Soutenance mémoire
Présentation du Messum
Contexte géologique
Le complexe du Messum est un massif cristallin anorogénique situé au nord-ouest de la Namibie dans le Damaraland (Fig. 1). Il est considéré comme faisant partie de la province des basaltes continentaux de Paraná-Etendeka (Ewart et al, 1998). La province basaltique de Paraná-Etendeka s’étend de part et d’autre de l’atlantique sud, au Brésil, Argentine, Uruguay et Paraguay d’une part (Paraná), et en Namibie et Angola d’autre part (Etendeka). Le volume de magma émis est estimé entre 0.8 et 1,5 x 10⁶ km3 (Ewart et al. 1998, Renne et al.,1992), dont la majorité se trouve en Amérique du Sud, puisque seulement 2.5 x 10⁵ km3 sont exposées dans la partie Etendeka sur une surface de 80 000 km2 (Renne, 1996, Deckart et al., 1996). Les âges radiogéniques obtenus sur les massifs cristallins et laves de la province de l’Etendeka s’étalent entre 137 et 124 Ma (Milner et al., 1995). A l’intérieur de cette période, les âges obtenus sur les laves : 131.7 ± 0.7 Ma et 132.3 ± 0.7 (Renne, 1996, Glen et al., 1996) suggèrent une mise en place rapide sur une période de 2 Ma. L’activité des complexes serait donc plus étalée. Ces âges sont très comparables à ceux obtenus pour le Paranà (Renne et al., 1992). Ils montrent une activité magmatique intense au début du crétacé inférieur avec mise en place de laves et de plutons. Comme dans de nombreuses autres régions, le lien génétique entre ces différents ensembles n’est pas clairement défini.
Comme on peut le voir sur la carte géologique du nord-ouest de la Namibie (Fig. 1), le socle sur lequel se mettent en place les laves de l’Etendeka et dans lequel s’insèrent les complexes associés est composé principalement de deux unités :
• Le socle Damara constitué d’épaisses séries détritiques et parfois carbonatées protérozoïques fortement plissées par l’orogénèse pan-africaine, et de granites généralement per-alumineux post-orogéniques datés entre 590 et 460 Ma (Porada, 1989 ; Jung et al., 2003).
• Les séries sédimentaires détritiques et carbonatées du Karoo (faisant partie des terrains post-Damara), datées de la fin du Carbonifère et du Permien (Wanke, 2000), posées à l’horizontal sur les séries plissées du Damara. Les sédiments du Karoo affleurent tout autour des laves du Goboboseb, et sont en dessous. Au-dessus des terrains Karoo, on trouve une couverture cénozoïque et la couverture sableuse récente.
Les complexes plutoniques forment des alignements parallèles à un réseau de failles sud-ouest/nord-est (Fig. 1). Martin et al. (1960) classent les intrusions du Damaraland en trois grands groupes :
• Les intrusions peralcalines et carbonatitiques (Kalkfeld, Okorusu, Osogombo, Ondurakorume, Etaneno et Paresis),
• les intrusions granitiques (Erongo, Spitzkoppe et Brandberg),
• les complexes mixtes basiques et différenciés (Cape Cross, Doros, Okenyenya et le Messum).
Les complexes peralcalins sont situés à l’intérieur du pays, à l’extrémité Est des alignements. Parmi eux, trois intrusions comportent une forte proportion de carbonatites : Kalkfeld, Osongombo et Ondurakorume (Le Roex et Lanyon, 1997). Les intrusions granitiques sont en majeur partie formées de granites et grano-diorites alcalins (Martin, 1960). Mais à Erongo, des roches sous-saturées en silice sont également présentes (Trumbull et al., 2003). Les complexes mixtes basiques et différenciés parmi lesquels se trouve le complexe du Messum sont intéressants car ils contiennent à la fois des roches tholéïtiques et des roches alcalines basiques et différenciées. Ce sont généralement des ensembles de taille moyenne, plus grands que les complexes peralcalins, mais moins grands qu’Erongo ou le Brandberg. Le plus grand de ces complexes est le Messum, avec 18km de diamètre. Les données géochimiques sur les laves de l’Etendeka (Ewart et al., 1998) et sur les différents complexes associés (Trumbull et al., 2003, Le Roex et al., 1998, Harris, 1995 et 1999) suggèrent que la source de ces magmas est de type manteau enrichi. Cette source : le panache mantellique de Tristan da Cunha serait en partie responsable du magmatisme de la province de Paraná-Etendeka et du déchirement du Gondwana en séparant l’Afrique de l’Amérique du Sud (Le Roex et al., 1990, Hawkesworth et al., 1992, Comin-Chiaramonti et al., 1991 et 1997). Comin-Chiaramonti et al. (1991) définissent cette source enrichie mantellique à partir des magmas alcalins de l’est du Paraguay, donc dans la province de Paraná. Les caractéristiques géochimiques des néphélinites analysées suggèrent que la source du magma ayant donné naissance aux néphélinites était une péridotite à grenat enrichie en éléments incompatibles.
Rappels des travaux sur les complexes mixtes basiques et différenciés
Parmi les intrusions mixtes basiques et différenciées, deux ont été particulièrement étudiées. La première est Okenyenya, étudiée notamment par Simpson (1954) via une approche pétrologique, puis du point de vue géochimique par Le Roex et al. (1996) et Martinez et al. (1995 et 1996). La seconde, le Messum, n’a fait l’objet que des études pétrologiques de Korn et Martin (1954) et Mathias (1957), ces deux études anciennes ne contiennent ni analyses de minéraux, ni étude détaillée des évolutions minéralogiques. Plus récemment, Ewart et al. (1998b) et Harris et al. (1999) ont publié des études géochimiques sur le complexe du Messum à la fois sur des éléments en traces (Ewart et al., 1998a) et sur les rapports isotopiques du strontium, du néodyme et de l’oxygène (Harris et al., 1999).
Le complexe d’Okenyenya
Par sa structure et la nature des roches présentes, le massif d’Okenyenya est le plus semblable au complexe du Messum.
La carte géologique du complexe d’Okenyenya dessinée par Le Roex et al. (1996)(Fig. 2), montre les différentes unités caractéristiques des intrusions mixtes basiques et différenciées :
• Une série clairement tholéïtique, ici représentée par des gabbros picritiques, des gabbros à olivine et des monzodiorites à quartz. D’après Simpson (1954) “When traced outwards from the inner margin the rocks of this group show continuous variation in the compositions of the major constituent minerals which corresponds to the cryptic layering of the Skaergaard intrusion […]”. Cette unité est recoupée par deux ensembles de syénites.
• Une série alcaline sur-saturée en silice représentées sur la carte par les ensembles « syenite » et « quartz syenite »,
• Une série alcaline sous-saturées en silice comprenant des gabbros alcalins, des essexites et des pulaskites ici appelées syénites à néphéline. Les gabbros alcalins contiennent localement de la néphéline (Simpson, 1954) ce qui en fait à proprement parler des théralites d’après la définition de Le Maître et al. (2002).
Ces différentes unités ont été datées par Milner et al. (1993) à 129 ± 2 Ma pour les gabbros, alcalins ou tholéïtiques, à 126.3 ± 1 Ma pour les essexites et à 123.4 ± 1.4 Ma pour les syénites à néphéline. Ces âges sont en accord avec les observations de terrain.
Cette organisation est très similaire à celle du Messum, cependant Okenyenya se distingue par la présence de nombreux filons de lamprophyre, de quelques filons de roches à affinité camptonitique et alnoïtique recoupant le massif, et d’un petit pipe de lamprophyre bréchique. De telles roches ne sont pas connues dans le Messum. Dans les alnoïtes, Baumgartner (1994) décrit des mélilites et de la pérovskite. Si la présence de pérovskite est confirmée par Lanyon et al. (1995), celle de mélilite ne l’est pas. Cependant, les auteurs s’accordent à reconnaitre la présence dans ces roches de carbonates magmatiques et leurs accordent donc une affinité carbonatitique. La présence de carbonatites n’est pas reconnue dans le Messum même si elle a été recherchée. Seul Mathias (1956) rapporte l’existence d’un filon de carbonatites d’un mètre cinquante de large et suivi sur cinquante mètres dans le Messum. Il n’a été rapporté par aucun autre auteur. Ewart et al. (1998a) cite la présence de carbonatites dans les basaltes du Goboboseb entourant le complexe.
Pour Okenyenya, la présence au même endroit de roches tholéïtiques et de roches alcalines est expliquée par juxtaposition du phénomène de rifting continental et de la présence du panache mantellique de Tristan (Lanyon et Le Roex, 1995). Ainsi, les différents magmas seraient issus de la fusion partielle du manteau sous différentes conditions de température et de pression.
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Table des matières
Introduction
Chapitre I – Présentation du Messum
A – Contexte géologique
B – Rappels des travaux sur les complexes mixtes basiques et différenciés
1 – Le complexe d’Okenyenya
2 – Le Messum
C – Problématique du Messum
Chapitre II – Les roches à néphéline
A – Les théralites
1 – L’olivine
2 – Les spinelles
3 – Les clinopyroxènes
4 – Le plagioclase
5 – L’amphibole
6 – La biotite
7 – La néphéline
B – Les basanites
1 – Les minéraux ferromagnésiens
2 – Les feldspaths et la néphéline
C – Les essexites
1 – Les minéraux ferromagnésiens
2 – Les feldspaths et la néphéline
3 – Roches particulières associées
D – Les syénites à néphéline
1 – Les minéraux ferromagnésiens
2 – Les feldspaths et feldspathoïdes
3 – Les phases minérales accessoires
E – Les syénites à sodalite
1 – Les minéraux ferromagnésiens
2 – Les feldspaths et les feldspathoïdes
3 – Les phases minérales accessoires
F – Syénite peralcaline
1 – Les minéraux ferromagnésiens
2 – Les feldspaths et les feldspathoïdes
3 – Les phases minérales accessoires
G – Les néphélinites à olivine
1 – Les phénocristaux
2 – La mésostase
Chapitre III – Caractérisation minéralogique des roches à quartz
A – Les syénites à quartz : description pétrologique
1 – Les minéraux ferromagnésiens
2 – Les feldspaths
3 – Les phases minérales accessoires
B – Problème de la variabilité chimique des sorosilicates accessoires
1 – Chimie et Cristallochimie des chevkinites
2 – Composition obtenues sur les grains de type chevkinite
Chapitre IV – Relations entre les différentes roches
A – Relations entre les roches à néphéline
1- Les roches basiques à l’origine des roches à néphéline
1-a : Les théralites
1-b : Les basanites
1-c : La néphélinite à olivine
2 – Variations chimiques des roches à néphéline
3 – Evolution minéralogique
3-a : Les réactions minéralogiques sans le potassium
3-b : l’effet plagioclase
3-c : Disparition de l’amphibole
3-d : Le potassium
3-e : Evolution Chimique de la néphéline
4 – Une ou deux évolutions sous-saturées en silice
B – Relations entre les roches à quartz et à néphéline
1 – Possibilité de franchir la barrière
2 – Arguments géochimiques en faveur de la contamination
3 – Traces minéralogiques d’une contamination
4 – Autre lien possible que la contamination
Conclusions générales
Bibliographie
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