Persistance d'une série granulitique au coeur du Massif Central français, Haut-Allier: les termes basiques, ultrabasiques et carbonatés

Abstract

Following our first discovery of granulite outcrops in the Haut-Allier (core of the French Massif Central), a detailed mapping of this region has revealed all the petrographic types presently known in the other granulitic series on Earth. __ The felsic rock types were studied by Marchand (1974, thesis memoir, Univ. Nantes) after Leyreloup (1973, id.) had deciphered the granulite xenoliths exhumed by the Velay Tertiary volcanoes. __ MAFIC ROCKS (good recorders of the metamorphism, after Sederholm, 1907) yielded as soon as 1967 the first amphibolites containing sapphirine, corundum, pargasite and anorthite. Two mafic groups were evidenced: __ - coronitic gabbroes and associated rocks that preserved assemblages attributable to a low temperature-low pressure event. __ - eclogites and eclogitoid rocks (garnet pyriclasite and pyrigarnite), that yielded assemblages of high pressure and high temperature, including the variously retromorphosed types down to the amphibolite facies. __ ULTRAMAFIC ROCKS, after Forestier (1964, thesis memoir) had detailed a number of their occurrences, were issued from two contrasted mantle levels: __ - garnet peridotites and associated garnet pyroxenolites, __ - spinel harzburgites associated to coronitic gabbroes and sapphirine amphibolites. __ CARBONATES were found in this series, as metamorphic dolomite containing forsterite, humites, spinel etc. This comforts the granulite character evidenced from the other rock types. Some of those dolomite rocks yielded structures of possibly organic origin. __ Some GENERAL FEATURES OF GRANULITE ROCKS were inferred from the Haut-Allier occurrences. __ Coronitic aureoles may have recorded several stages, related coronitic rocks deserving to be called "pluricoronitic". __ Thorough recrystallization processes induced, for a given mineral assemblage, a marked grain size growth, corresponding to a minimalization of interfacial energy. __ Fluids played a prominent role in the formation of the various mineral assemblages: the granulite domain has a dominant CO2 partial pressure, while amphibolite domain fluids are essentially H2O. __ Some equilibrium equations could not get equilibrated, one of the possible mineral phases not having been observed. Hence some so-called equilibria, such as biotite rimmed with garnet or hypersthene without associated K-feldspar, might represent rather a magmatic heritage. __ Tectonic dismembering and mixing of various lithological levels created mixed rock-types. The new boundaries separating those various elements were privileged reaction zones, the locus of many chemical exchanges. __ Based on this observational RECORD THE P-T STORY of the Haut-Allier basement can be sketched as follows. (1) A HP-HT granulite metamorphism happened first in lower crustal conditions, that affected a notable thickness. It was succeeded by (2) a MP-HT granulite stage, and by (3) a LP-LT granulite stage, with opx + plagioclase as a characteristic assemblage. (4) An amphibolitization of the mafic and ultramafic levels produced the growth of grossular in the calcic assemblages. (5) A migmatization affected mainly the host felsic series but generated also agmatites from amphibolites and peridotites. __ Those various stages were interpreted as retromorphic. About the possible protoliths, we consider a polymetamorphic series and/or a metamorphism producing various rock-types.La découverte à l'affleurement des premières roches granulitiques du Haut-Allier (Massif Central, France) nous incita à entreprendre la cartographie détaillée de cette région, en s'éloignant progressivement des premiers affleurements recensés. D'année en année, tous les termes pétrographiques actuellement reconnus dans les séries granulitiques mondiales ont été rencontrés dans cette région privilégiée (mais non unique) du Massif Central.Le domaine "acide" (leptynites, gneiss, anatexites) fut étudié par MARCHAND (1974) après l'étude de LEYRELOUP (1973) portant sur les xénolites granulitiques remontés par les volcans néogènes du Velay.Nous étudions dans ce mémoire les termes basiques, ultrabasiques et carbonatés.TERMES BASIQUESL'étude systématique des roches basiques (bons enregistreurs du métamorphisme - SEDERHOLM - 1907) entreprise dès 1967 nous permettait de mettre à jour les premières amphibolites à sapphirine, corindon, pargasite et anorthite, point de départ d'une recherche minutieuse et stimulante qui nous permettait de mettre en évidence deux groupes de roches basiques métamorphiques :- celui des roches ayant conservé la trace d'un métamorphisme granulitique de basse pression et basse température (gabbros coronitiques et roches associées).- celui des roches ayant conservé la trace d'un métamorphisme granulitique plus accusé, de haute pression et température (éclogites, éclogitoïdes : pyrigarnites et pyriclasites à grenat), ainsi que des différentes étapes rétromorphiques les transformant en amphibolites.TERMES ULTRABASIQUESFORESTIER a présenté en 1964 une étude détaillée des gisements de péridotite de la région étudiée. L'étude de ceux-ci et de nouveaux gisements nous a permis d'identifier deux groupes issus de niveaux mantelliques différents :- celui des péridotites à grenat et des pyroxénolites à grenat associées.- celui des harzburgites à spinelle associées aux gabbros coronitiques et amphibolites à sapphirine.TERMES CARBONATÉSLa présence de dolomies métamorphiques à forstérite, humites, spinelle, etc. dans cette série vient étayer l'origine qranulitique envisagée pour elle d'après l'étude du contexte. Certaines de ces dolomies contiennent des traces d'origine organique problable, conservées de manière paradoxale dans un milieu très métamorphique ayant été soumis à diverses déformations.Les roches granulitiques découvertes dans le Haut-Allier nous ont permis d'aborder l'étude des "GRANULITES" dans un sens plus général, en essayant de mettre en relief quelques observations liées de près à la formation et au devenir de ces roches :- les "réactions coronitiques" ne sont pas si simples qu'il y paraît à première vue. Certaines d'entre-elles montrent une succession logique et interprétable pour chacun des "paliers" reconnus, alors qu'elles ont été jusque là souvent décrites et étudiées globalement. Bien des roches coronitiques sont en fait "pluricoronales". Nous avons pu retracer l'évolution coronitique multiple de certains assemblages qui reflètent ainsi une évolution thermodynamique graduelle.- l'importance des processus de recristallisation conduit, pour une paragenèse donnée, à des assemblages à grain plus gros (minimalisation de l'énergie interfaciale).- le rôle des fluides est prépondérant dans l'établissement des diverses paragenèses (domaine granulitique à pression partielle de CO2 dominante - domaine amphibolique essentiellement hydraté). Le rôle des fluides, déjà établi à une vaste échelle, est seul susceptible de rendre compte de la persistance d'assemblages métastables à l'échelle de la plage minérale ou des assemblages réactionnels.- certaines réactions n'ont pu être équilibrées dans la mesure où l'un des composants possibles n'a pas été observé. Il s'en suit que certaines prétendues "réactions" ne sont peut-être que des héritages magmatiques (cas de la biotite auréolée de grenat ou d'hypersthène, sans feldspath potassique associé). C'est par ce biais inattendu que les auréoles réactionnelles rejoindraient les "reaction rims" magmatiques, à moins d'invoquer le phénomène de "métasomatose".- l'importance de la dispersion tectonique, de niveaux lithologiques différents les uns dans les autres, conduit à des roches mixtes. Les nouvelles limites entre "éléments" de roches initialement étrangères sont marquées par des échanges ou des réactions privilégiées.Compte tenu de ces observations, les paragenèses reconnues permettent de retracer l'HISTOIRE THERMODYNAMIQUE de la région étudiée. Celle-ci se schématise comme suit en partant de l'évènement présumé le plus ancien:- métamorphisme granulitique HP-HT développé dans des conditions régnant à la base de la croûte et affectant une grande épaisseur de la série.- métamorphisme PI-RT, puis BP-BT du domaine granulitique, avec apparition conséquente d'assemblages repères, tels le couple OPX + plagioclase.- amphibolitisation des niveaux basiques et ultrabasiques : apparition du grossulaire dans les assemblages calciques.- migmatisation surtout perceptible dans l'encaissant acide mais responsable des agmatites d'amphibolites ou de péridotites.Ces diverses étapes sont interprétées comme "rétromorphiques".Deux hypothèses susceptibles de rendre compte de ces transformations sont débattues :- origine polymétamorphique de la série.- métamorphisme plurifacial (amortissement d'un même épisode métamorphique)