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1 Université Paul Sabatier, CNRS-UMR 5562 « Dynamique Terrestre et Planétaire », Observatoire Midi Pyrénées, 31400 Toulouse, France. georges.ceuleneer{at}dtp.obs-mip.fr
2 53, Rue Fontaine des Cerdans, 31520 Ramonville Saint-Agne, France. elisabeth.le.sueur{at}free.fr
Nous abordons dans cet article la question des relations pétrologiques entre la section mantellaire et la section crustale de l’ophiolite de Trinity. Nos conclusions sont basées sur des observations de terrain et sur l’étude pétrographique et microsonde de 200 échantillons environ. Nous montrons que la croûte de Trinity présente une section plutonique mieux développée et moins chaotique que ce que laissaient supposer les études précédentes. Dans la région de Bear Creek, nous avons pu décrire une succession lithologique cohérente, épaisse de 1500 m environ, et peu perturbée par des événements tectoniques précoces ou tardifs. La « pile » magmatique comprend une épaisse (~800 m) série de cumulats ultramafiques (dunites, wehrlites, pyroxénites, etc...) présentant un litage modal très régulier et très fin (millimétrique à centimétrique); le caractère pétrographique le plus remarquable de cette série est la décroissance progressive de l’abondance modale d’olivine de la base au sommet. Cette évolution de la paragenèse cumulative est corrélée à une évolution de la chimie des phases cohérente avec un processus de cristallisation fractionnée à partir d’un même magma parent. Le plagioclase n’apparaît qu’audessus de cette séquence ultramafique, dans la moitié supérieure de la section, de manière diffuse et interstitielle d’abord (pyroxénites à plagioclase), pour devenir plus abondant vers le sommet. La cristallisation du plagioclase est simultanée de celle de hornblendes pseudomorphosant, tout ou en partie, les pyroxènes. Le litage devient très irrégulier à ce niveau et marqué par des variations texturales plutôt que par des variations des proportions modales. Le sommet de la pile est caractérisé par l’abondance de brèches magmatiques (éléments de pyroxénites et gabbrodiorites emballés dans des diorites à grain fin) recoupées par des filons de diabase. L’extension horizontale de la « chambre » de Bear Creek est relativement faible (2–3 km). Le passage latéral avec les péridotites et gabbros encaissants se fait toujours par l’intermédiaire d’un écran de pegmatites épais de plusieurs centaines de mètres, de composition pyroxénitique à la base de la section et dioritique vers le sommet. Les enclaves anguleuses de lherzolites mantellaires dans la série ultramafique litée sont fréquentes, leur incorporation dans la chambre étant contemporaine de la cristallisation de celleci.
Les relations de terrain et la succession lithologique décrites cidessus plaident pour l’injection rapide d’un volume imposant de magma (atteignant plusieurs km3) dans un encaissant lithosphérique (To sub-solidus), suivie de l’évolution par cristallisation fractionnée de la partie interne de ce corps magmatique. L’affinité boninitique à andésitique du magma parent est indubitable au vu de l’ordre de cristallisation. Cette conclusion est confortée par l’extrême déplétion des pyroxènes et des spinelles en éléments relativement incompatibles (Ti, Al). La tendance de cristallisation fractionnée des cumulats de Trinity se superpose à celle des phénocristaux des boninites riches en Ca modernes et est clairement distincte de celle des gabbros de dorsales. La composition du plagioclase est tamponnée autour de valeurs très élevées en anorthite (An variant de 90–95%), donnée cohérente avec une faible teneur en Na du magma parent et une saturation du système en H2O au moment de la cristallisation de ce minéral. Les différents massifs dits « gabbroïques » de Trinity correspondent aux parties sommitales, les plus différenciées, d’intrusions similaires à celle que nous avons étudiée en détail dans la région de Bear Creek.
La section mantellaire de Trinity renferme deux générations de figures de migration magmatique: (1) des ségrégations ariégitiques à gabbroïques en équilibre minéralogique et chimique avec la lherzolite à plagioclase et dont l’injection est contemporaine de la déformation plastique de haute température affectant les péridotites ; (2) des ségrégations et filons de pyroxénites (et rares gabbronorites-diorites), postérieures à la déformation plastique et présentant un désé-quilibre minéralogique et chimique avec les lherzolites à plagioclase. Ces ségrégations et filons de deuxième génération ont des magmas parents en tout point semblables à ceux des cumulats de la section crustale. L’interaction entre ces boninites, sous saturées en Al et ultra-déprimées en éléments incompatibles, et les péridotites est responsable de l’extrême variabilité lithologique et géochimique du manteau de Trinity. Les péridotites mantellaires, loin de ces filons de deuxième génération, sont toutes plus riches en éléments incompatibles que les cumulats crustaux. Les péridotites de Trinity ne peuvent en aucun cas être la source ni le résidu des magmas ayant construit la section crustale de l’ophiolite. L’argument de complémentarité manteau-croûte sur lequel repose le modèle de dorsale lente pour Trinity (Lherzolite Ophiolite Type) doit donc être reconsidéré.
Un contexte tectonique probable pour expliquer nos observations est celui de l’évolution d’un bassin marginal, vraisemblablement d’arrière-arc, depuis son initiation jusqu’à sa fermeture. Les ségrégations ariégitiques-gabbroïques seraient la trace d’un épisode de fusion partielle peu profond et de faible degré affectant un manteau relativement fertile lors de l’ouverture de ce bassin, probablement dans un contexte de transtension affectant une marge continentale amincie. L’injection des magmas boninitiques présentant un fort déséquilibre avec la lherzolite et ayant construit les plutons attribués à la section crustale de Trinity, serait contemporaine du passage d’une des marges du bassin au droit de la zone de fusion induite par la déshydratation du slab. Cet événement précéderait de peu la fermeture de ce bassin et le charriage de l’ophiolite.
Les données géochronologiques fragmentaires dont on dispose sont cohérentes avec ce scénario : un âge de 470 +/– 40 Ma a été attribué à l’événement de fusion partielle affectant la lherzolite à plagioclase, alors que les plutons et filons discordants ont des âges s’étageant de 435 Ma à 405 Ma. Les données paléomagnétiques et géologiques montrent que l’accrétion des terrains de Trinity à la plaque nord-américaine date de 400 Ma environ, qui peut être considéré comme un âge minimum pour la fermeture du bassin où s’est formée l’ophiolite. Cette chronologie est donc cohérente avec une durée de vie de quelques dizaines de millions d’années pour le bassin de Trinity, similaire à celle des bassins d’arrière arc modernes.
Key Words: Ophiolite • Péridotite • Pyroxénite • Dunite • Manteau terrestre • Croûte océanique • Cumulat • Dyke • Interaction magma-roche • Boninite • Andésite • Bassin d’arrière arc • Californie
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