Peridotites and Serpentinites of the New Caledonia ophiolitic complex.
Péridotites et serpentinites du complexe ophiolitique de la Nouvelle-Calédonie.
Résumé
The New Caledonia ophiolite (Southwest Pacific) is one of the world's largest (500 km long, 50 km wide and 2 km thick). It consists of a large continuous massif occurring in the south of the island and some smaller isolated klippes located along the West coast.The peridotites are mostly harzburgitic, except on the northernmost massifs which are also composed of lherzolites. Emplaced during Eocene, the ophiolite is thrust upon the magmatic Poya terrane, composed of basalts from midocean ridges, back arc basins and ocean islands. This nappe was tectonically accreted from the subducting plate prior and during the obduction of the ultramafic nappe. Considering petrological, geochemical and mineralogical approaches together with the development of new analytical techniques, our study shows that the New Caledonia ophiolite has been affected during its evolution by multiple magmatic, metamorphic and alteration processes. The geochemical analysis of the peridotites show that the ophiolite recorded two successive melting processes: (1) a first in a ridge environment during the opening of the South Loyalty Basin from Late Cretaceous to Paleocene. This melting process formed the oceanic basalts of the Poya terrane and their associated residue, the lherzolites composing the northernmost massifs; (2) a second during Eocene in a forearc environment, leading to the genesis of boninitic melts and highly depleted peridotites (i.e. harzburgites) that form the bulk of the ophiolite. The occurrence of both styles of melting regime within the same ophiolite can only be explained by a forced inception of subduction at or near an active spreading center. At the same time of these magmatic events, our results show that the peridotites have been serpentinized in the different environments in which the ophiolite has evolved. We highlight four episodes: (1) formation of lizardite by interaction of the lherzolites with the seawater in a ridge environment during the opening of South Loyalty Basin, (2) formation of lizardite in the harzburgites by metasomatic fluid circulations derived from the subducting slab, during Eocene subduction; (3) formation of antigorite by metasomatic fluid circulations associated with the rapid isothermal exhumation of the metamorphic Diahot terrane, responsible of heat advection below the ophiolite, and (4) formation of chrysotile during the obduction by meteoric fluid circulation. Finally, after complete obduction (at ~ 34 Ma), our results show that the ophiolite has experienced a strong supergene alteration due to tropical conditions. This alteration is manifested by a laterization process leading to the leaching of silica, magnesium and rare-earth elements in peridotite from the superficial part of the ophiolite. These elements are transported by the percolation of meteoric fluids to the bottom of the ophiolitic sequence in which they accumulate and reprecipitate by supersaturation forming magnesite, amorphous silica and talc. Thus, thanks to the development of new analytical methods, we show that it is possible to trace the evolution of an ophiolite, from its formation in depth to its alteration at the Earth surface.
L'ophiolite de la Nouvelle-Calédonie (Sud-Ouest Pacifique) correspond à l'une des plus grandes du monde (500 km de long, 50 km de large et 2 km d'épaisseur). Celle-ci se compose d'un massif principal au Sud de l'île et de petites klippes localisées le long de la côte Ouest. Les péridotites sont majoritairement de nature harzburgitique, à l'exception de massifs les plus au Nord, également constitués de lherzolites. Mise en place durant l'Éocène, cette ophiolite chevauche l'unité magmatique de Poya, principalement composée de basaltes océaniques de type MORB, associés à quelques basaltes de bassin arrière-arc et d'île océanique. Cette unité s'est également mise en place durant l'Éocène, avant l'obduction de la nappe ultrabasique. Basée sur une approche à la fois pétrologique, géochimique et minéralogique et sur le développement de nouvelles techniques d'analyses, notre étude montre que l'ophiolite de la Nouvelle-Calédonie a été affectée tout au long de son évolution par de multiples processus magmatiques, métamorphiques et d'altération. Les analyses géochimiques effectuées sur les péridotites démontrent que les péridotites du complexe ophiolitique ont subi deux processus de fusion successifs: (1) un premier en contexte de ride lors de l'ouverture du bassin Sud Loyauté, durant la période Crétacé Supérieur-Paléocène. Cette fusion aboutit à la formation des basaltes océaniques de l'unité de Poya et de leur résidu associé, les lherzolites des massifs du Nord; (2) un second durant l'Éocène en contexte supra-subductif, entrainant la formation des boninites et des harzburgites composant la majeure partie de l'ophiolite. L'occurrence de ces deux types de fusion au sein de la même ophiolite s'explique par l'initiation forcée de la subduction à (ou à proximité de) l'axe de la ride. Parallèlement à ces évènements magmatiques, nos résultats montrent que les péridotites ont subi une serpentinisation caractéristique des différents environnements dans lesquels l'ophiolite a évolué. Quatre épisodes de serpentinisation ont ainsi pu être mis en évidence: (1) la formation de la lizardite par interaction des lherzolites avec l'eau de mer en contexte de ride durant l'ouverture de bassin Sud Loyauté; (2) la formation de la lizardite au sein des harzburgites par la circulation de fluides métasomatiques extraits de la plaque plongeante durant la subduction Éocène; (3) la formation de l'antigorite par la circulation de fluides métasomatiques associées à l'exhumation isotherme rapide de l'unité métamorphique du Diahot, provoquant l'advection de chaleur sous l'ophiolite; (4) la formation tardive du chrysotile durant l'obduction par la circulation de fluides météoriques. Finalement, une fois sa mise en place terminée (à ~34 Ma), nos résultats montrent que l'ophiolite a subi une forte altération supergène due aux conditions climatiques tropicales. Cette altération se manifeste par un processus de latéritisation entrainant le lessivage de la silice, du magnésium et des terres-rares dans les péridotites de la partie superficielle de l'ophiolite. Ces éléments vont être transportés par la percolation des fluides météoriques jusqu'à la semelle serpentineuse où ils s'accumulent et finalement reprécipitent par sursaturation sous la forme de magnésite, de silice amorphe et de talc. Ainsi, grâce notamment aux développements de nouvelles méthodes analytiques, nous montrons qu'il est possible de retracer l'évolution d'une ophiolite, de sa formation en profondeur jusqu'à son altération en surface.