Types de métamorphisme

Métamorphisme de contact

À faible profondeur dans la croûte (généralement moins de 6 km), les sources de chaleur responsables du métamorphisme de contact sont des corps de magma chaud (par exemple des intrusions ignées) qui augmentent la température des roches environnantes. Ces effets thermiques sont généralement limités aux zones de contact des intrusions, d’où le terme de métamorphisme de contact. Cependant, des fluides chauds sont parfois libérés des intrusions et pénètrent dans les roches enserrantes le long des fractures et produisent des zones métamorphiques de contact. Les facteurs déterminants régissant l’étendue du métamorphisme de contact sont la taille de l’intrusion et sa température. Les magmas basiques sont beaucoup plus chauds que les magmas acides et auront donc un effet thermique plus important. De plus, une grande intrusion contient beaucoup plus de chaleur qu’un petit corps ressemblant à une digue et son effet sur les roches environnantes sera beaucoup plus important et plus répandu.

Les roches de campagne entourant de grands corps de magma chauds sont chauffées, initiant des réactions minérales et formant de nouveaux minéraux. Les roches adjacentes à de minces digues et seuils sont simplement cuites et durcies et ne subissent pas de grands changements minéralogiques et / ou texturaux. Les grands plutons donnent lieu à des zones d’auréoles de contact à l’intérieur desquelles les roches de campagne sont métamorphisées thermiquement, celles les plus proches des plutons subissant plus de chaleur que celles les plus éloignées (elles ont donc un grade métamorphique plus élevé). Comme les gros plutons mettent des millions d’années à se refroidir, les roches environnantes restent également chaudes pendant des dizaines de milliers d’années, ce qui permet aux réactions chimiques de continuer à se terminer.

Faciès métamorphique de contact

Les faciès métamorphiques produits par métamorphisme de contact par ordre de grade croissant sont les suivants:

• Hornfels d’épidote d’albite
• Hornfels de Hornblende
• Hornfels de Pyroxène
• Sanidinite

Métamorphisme dynamique

Les roches métamorphiques dynamiques sont limitées à des zones étroites adjacentes à des failles ou à des poussées. Les fortes contraintes de cisaillement associées aux failles et aux poussées écrasent les roches adjacentes. L’élévation de température est produite par la chaleur de frottement générée dans la zone de faille. Les contraintes de cisaillement élevées peuvent être de courte durée ou de longue durée en fonction de l’activité de la faille ou de la poussée. Le métamorphisme dynamique implique une contrainte de cisaillement élevée, une pression élevée, une contrainte élevée, une pression partielle élevée du fluide et une température variable. Dans de nombreux cas, l’eau joue un rôle fondamental.

Les roches concassées dans les zones de failles sont appelées brèches de failles qui consistent en fragments angulaires de la roche de campagne dans une matrice de roche concassée ou en poudre, cimentée par du quartz et / ou de la calcite. Les fluides se déplacent facilement le long des zones de faille entre les joints de grains et à travers les fissures et les fissures. Ces fluides sont capables de transporter de grandes quantités de silice, de carbonates et d’autres minéraux en solution.

La pseudotachylite est une roche de zone de faille noire et vitreuse. Il se présente généralement sous forme de dykes et de veines étroits et se forme par fusion par frottement de la roche de campagne. Les mylonites sont des roches partiellement recristallisées avec une foliation prononcée qui sont produites par un cisaillement intense lors de mouvements à grande échelle le long de failles et de poussées. Les différents types de roches produits par le métamorphisme dynamique varient avec la profondeur de la surface car, avec l’augmentation de la profondeur, la pression et la température environnantes augmentent.

Métamorphisme régional

La plupart des roches métamorphiques se trouvent dans des ceintures de montagnes pliées ou des zones cratoniques. Ces roches couvrent de vastes zones de la croûte terrestre et sont donc appelées roches métamorphiques régionales. Ils résultent de l’action combinée de la chaleur, de la pression d’enfouissement, de la contrainte différentielle, de la déformation et des fluides sur des roches préexistantes. Les roches résultantes sont toujours déformées (en raison de la contrainte différentielle) et présentent généralement des plis, des fractures et des clivages. De grandes quantités d’intrusions granitiques sont également associées aux roches métamorphiques régionales. Les roches métamorphiques régionales les plus courantes sont les ardoises, les schistes et les gneiss. Le métamorphisme régional couvre une large gamme de conditions de température et de pression de 200 ° C à 750 ° C et de 2 kbar à 10 kbar (ou 5 km à 35 km de profondeur).

Il existe trois faciès métamorphiques dans les roches métamorphisées régionales, qui, du grade le plus bas au grade le plus élevé, sont:

• Greenschist : peut être divisé en zones de chlorite et de biotite. Le terme greenschist tire son nom des roches elles-mêmes car de nombreuses roches de ce faciès sont de couleur gris-vert et ont une texture schisteuse (arrangement parallèle de minéraux platy).
• Amphibolite : peut être divisé en zones grenat et staurolite. Le terme amphibolite tire son nom des minéraux constitutifs les plus courants de ce faciès, les minéraux du groupe des amphiboles.
• Granulite : peut être divisée en zones de kyanite et de sillimanite. Le terme granulite reflète la texture la plus courante de ces roches – granulaire.

Métamorphisme régional à haute pression

Dans certaines parties du monde, les ceintures de montagnes géologiquement jeunes (cénozoïques et mésozoïques) contiennent des séquences de roches sédimentaires à grain fin métamorphisées et de roches volcaniques basiques contenant des amphiboles bleus inhabituels. Ces roches sont généralement schisteuses, peuvent avoir une couleur bleue caractéristique et sont appelées blueschistes. Ceux-ci se forment dans des conditions de basse température mais de haute pression dans les zones de collision des dalles de subduction.

Lorsque les dalles océaniques en subduction sont entraînées jusqu’à des profondeurs supérieures à 50 kilomètres, le basalte se métamorphose à des pressions très élevées pour former une roche dense avec la même composition chimique en vrac mais une minéralogie (principalement du pyroxène et du grenat) et une texture différentes. Ces roches sont appelées éclogites.

Ceintures métamorphiques

Le métamorphisme régional se produit sur de larges zones de la croûte terrestre. Les séquences métamorphiques les plus courantes dans les roches relativement jeunes (p. ex. moins de 450 Ma (millions d’années)) se produisent dans des ceintures de montagne pliées qui sont produites par des processus tectoniques associés au développement de ces ceintures. Nous appelons ces régions des ceintures métamorphiques. Au sein de ces séquences, les roches métamorphiques régionales de grade supérieur se trouvent généralement dans les régions de la croûte inférieure et les roches de grade inférieur se trouvent dans la croûte supérieure. Les régions cratoniques plus anciennes (également appelées boucliers) contiennent également de nombreuses séquences métamorphiques régionales. Les régions les plus anciennes et les plus jeunes contiennent des expositions abondantes de roches granitiques dont la formation est fortement liée au métamorphisme.

Ceintures métamorphiques en Australie

La géologie de l’Australie orientale est dominée par un certain nombre de ces ceintures de montagnes pliées. Les plus grandes sont les ceintures de pliage de Lachlan et de la Nouvelle-Angleterre. Ces deux ceintures de plis contiennent des roches métamorphiques régionales de qualité relativement faible, ainsi que de nombreuses intrusions granitiques. La ceinture de pliage de la Nouvelle-Angleterre contient de petites quantités de blueschistes et d’éclogites qui se sont formés dans les zones de collision des dalles de subduction. Ces bandes pliantes se sont formées au cours de centaines de millions d’années par des processus tectoniques des plaques.

Métamorphisme rétrograde

De nombreuses roches métamorphiques contiennent des preuves de changements minéraux rétrogrades, c’est-à-dire d’altération de minéraux de qualité supérieure en minéraux de qualité inférieure. Beaucoup de ces changements impliquent l’hydratation et sont le résultat d’une diminution de la température et d’une augmentation de l’activité de l’eau. Le métamorphisme rétrograde est normalement produit par un métamorphisme régional répété où un épisode de grade inférieur est superposé à un épisode de grade supérieur. La plupart des événements rétrogrades ne sont probablement qu’une conséquence du refroidissement du système métamorphique après que le métamorphisme maximal a été atteint (c’est-à-dire que le système doit se refroidir avec le temps et que la région subit un soulèvement avec le temps, la pression et la température sont considérablement réduites). Les minéraux secondaires produits lors du métamorphisme régressif se présentent généralement sous forme de franges fibreuses autour, d’inclusions à l’intérieur et de grains pseudomorphes après les minéraux métamorphiques de qualité supérieure. Un bon exemple de métamorphisme rétrograde est l’apparition de serpentinites. Ceux-ci se forment par hydratation généralement à basse température de roches ultramafiques (contenant des minéraux composés principalement de magnésium et de fer), généralement dans les zones de subduction.