Caractéristiques pétrographique, géochimique et structurale de la section crustale profonde de l'ophiolite d'Oman : implications pour la genèse des magmas et le fonctionnement des chambres magmatiques à l'aplomb d'un centre d'expansion océanique

Abstract

Ce travail repose sur (1) une étude de terrain des cumulats lités de l'ophiolite d'Oman, notamment dans plusieurs massifs où cette unité restait largement inexplorée, (2) une étude pétrographique et géochimique (microsonde électronique et LA-ICP-MS) d'environ 700 échantillons et (3) une simulation en laboratoire de la cristallisation de magmas boninitiques en présence d'eau. La cinquantaine de faciès pétrographiques définie, gabbroïques et ultrabasiques, est indispensable pour décrire rigoureusement la croûte profonde omanaise. Cette variété lithologique est révélatrice de la très grande variabilité des paramètres intensifs (P, T°, PH2O ...) et extensifs (composition) lors de la cristallisation des magmas au sein des chambres magmatiques à l'aplomb d'un centre d'expansion océanique. L'orthopyroxène précoce dans les cumulats primitifs (XMg > 80 %) est beaucoup plus commun que ce qui était proposé jusqu'à présent, ce qui remet en cause certaines idées reçues concernant l'origine de l'ophiolite. Je démontre que cette variété lithologique, l'abondance d'orthopyroxène, et d'autres caractéristiques pétrographiques et géochimiques des cumulats d'Oman s'expliquent par le mélange, dans des proportions variables, de deux principaux magmas : un d'affinité tholéiitique issu de la fusion d'une source asthénosphérique " N-MORB ", et un d'affinité andésitique à boninitique issu de la fusion hydratée d'une source lithosphérique déprimée. Ces deux magmas ont circulé dans des chenaux mantelliques (" filons ") avant d'alimenter les chambres. Le rôle de " mélangeur " des chambres magmatiques est ainsi confirmé. La contribution relative de ces deux magmas évolue au cours de l'ascension de diapirs asthénosphériques dans la lithosphère. Des variations abruptes de la pression partielle d'eau sont également indispensables pour rendre compte de l'ensemble de mes observations. Je montre aussi que les failles syn-accrétions, dont l'importance en Oman restait largement sous-évaluée, sont un vecteur principal de la pénétration de fluides hydrothermaux jusque dans la croûte profonde en cours de cristallisation. Mon étude me permet également de mieux contraindre l'origine, encore très discutée, des intrusions " wehrlitiques " et de la zone de transition dunitique.My work consisted in (1) a fieldwork focused on Oman ophiolite layered cumulates, particularly in several massifs wherein this unit was largely unexplored, (2) a petrographic and geochemical study (electron microprobe and LA-ICP-MS) of about 700 samples and (3) crystallisation experiments on hydrous boninitic melts. The fifty petrographic facies defined, gabbroic and ultrabasic, are essential to scrupulously describe the Oman ophiolite lower crust. This lithological diversity is indicative of the high variability of intensive (P, T°, PH2O ...) and extensive (composition) parameters during magmas crystallisation within magma chambers at an oceanic spreading centre. Early orthopyroxene in primitive cumulates (XMg > 80 %) is more common that proposed by previous works and undermines some present-day ideas concerning the origin of the Oman ophiolite. I demonstrate that this lithological diversity, the orthopyroxene abundance and other petrographic and geochemical characteristics of Oman cumulates can be explained by the mixing in various proportions of two main magmas: one with tholeiitic affinity related to the partial melting of an asthenospheric source and one with andesitic to boninitic affinity related to the hydrous partial melting of a depleted lithospheric mantle source. These two magmas migrated in mantle channels ("dykes") before feeding magma chambers. The "shaker" function of magma chambers is proved in this way. The relative contribution of these two magmas evolved during the upwelling of asthenospheric diapirs within the lithosphere. Abrupt variations of the water partial pressure are also essential to explain all the observations. I evidence that syn-accretion faults, whose role in the building of the Oman ophiolite was largely underestimated, are a main vector for the penetration of hydrothermal fluids down to the crystallizing lower crust. My study also allows to better constraint the origin, still strongly discussed, of the "wehrlitic" intrusions and of the dunitic mantle/crust transition zone