Faciès métamorphique - Metamorphic facies
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Figure 1. Schéma montrant des faciès métamorphiques dans l' espace pression - température . Le domaine du graphique correspond aux circonstances au sein de la croûte terrestre et du manteau supérieur . |
Un faciès métamorphique est un ensemble d' assemblages minéraux dans des roches métamorphiques formées sous des pressions et des températures similaires . L'assemblage est typique de ce qui se forme dans des conditions correspondant à une zone sur le graphique bidimensionnel de la température en fonction de la pression (voir le diagramme de la figure 1). Les roches qui contiennent certains minéraux peuvent donc être liées à certains contextes, époques et lieux tectoniques de l'histoire géologique de la région. Les limites entre les faciès (et les zones correspondantes sur le graphique température/pression) sont larges car elles sont graduelles et approximatives. La zone sur le graphique correspondant à la formation rocheuse aux valeurs les plus basses de température et de pression est la plage de formation des roches sédimentaires , par opposition aux roches métamorphiques, dans un processus appelé diagenèse .
Définition historique
Le nom de faciès a été utilisé pour la première fois pour des environnements sédimentaires spécifiques dans les roches sédimentaires par le géologue suisse Amanz Gressly en 1838. De manière analogue à ces faciès sédimentaires, un certain nombre de faciès métamorphiques ont été proposés en 1920 par le pétrologue finlandais Pentti Eskola . La classification d'Eskola a été affinée par le géologue néo-zélandais Francis John Turner tout au long de sa carrière. Un ouvrage classique de Turner était le livre qu'il a publié en 1948 intitulé Mineralogical and Structural Evolution of Metamorphic Rocks . Turner a continué à travailler sur le terrain, affinant les classifications des faciès métamorphiques jusqu'à la fin de sa carrière au début des années 1970.
Principes sous-jacents
Les différents faciès métamorphiques sont définis par la composition minéralogique d'une roche. Lorsque la température ou la pression dans un corps rocheux change, la roche peut traverser un faciès différent et certains minéraux deviennent stables tandis que d'autres deviennent instables ou métastables . La réaction réelle des minéraux dépend de la cinétique de réaction , de l' énergie d'activation de la réaction et de la quantité de fluide présente dans la roche.
Les minéraux d'une roche métamorphique et leurs relations d'âge peuvent être étudiés par microscopie optique ou microscopie électronique à balayage de lames minces de la roche. Hormis le faciès métamorphique d'une roche, tout un terrane peut être décrit par les abréviations LT, MT, HT, LP, MP, HP (de basse, moyenne ou haute ; pression ou température). Depuis les années 1980, le terme UHP (ultra haute pression) est utilisé pour désigner les roches ayant subi des pressions extrêmes.
Les minéraux qui poussent dans une roche dépendent également de la composition originale du protolithe (la roche originale avant la métamorphose). Les roches carbonatées ont une composition différente de celle d'une lave basaltique , les minéraux qui peuvent s'y développer sont également différents. Par conséquent, une méta psammite et une méta pélite auront des compositions minéralogiques différentes même si elles sont dans le même faciès métamorphique.
Indexer les minéraux
Chaque faciès métamorphique possède des minéraux index par lesquels il peut être reconnu. Cela ne veut pas dire que ces minéraux seront nécessairement visibles à l'œil nu, ou même existeront dans la roche ; si la roche n'a pas la bonne composition chimique, elle ne cristallisera pas.
Les minéraux d'indice très typiques sont les polymorphes de l' aluminosilicate (Al 2 SiO 5 , tous sont des néosilicates ). L'andalousite est stable à basse pression, la cyanite est stable à haute pression mais à température relativement basse et la sillimanite est stable à haute température.
Assemblages minéraux
Faciès zéolite
Le faciès zéolitique est le faciès métamorphique ayant le plus faible degré métamorphique . À basse température et pression, les processus dans la roche sont appelés diagenèse . Le faciès tire son nom des zéolithes , des tectosilicates fortement hydratés . Il peut avoir les assemblages minéraux suivants :
Dans les roches méta-ignées et les grauwackes :
- heulandite + analcite + quartz ± minéraux argileux
- laumontite + albite + quartz ± chlorite
En métapélites :
- muscovite + chlorite + albite + quartz
Faciès préhnite-pumpellyite
Le faciès préhnite-pumpellyite est un peu plus élevé en pression et en température que le faciès zéolithique. Il est nommé pour les minéraux prehnite (un Ca - Al - phyllosilicate ) et pumpellyite (un sorosilicate ). La préhnite-pumpellyite est caractérisée par les assemblages minéraux :
Dans les roches méta-ignées et les grauwackes :
- préhnite + pumpellyite + chlorite + albite + quartz
- pumpellyite + chlorite + épidote + albite + quartz
- pumpellyite + épidote + stilpnomélane + muscovite + albite + quartz
En métapélites :
- muscovite + chlorite + albite + quartz
Faciès des schistes verts
Le faciès des schistes verts est à basse pression et température. Le faciès doit son nom à la texture schisteuse typique des roches et à la couleur verte des minéraux chlorite , épidote et actinolite . Les assemblages minéraux caractéristiques sont :
Dans les métabasites :
- chlorite + albite + épidote ± actinolite, quartz
Dans les métagreywackes :
- albite + quartz + épidote + muscovite ± stilpnomélane
En métapélites :
- muscovite + chlorite + albite + quartz
- chloritoïde + chlorite + muscovite + quartz ± paragonite
- biotite + muscovite + chlorite + albite + quartz + Mn - grenat ( spessartine )
Dans les roches dolomitiques riches en Si :
- dolomie + quartz
Faciès épidote-amphibolite
Faciès des amphibolites
Le faciès des amphibolites est un faciès de pression moyenne et de température moyenne à élevée. Il tire son nom des amphiboles qui se forment dans de telles circonstances. Il possède les assemblages minéraux suivants :
Dans les métabasites :
- hornblende + plagioclase ± épidote, grenat , cummingtonite , diopside , biotite
En métapélites :
- muscovite + biotite + quartz + plagioclase ± grenat, staurolite , kyanite / sillimanite
En Si-dolomies :
- dolomite + calcite + trémolite ± talc (pression et température plus basses)
- dolomite + calcite + diopside ± forstérite (pression et température plus élevées)
Faciès des granulites
Le faciès des granulites est le plus haut degré de métamorphisme à moyenne pression. La profondeur à laquelle il se produit n'est pas constante. Un minéral caractéristique de ce faciès et du faciès pyroxène-hornblende est l' orthopyroxène . Le faciès des granulites est caractérisé par les assemblages minéraux suivants :
Dans les métabasites :
- orthopyroxène + clinopyroxène + hornblende + plagioclase ± biotite
- orthopyroxène + clinopyroxène + plagioclase ± quartz
- clinopyroxène + plagioclase + grenat ± orthopyroxène (pression plus élevée)
En métapélites :
- grenat + cordiérite + sillimanite + feldspath K + quartz ± biotite
- saphirine + orthopyroxène + feldspath K + quartz ± osumilite (à très haute température)
Faciès à ultra haute température
Faciès des schistes bleus
Le faciès des schistes bleus est à température relativement basse mais à haute pression, comme c'est le cas dans les roches d'une zone de subduction . Le faciès tire son nom du caractère schisteux des roches et des minéraux bleus glaucophane et Lawsonite . Le faciès des schistes bleus forme les assemblages minéraux suivants :
Dans les métabasites :
- glaucophane + lawsonite + chlorite + sphène ± épidote ± phengite ± paragonite , omphacite
Dans les métagreywackes :
- quartz + jadéite + Lawsonite ± phengite, glaucophane, chlorite
En métapélites :
- phengite + paragonite + carpholite + chlorite + quartz
Dans les roches carbonatées (marbres) :
Faciès éclogite
Le faciès éclogite est le faciès à la pression et à la température les plus élevées. Il est nommé pour l' éclogite de roche métabasique . Le faciès éclogite présente les assemblages minéraux :
Dans les métabasites :
En métagranodiorite :
- quartz + phengite + jadéite /omphacite + grenat
En métapélites :
- phengite + grenat + kyanite + chloritoïde (riche en Mg) + quartz
- phengite + kyanite + talc + quartz ± jadéite
Faciès albite-épidote-hornfels
Le faciès albite-épidote-hornfels est un faciès à basse pression et à températures relativement basses. Il tire son nom des deux minéraux albite et épidote , bien qu'ils soient également stables dans d'autres faciès. Hornfels est une roche formée par métamorphisme de contact , un processus qui implique typiquement des températures élevées mais des pressions/profondeurs basses. Ce faciès est caractérisé par les minéraux suivants :
Dans les métabasites :
- albite + épidote + actinolite + chlorite + quartz
En métapélites :
- muscovite + biotite + chlorite + quartz
En assemblage calcaire : Calcite + talc + quartz
Faciès Hornblende-hornfels
Le faciès hornblende-hornfels est un faciès avec les mêmes basses pressions mais des températures légèrement plus élevées que le faciès albite-épidote. Bien qu'il porte le nom du minéral hornblende, l'apparence de ce minéral n'est pas limitée à ce faciès. Le faciès hornblende-hornfels présente les assemblages minéraux suivants :
Dans les métabasites :
- hornblende + plagioclase ± diopside , anthophyllite / cummingtonite , quartz
En métapélites :
- muscovite + biotite + andalousite + cordiérite + quartz + plagioclase
Dans les sédiments pauvres en K 2 O ou les roches méta-ignées :
- cordiérite + anthophyllite + biotite + plagioclase + quartz
Dans les dolomies riches en Si :
- dolomie + calcite + trémolite ± talc
Faciès pyroxène-hornfels
Le faciès pyroxène-hornfels est le faciès métamorphique de contact avec les températures les plus élevées et est, comme le faciès granulite, caractérisé par le minéral orthopyroxène. Il est caractérisé par les assemblages minéraux suivants :
Dans les métabasites :
- orthopyroxène + clinopyroxène + plagioclase ± olivine ou quartz
En métapélites :
- cordiérite + quartz + sillimanite + feldspath K (orthoclase) ± biotite ± grenat
(Si la température est inférieure à 750 °C il y aura de l'andalousite à la place de la sillimanite)
- cordiérite + orthopyroxène + plagioclase ± grenat, spinelle
Dans les roches carbonatées :
- calcite + forstérite ± diopside, périclase
- diopside + grossulaire + wollastonite ± vésuvianite
Faciès sanidinite
Le faciès sanidinite est un faciès rare de températures extrêmement élevées et de basses pressions. Il ne peut être atteint que dans certaines circonstances métamorphiques de contact. En raison de la température élevée, la roche subit une fusion partielle et du verre se forme. Ce faciès doit son nom au minéral sanidine . Il est caractérisé par les assemblages minéraux suivants :
En métapélites :
En carbonates :
- wollastonite + anorthite + diopside
- monticellite + mélilite ± calcite, diopside (également tilleyite , spurrite , merwinite , larnite et autres rares Ca - ou Ca - Mg -silicates).
Cadre tectonique
Les écologites et les schistes bleus sont associés à des zones de subduction . Les granulites sont associées à des arcs volcaniques .
Les références
- Eskola, Pentti Eelis, 1920 : "Le faciès minéral des roches"
- Phillpots, Anthony R., 1990 : Principes de la pétrologie ignée et métamorphique
- Duff, P. McL. D. , 1996 ; Les principes de géologie physique de Holmes
- Visser, WA, 1980; Nomenclature géologique
- Faciès métamorphique par Dave Waters