La croissance des cristaux de quartz dans le filons sur l'exemple du filon de La Gardette (Bourg d'Oisans) et des filons du massif du Mont-Blanc
Abstract
The aim of this work is to !ind out relationships among quartz crystal features on the one hand, external and internaI morphology, impurity, size of the unit cell and, on the other hand, their conditions of growth. Two types of deposits have been chosen for this study : the "La Gardette" quartz vein (Bourg d'Oisans) and the crystal clefts of the Mont- Blanc massif. Both are usually classified as "alpine type" veins . Their crystals however are very different : in "La Gardette", the structure is lamellar (WEIL, 1930 ; BAMBAUER, BRUNNER and LAVES, 1961), while it is macromosaic (WEIL,1930 ; LAEMMLEIN, 1937) in the Mont-Blanc massif. The problem has been approached on three different paths : - In the first chapter, description of the crystals : observation of the external and internaI morphology, determination of the impurity content and unit cell size. - Characterization of the growth fluid media by the study of fluid inclusions (Chap. II). The method was to observe, under the microscope the phase transformations during heating and freezing. - Investigation of the geological environment of quartz veins. In the case of "La Gardette", the cristalline basement and its sedimentary cover have been investigated, as the age of the vein is post- triassic . For the Mont-Blanc clefts. the study is limited to the granite and its modifications at the contact of the clefts. The results of this research deal with the three following subjects : quartz crystal growth, deep- seated fluid geochemistry and regional geology of these quartz deposits. a) Quartz crystal growth : The lamellar quartz crystals are impure crystals which have grown alternatively at an high and low rate and have buried various quantities of impurities in relation with these rates. Quartz with a macromosaic structure are very pure crystals. The facies difference between both crystal types (long or thick) is explained by the difference in the impurity content. When the crystal buries many impurities, a preferential decrease of the growth rate of the prism face is observed, which leads to elongated crystals. At "La Gardette", the reason of this burial of many impurities has not been established with certainty : two parameters indeed join together their effects : temperature and nature of the fluid medium of growth . At"La Gardette" , temperature was probably lower than in Mont -Blanc massif and the fluid phase was not in equilibrium with silicate mineraIs, but with carbonate bearing sediments. b) Geochemistry of deep-seated fluids : The contribution of this work comes partly from the discovery of late fluids rich in CO2 during the retromorphosis of the Mont-Blanc granite. It may be inferred from this fact that the temperature during retromorphosis was much higher than actually indicated by the homogeneization of aqueous fluid inclusions in smoky quartz and reaches the temperatures usually believed to be within the range of the greenschist facies. ln this case homogeneization temperature indicates only the density of the fluid and is therefore more useful as a geological barometer than as a therrnometer. c) Geology of the Oisans area and Mont-Blanc massif. In the Bourg d'Oisans area, the density of fluids included in triassic and liassic mineraIs is so high that we must admit the presence, between Upper Lias and the present time, of a thick sedimentary cover which has now disappeared. This conclusion is in agreement with the existence of a schistosity in liassic rocks of the Ornon syncline and with the discovery by MARTINI and VUAGNAT (1965) of a zeolite facies west of the external crystalline massives. The "La Gardette" quartz vein was consequently formed in the depth from a material (fluids, silica, sulfides) deriving essentially from the above lying sediments. In the Mont-Blanc massif, it is shown that, in addition to the evidence of high pressures, CO2 has played a disturbing role during the retromorphosis. It induces an acidity which determines the equilibrium between some mineraIs, particularly between orthoclase and muscovite . These considerations lead to an open system retromorphic model in which temperature is less important than the composition of the fluid phase.
Le but de ce travail est de trouver des relations entre les caractères acquis par les cristauxde quartz :-morphologie externe, morphologie interne, teneur en impuretés, dimension de la maille élémentaire, d'une part,. et les conditions de leur croissance d'autre part. Les deux types de filons choisis pour cette étude sont le filon de La Gardette (Bourg d'Oisans) et les cavités à cristaux du massif du Mont-Blanc . Ils sont habituellement classés parmi les filons "de type alpin" . Pourtant leurs cristaux sont très différents, ceux de La Gardette possèdent une structure lamellaire (Weil, 1930 ; Bambauer, Brunner et Laves, 1961) alors que ceux du Mont Blanc possèdent une structure macromosaique (Weil, 1930 ; Laemmlein, 1937). La démarche scientifique suivie présente trois aspects différents : - étude des cristaux, qui fait l'objet du chapitre premier: observation de la morphologie externe et de la morphologie interne, détermination de la teneur en impuretés et des dimensions de la maille élémentaire. - caractérisation des milieux fluides de croissance par l'étude des inclusions fluides (chap.II). La méthode employée consiste en l'observation des transformations de phases, sous le microscope. au cours du chauffage et de la réfrigération . - caractérisation de l'environnement géologique des filons (chap. III ). Dans le as de La Gardette cela entraîne l'étude du socle cristallin et de sa couverture sédimentaire puisque le filon est post- triasique. Pour les cavités à cristaux du Mont-Blanc on se limite à l 'étude du granite et de ses modifications au contact des cavités . Les résultats de cette recherche se situent sur les trois plans de la croissance du quartz, de la géochimie des fluides profonds et de la géologie des régions où se trouvent ces filons. a - Croissance du quartz. Les cristaux de quartz lamellaire sont des cristaux impurs qui croissent avec des vitesses alternativement élevées et faibles, et ensevelissent des quantités d 'impuretés différentes en fonction de ces vitesses. Les cristaux de quartz à structure macromosaique sont des cristaux très purs. La différence de faciès des deux types de cristaux (allongés ou trapus) s'explique par la différence des contenus en impuretés . Lorsque le cristal ensevelit beaucoup d'impuretés on observe un freinage préférentiel de l'avancement des faces du prisme ce qui entraine l'allongement des cristaux. L'origine de cet ensevelissement d'une grande quantité d'impuretés à La Gardette n'a pu être déterminée de façon sûre. Deux paramètres en' effet conjuguent leurs effets : la température et la nature du milieu fluide de croissance. A La Gardette la température devait être plus basse qu'au Mont- Blanc, et la phase fluide n' était pas en équilibre avec des minéraux silicatés mais avec des sédiments carbonatés. b - Géochimie des fluides profonds . L'apport de ce travail découle en partie de la découverte de fluides tardifs riches en CO2 : au cours de la rétromorphose du granite du Mont-Blanc. Cela oblige à considérer que les températures de cette rétromorphose sont beaucoup plus élevées que ne l'indiquent les températures d'homogénéisation des inclusions fluides aqueuses du quartz enfumé, et sont proches des températures actuellement admises pour le faciès schistes verts. Les températures d'homogénéisation ne nous donnent donc que la densité du fluide et de telles inclusions sont alors plus utiles comme manomètres que comme thermomètres géologiques . c - Géologie de l'Oisans et du massif du Mont-Blanc. Pour la région de Bourg d'Oisans nous pouvons dire que la densité des fluides inclus dans les minéraux du Trias et du Lias est telle qu'on doit envisager un recouvrement épais de la région entre la fin du Lias et la période actuelle, recouvrement qui a disparu maintenant. Ceci s'accorde avec l'existence d'une schistosité dans le Lias du synclinal d'Ornon et avec la découverte par Martini et Vuagnat (1965) d'un faciès à zéolite à l'ouest des massifs cristallins externes. Le filon de La Gardette apparaît alors comme un filon formé en profondeur avec du matériel (fluides, silice, sulfures) issu essentiellement des sédiments qui le recouvrent . Dans le massif du Mont-Blanc, outre la mise en évidence des hautes pressions, on montre que le CO2 a joué un rôle perturbateur durant la rétromorphose. Par l'acidité qu'il provoque il règle l' équilibre entre certains minéraux et en particulier entre orthose et muscovite. Ceci conduit à un schéma de rétromorphose en système ouvert au cours duquel la température a dû jouer un rôle moindre que la composition de la phase fluide.