The Ploumanac'h (Brittany) subalkaline, late orogenic pluton emplacement dynamics and petrological evolution
Le complexe de Ploumanac'h (Massif Armoricain), essai sur la mise en place et l'évolution pétrologique d'une association plutonique subalcaline tardi-orogénique
Résumé
The Ploumanac'h pluton belongs to a swarm of Hercynian monzogranite and red syenogranite plutons scattered along the northern coast of Brittany from Brest to Cherbourg. This pluton is composed of three concentrically imbricate magmatic groups. THE FIRST INTRUSION, a coarse-grained granite with co-magmatic gabbronorite, gabbrodiorite, diorite and hybrid types, was a deeply rooted cone-shaped body with an elliptical, NE-SW elongated map section. The rocks have a distinct planar texture, conformable with respect to the cone envelope, generated by a viscous flow succeeded by a protoclastic-to-plastic strain. Early schlieren and banding as well as mafic enclaves were flattened into the planar texture, and slightly elongated vertically. The plastic strain was due to centrifugal stress that also flattened the surrounding host rocks. THE SECOND INJECTION generated a thorough fracturing of the previous group. The intermediate granites, comprising fine-grained and aplitic granite-types, were emplaced near the axis of the first unit as thick flat-lying sheets, vertical dykes and externally dipping ring-dykes. THE LAST GROUP, again made of fine-grained granites, formed an asymmetrical bell-shaped unit at the center of the second one, emplaced by cauldron subsidence. AS A WHOLE, this centered buildup recorded two types of dynamics: push-up forced diapirism (first group) and successive collapse (groups 2-3). THE MINERAL DIFFERENTIATION of the coarse-grained granite has been traced, from the earliest structures such as schlieren and banded layering to the latest aplite-pegmatite veining. Crystal fractionation appears as a major process accounting for the continuous transition from the internal porphyroid monzogranite, where gravitational deposition interfered with convective flow, to the external coarse-grained syenogranite. The total diapiric pressure, that superseded the lithostatic pressure, was bracketed between 2 and 3.25 kbar, the liquidus temperature being less than 1000°C. ASSOCIATED MAFIC AND FELSIC rocks might represent a coherent differentiation series, potassic-subalkaline and silica-saturated, originated from the stepwise evolution of a an alkaline to transitional basaltic magma more or less contaminated during its crustal ascent.
I. ARCHITECTURE ET MISE EN PLACE DU MASSIF __ L'étude de la structure du massif de Ploumanac'h a pour but de retracer l'histoire et les mécanismes de sa mise en place. __ L'architecture du complexe de Ploumanac'h résulte de l'emboîtement successif de trois groupes d'intrusions. Le premier groupe intrusif -granites à gros grain, gabbronorites, gabbrodiorites, diorites et roches hybrides synchrones- emplit un entonnoir profond à section elliptique, situé dans un socle de blastomylonites et de quartzophyllades. Les roches de cette unité présentent une nette structure planaire qui provient de la superposition d'un flux visqueux et d'une protoclase susceptible d'évoluer en flux plastique. La déformation plastique est causée par des pressions centrifuges qui aplatissent aussi les terrains environnants. L'injection du deuxième groupe intrusif débute avec la fracturation intense de la première unité; les granites intermédiaires -plusieurs granites à grain fin ou aplitiques- se disposent au cœur de la première unité en puissants feuillets subhorizontaux, en dykes verticaux et en segments de "ring-dykes" à pendage externe. Le dernier groupe intrusif -également formé de granites à grain fin- forme une cloche asymétrique au centre de la deuxième unité. __ Ce dispositif architectural centré s'est réalisé par les jeux successifs de deux types de mécanismes : refoulement et effondrement. Les injections forcées dominent largement avec percement ductile puis à l'emporte-pièce du socle, venues de magmas sous pression, écrasement de l'auréole et des cristallisats, bréchification et soulèvement des granites à gros grain premiers formés. Les intrusions passives terminent la formation du complexe, à la faveur de la subsidence de blocs de plus en plus centraux. __ Le fonctionnement diapirique de l'association synchrone basique-acide du premier groupe intrusif apparaît comme le phénomène majeur, créateur de la place occupée par le complexe dans le socle. Au cœur du massif, les roches basiques occupent un volume important, supérieur au quart de celui des granites; elles ont un rôle moteur en transmettant les contraintes profondes jusque dans l'épizone crustale; certaines masses viennent même télescoper les granites à gros grain en formation et se figer à leur contact. La dualité des déformations subies par le premier groupe intrusif apparaît dans les zones litées du granite porphyroïde où des structures liées à l'écoulement visqueux sont reprises par des structures liées à l'écoulement plastique subséquent. Le style et l'attitude de l'ellipsoïde de déformation totale des granites à gros grain ressort de la forme en galette des enclaves éruptives sombres, disposées parallèlement aux bords de l'entonnoir et légèrement étirées subverticalement. __ II. PÉTROGRAPHIE ET PÉTROLOGIE DES GRANITES À GROS GRAIN __ L'étude de l'évolution pétrologique des granites à gros grain a été focalisée sur la description de la différenciation entre le monzogranite porphyroïde interne et le syénogranite à gros grain périphérique qui, sur le terrain, passent progressivement l'un à l'autre en quelques centaines de mètres. __ L'investigation des textures permet d'affiner le cadre spatio-temporel de l'évolution : ordre des nucléations, avatars de la croissance, transformations et réactions minérales. La séparation et l'analyse des principales phases minérales précisent l'aspect minéralogique de la différenciation depuis les structures précoces que sont les zones litées (schlieren rubanés) jusqu'aux structures les plus tardives représentées par des aplitopegmatites. Le partage de Rb et Sr entre minéraux coexistants montre l'intensité des redistributions tardi- à post-magmatiques, liées à des circulations de fluides aqueux chauds; l'étude chimique sur roche totale des divers cristallisats permet d'atténuer ces effets sur les compositions initiales. __ La formation des granites à gros grain est compatible avec un phénomène de différenciation magmatique par cristallisation fractionnée. Le monzogranite est un cumulat magmatique où les phénomènes de sédimentation par gravité interfèrent avec des écoulements convectifs; le syénogranite s'approche d'une composition résiduelle pour une pression de fluides ≈ 1 Kb H2O. La pression totale de mise en place est comprise entre 2 et 3,25 Kb, pression diapirique supérieure à la charge lithostatique. La température du liquidus du magma granitique se situe en dessous de 1000 °C; la fugacité d'oxygène n'est pas tamponnée : elle reste constante puis décroît avec la cristallisation. __ III. L'ASSOCIATION DES GRANITES ET DES ROCHES BASIQUES __ Deux groupes de roches basiques se distinguent tant sur des critères pétrographiques que chimiques : le groupe "dioritique", peu homogène et peu représenté, montre, pour certains de ses membres, une affinité lamprophyrique; le groupe "gabbroïque" forme une série de différenciation depuis des cumulats gabbronoritiques à olivine jusqu'à des granodiorites sombres; cette série présente plusieurs particularités : des ocelles disséminées à couronne de clinopyroxène en prismes centripètes et à cœur de quartz ± feldspath tardifs, issues de gouttes riches en silice, immiscibles ou difficilement miscibles avec le magma basique; une contamination par le granite porphyroïde surtout aux bordures; des teneurs élevées pour les éléments majeurs Si, K, Ti et les traces Ba, Rb et une teneur très faible en Cu. __ Bien que l'hypothèse de l'origine des granites à gros grain par anatexie crustale pure ne soit pas invraisemblable, il existe plus d'arguments en faveur de leur origine par différenciation magmatique du groupe gabbroïque. Groupe gabbroïque et granites à gros grain forment une série issue de l'évolution étagée d'un magma basaltique à affinité alcaline ou transitionnelle, plus ou moins contaminé en traversant la croûte continentale, définie comme une série subalcaline potassique saturée en silice. La place de ce magmatisme potassique dans l'orogène hercynien est discutée.