolite d'Oman: confirmation de la pénétration hydrothermale à tous les niveaux de la croûte océanique 412 a) Isotopes de l'oxygéne 412 b) Isotopes du strontium 414 c) Isotopes du néodyme 414 9. Évidences d'interactions hydrothermales dans le manteau: rodingites et diopsidites 414 a) Les rodingites 414 b) Les diopsidites 41 5 Chapitre 10. Le magmatique intraplaque océanique 419 1. Du volcan à l'atoll: les archipels de Polynésie française 419 a) Cadre géographique 419 b) Les alignements polynésiens 421 c) Du seamount au volcan-bouclier: le point chaud de la Société et Hawaii 426 d) Du bouclier au stade post-bouclier: Nuku Hiva (Marquises) 430 e) La subsidence :Tubuai (Australes) 432 f) La submersion du volcan: l'atoll de Mururoa (Pitcairn-Gambier) 434 2. Genèse et évolution des magmas polynésiens 435 a) L'exemple de Nuku Hiva 435 b) Cas des séries bimodales : l'exemple de Ua Pou 438 c) Variations liées à la fusion partielle :Tubuai et Ua Huka 442 d) Hétérogénéités des sources mantelliques 447 3. Les plateaux océaniques 451 a) Répartition et âge des plateaux océaniques 452 b) Un plateau en place: Ontong Java 453 c) Un plateau fragmenté: le plateau caraibe 454 d) Origine des magmas des plateaux océaniques 457 4. Interactions panaches-dorsales: l'exemple de l'Islande 458 a) Contexte géologique et structural 458 b) Mise en place, composition et origine des laves islandaises 461 5. Diversité et origines des panaches et des points chauds 464 a) Un modèle « simple *de point chaud 464 b) Quelques variantes du modèle de Wilson-Morgan 466 c) Les lignes chaudes et les points chauds alignés 469 d) Origine, diversité et évolution des points chauds 470 Chapitre Il. Le devenir de la croûte océanique: de la subduction au recyclage 477 1. Un arc magmatique: l'arc de la Sonde au niveau de Java 477 a) Cadre géodynamique 477 b) Géologie de Java 479 c) Pètrologie et géochimie de l'arc de Java 481 d) Modèle pétrogénétique de l'arc de Java 484 2. La diversité des volcans et des arcs magmatiques 487 a) Arcs à croûte épaisse et arcs à croûte mince 490 b) Arcs enrichis et arcs peu enrichis 493 c) Influence de l'âge et du pendage de la plaque subduite 494 d) Arcs actuels et arcs anciens 496 3. Contributions de la croûte océanique subduite à la genèse des magmas d'arc 497 a) Les preuves de la contribution crustale 497 b) Les modalités de la contribution crustale 500 c) Évolution des modèles génétiques 502 d) Métasomatose par les fluides et fusion partielle hydratée du manteau 504 e) La fusion hydratée de la croûte océanique (basaltes et sédiments) 506 4. Les magmas d'avant-arc et d'arrière-arc 512 a) Effets magmatiques de l'ouverture d'une fenêtre asthénosphérique 512 b) Les boninites et leurs origines 515 c) Les magmas des bassins d'arrière-arc 518 5. Les devenirs de la croûte subduite 520 a) De la subduction à la collision 522 b) Les recyclages profonds de la croûte océanique 523 c) Subduction et croissance des continents 526 Chapitre 12. Conclusion: le cycle de la croûte océanique 531 1. Contraintes pétrologiques et géochimiques 531 2. Structure profonde du globe et convection 533 3. De l'extraction de la croûte océanique à son recyclage 535 4. Les grandes crises magmatiques océaniques 537 Chapitre 13. Corrigés des exercices 541 Références bibliographiques 555 Index 579