Métasomatisme

Le métasomatisme (du grec μετά metá « changement » et σῶμα sôma « corps ») est l'altération chimique d'une roche par des fluides hydrothermaux et autres. Il est traditionnellement défini comme un métamorphisme qui implique un changement de la composition chimique, à l'exclusion des composants volatils. Il s'agit du remplacement d'une roche par une autre de composition minéralogique et chimique différente. Les minéraux qui composent les roches sont dissous et de nouvelles formations minérales se déposent à leur place. La dissolution et le dépôt se produisent simultanément et la roche reste solide.

Les synonymes du mot métasomatisme sont métasomatose et processus métasomatique . Le mot métasomatose peut être utilisé comme nom pour des variétés spécifiques de métasomatisme (par exemple Mg -métasomatose et Na -métasomatose ).

Le métasomatisme peut se produire par l’action de fluides hydrothermaux provenant d’une source ignée ou métamorphique .

Dans l' environnement igné , le métasomatisme produit des skarns , des greisen et peut affecter les cornéennes dans l' auréole métamorphique de contact adjacente à une masse rocheuse intrusive . Dans l'environnement métamorphique, le métasomatisme est provoqué par un transfert de masse d'un volume de roche métamorphique soumis à des contraintes et à des températures plus élevées vers une zone soumise à des contraintes et à des températures plus faibles, les solutions hydrothermales métamorphiques agissant comme solvant . On peut envisager cela comme les roches métamorphiques de la croûte profonde perdant des fluides et des composants minéraux dissous à mesure que les minéraux hydratés se décomposent, ce fluide s'infiltrant dans les niveaux peu profonds de la croûte pour modifier et altérer chimiquement ces roches.

Ce mécanisme implique que le métasomatisme est un comportement de système ouvert, ce qui est différent du métamorphisme classique qui est le changement minéralogique in situ d'une roche sans changement notable de la chimie de la roche. Comme le métamorphisme nécessite généralement de l'eau pour faciliter les réactions métamorphiques, le métamorphisme se produit presque toujours avec le métasomatisme.

De plus, comme le métasomatisme est un processus de transfert de masse, il ne se limite pas aux roches qui sont modifiées par l'ajout d' éléments chimiques et de minéraux ou de composés hydratés . Dans tous les cas, pour produire une roche métasomatique, une autre roche est également métasomatisée, ne serait-ce que par des réactions de déshydratation avec un changement chimique minimal. Ceci est parfaitement illustré par les gisements de minerai d'or qui sont le produit d'une concentration focalisée de fluides dérivés de plusieurs kilomètres cubes de croûte déshydratée dans des zones de cisaillement et des filons minces, souvent fortement métasomatisés et altérés. La région source est souvent en grande partie chimiquement indemne par rapport aux zones de cisaillement fortement hydratées et altérées, mais les deux doivent avoir subi un métasomatisme complémentaire.

Le métasomatisme est plus compliqué dans le manteau terrestre , car la composition de la péridotite à haute température peut être modifiée par l'infiltration de carbonates et de silicates fondus et par des fluides riches en dioxyde de carbone et en eau, comme l'a expliqué Luth (2003). Le métasomatisme est considéré comme particulièrement important dans la modification de la composition de la péridotite du manteau sous les arcs insulaires , car l'eau est chassée de la lithosphère océanique pendant la subduction . Le métasomatisme a également été considéré comme essentiel pour l'enrichissement des régions sources de certains magmas sous-saturés en silice . Les fontes de carbonatite sont souvent considérées comme responsables de l'enrichissement de la péridotite du manteau en éléments incompatibles .

Le métasomatisme peut être similaire à d'autres processus endogènes et est séparé par 4 caractéristiques principales. La première d'entre elles est le remplacement ion par ion dans les minéraux , cela peut se produire à partir de la précipitation de nouveaux minéraux en même temps que la dissolution de minéraux existants. La deuxième caractéristique utilisée pour identifier le métasomatisme est qu'il provient de la préservation des roches à l'état solide pendant le remplacement. La troisième caractéristique distinctive est le métamorphisme isochimique, ou l'ajout ou la soustraction d'éléments majeurs autres que l'eau (H2O ₎ et le dioxyde de carbone (CO2 ₎ . La dernière caractéristique est les zones distinctes de métasomatisme. Celles-ci sont formées par le magmatisme et le métamorphisme et forment un modèle caractéristique d'une colonne métasomatique.

Les roches métasomatiques peuvent être extrêmement variées. Souvent, les roches métasomatisées sont profondément mais faiblement altérées , de telle sorte que la seule preuve d'altération est un blanchiment, un changement de couleur ou un changement de cristallinité des minéraux micacés.

Dans de tels cas, la caractérisation de l’altération nécessite souvent une étude au microscope de l’assemblage minéral des roches pour caractériser les minéraux, toute croissance minérale supplémentaire, les changements dans les minéraux protolithiques, etc.

Dans certains cas, des preuves géochimiques peuvent être trouvées concernant des processus d'altération métasomatique. Il s'agit généralement d'éléments mobiles et solubles tels que le baryum , le strontium , le rubidium , le calcium et certains éléments des terres rares . Cependant, pour caractériser correctement l'altération, il est nécessaire de comparer les échantillons altérés et non altérés.

Lorsque le processus devient extrêmement avancé, les métasomatites typiques peuvent inclure :

• Remplacement de roches entières par de la chlorite ou du mica dans les zones de cisaillement, ce qui donne des roches dans lesquelles la minéralogie existante a été complètement recristallisée et remplacée par des minéraux hydratés tels que la chlorite, la muscovite et la serpentine .
• Types de roches skarniques et skarnoïdes, généralement adjacentes aux intrusions granitiques et adjacentes aux lithologies réactives telles que le calcaire , la marne et la formation de fer rubanée .
• Dépôts de Greisen dans les marges et les coupoles granitiques .
• Rodingite typique des ophiolites , en particulier de leurs dykes mafiques serpentinisés , contenant du grenat grossulaire-andradite, du pyroxène calcique, de la vésuvianite, de l'épidote et de la scapolite.
• La fénite , en tant que variante du métasomatisme associée à un magmatisme fortement alcalin ou carbonatitique introduisant une variété de feldspaths , de pyroxènes sodiques ou d'amphiboles et souvent des minéraux inhabituels (tels que la chevkinite ou la columbite) comprenant des éléments généralement incompatibles qui ne s'incorporent pas facilement dans un réseau cristallin, c'est-à-dire le niobium , le zirconium
• Albitite, provenant du remplacement du plagioclase par de l'albite ( albitisation )

Les effets du métasomatisme dans la péridotite du manteau peuvent être modaux ou cryptiques. Dans le cas du métasomatisme cryptique, les compositions minérales sont modifiées ou les éléments introduits sont concentrés sur les joints de grains et la minéralogie de la péridotite apparaît inchangée. Dans le cas du métasomatisme modal, de nouveaux minéraux se forment.

Le métasomatisme cryptique peut être provoqué par l'interaction de la fonte montante ou percolante avec la péridotite environnante, et la composition de la fonte et de la péridotite est modifiée. À des températures élevées du manteau, la diffusion à l'état solide peut également être efficace pour modifier la composition des roches sur des dizaines de centimètres adjacents aux conduits de fonte : les gradients de composition minérale adjacents aux digues de pyroxénite peuvent préserver des traces du processus.

Le métasomatisme modal peut entraîner la formation d' amphibole et de phlogopite , et la présence de ces minéraux dans les xénolites de péridotite a été considérée comme une preuve solide de processus métasomatiques dans le manteau. La formation de minéraux moins courants dans la péridotite, tels que la dolomite , la calcite , l'ilménite , le rutile et l'armalcolite , est également attribuée au métasomatisme par fusion ou par fluide.

Il existe deux principaux schémas discutés pour la manifestation du métasomatisme dans la nature dans les systèmes granitiques. Le métasomatisme par diffusion, qui a été mentionné dans la section sur les types de métasomatites, et le métasomatisme par infiltration. L'infiltration se produit dans des fissures ou des fractures qui favorisent l'écoulement des fluides dans les zones de forte perméabilité. La diffusion se produit lorsque le fluide est incorporé dans les pores de la roche, ce qui est déterminé par la porosité . Les roches altérées par métasomatisme par infiltration seront moins altérées que les roches altérées par diffusion en raison des effets de dispersion lors de l'advection des fluides.

Ces deux méthodes sont couramment utilisées pour le transport d'une région à une autre. Ces régions affectées peuvent être soit enrichies soit appauvries en composants transportés par rapport à l'état prémétasomatique. L'altération chimique affecte fortement les niveaux et les contenus du liquide métasomatique et la géochimie et la minéralogie des éléments majeurs des sédiments silicoclastiques.

L’étude des roches altérées dans les gisements de minerais hydrothermaux a mis en évidence plusieurs types omniprésents d’ assemblages d’altération qui forment des groupes distincts d’effets d’altération métasomatique, de textures et d’assemblages minéraux.

• L'altération propylitique est causée par des fluides hydrothermaux contenant du fer et du soufre et entraîne généralement une altération épidote - chlorite - pyrite , souvent avec des faciès hématite et magnétite .
• L'altération albite-épidote est causée par des fluides contenant de la silice riches en sodium et en calcium et produit généralement une faible albite- silice-épidote.
• L'altération potassique , typique des gisements de cuivre porphyrique et d'or filonien, entraîne la production de minéraux micacés et potassiques tels que la biotite dans les roches riches en fer, le mica muscovite ou la séricite dans les roches felsiques, et l'altération en orthose (adulaire), souvent assez répandue et produisant des lisières de veines d'altération rose saumon distinctes.
• Altération quartz-séricite-pyrite , dans laquelle ces minéraux peuvent se déposer aussi bien en filons que de manière disséminée ; la séricite remplace notamment le plagioclase et la biotite. Ceci est fréquent dans les gisements de cuivre porphyrique et de molybdène porphyrique.
• L'altération argilique , généralement présente dans les zones distales des gisements de porphyre, est un assemblage à basse température qui convertit les feldspaths et certains autres minéraux en minéraux argileux tels que la kaolinite et l'illite. Elle peut surimprimer des assemblages d'altération plus anciens et à température plus élevée.

Les fluides hydrothermaux de types plus rares peuvent inclure des fluides hautement carbonés, entraînant des réactions de carbonatation avancées de la roche hôte typiques des calco-silicates , et des fluides silice-hématite entraînant la production de jaspéroïdes , de gisements de minerai de manto et de zones omniprésentes de silicification , généralement dans les strates de dolomie . Les minéraux stressés et les roches encaissantes des plutons granitiques sont remplacés par des porphyroblastes d'orthose et de quartz, dans les monzonites à quartz de Papoose Flat.