Les « Comb Layers »

 

Ces pages dédiées aux « comb layers » ont été réalisées par Thiebaut D’Augustin dans le cadre d’un stage de licence à Brest.

Présentation des textures

Les comb layers

Les « comb layers », ou « litages en peignes », sont des textures peu fréquentes qui comme leur nom l’indiquent, sont formées par un agencement de cristaux dendritiques alignés parallèlement. Les comb layers se forment par cristallisation depuis les parois extérieures d’un filon ou d’un réservoir magmatique, vers l’intérieur. Ils sont caractérisés par une croissance unidirectionnelle des cristaux et perpendiculairement aux parois, les cristaux s’épaississant et se ramifiant vers l’intérieur de l’intrusion (Vernon, 2004 ; Gill, 2010). On peut retrouver plusieurs litages successifs, indiquant différentes phases de croissance. De plus, dans un échantillon du Groenland, des plagioclases microlithiques ont poussé perpendiculairement aux cristaux ramifiés, ce qui peut également provenir d’une seconde phase de croissance rapide.

Ces structures ont été retrouvées dans des filons magmatiques ainsi qu’en association avec des cumulats. Dans ce dernier cas, on note qu’il n’y a pas de limite nette entre le litage et les cumulats mais plutôt une transition progressive. Les cumulats sont des accumulations de cristaux qui se forment sur les parois et le fond des chambres magmatiques. De plus, des différences de densités entre le magma et les cristaux peuvent provoquer l’accumulation de ces derniers sur le toit et le fond du réservoir.

Donaldson (1977) décrit l’évolution suivante des textures depuis les bords vers l’intérieur de l’intrusion : En bordure, les cristaux présentent une structure harrisitique, où les cristaux sont aciculaires, alignés en dents de peigne et peuvent se ramifier (ces cristaux ont souvent une extinction irrégulière). Ces cristaux peuvent être courbés, la courbure semble pouvoir se produire sans contrainte directe, contrairement à ce qui a été d’abord supposé. Vers l’intérieur, les cristaux évoluent progressivement vers une texture granuleuse de cumulat. Pour chaque litage, la limite externe, qui marque le début d’une phase de cristallisation, est bien plus nette que la limite interne, qui elle marque l’arrêt de croissance du cristal. Celle-ci ne se fait pas partout au même endroit, en fonction des variations locales de conditions physico-chimiques.

Les orbicules

Les orbicules sont des structures ovoïdales de quelques centimètres de rayon en moyenne et formées de cristaux qui croissent radialement depuis un nucléus. Elles sont considérées comme étant l’équivalent des comb layers, formées par nucléation hétérogène autours d’un support en suspension dans le magma et non une paroi relativement plane (Gill, 2010). Dans certains cas, elles se forment au contact entre un magma et une inclusion de magma d’acidité différente (Sylvester, 2011).

Contextes de formation des roches et description des échantillons

Quoique rares, les comb layers peuvent se former dans tout type de roche magmatique (basiques ou acides, carbonatites…). Les échantillons étudiés présentent des minéralogies peu communes. En outre, de nombreux cristaux de différentes espèces minérales présentent des zonations, elles aussi caractéristiques d’une cristallisation hors équilibre.

Les échantillons étudiés proviennent de différentes localités géographiques. Les pages suivantes les décrivent et les illustrent :

Hypothèses de formations de ces structures

Les conditions de formations de ces structures sont discutées. Elles dépendent des conditions externes d’une part, et des propriétés du fluide, d’autre part. Les expériences analogiques montrent toutefois des résultats contradictoires quant à l’implication ou non des différents paramètres, internes et externes.

Conditions physiques de formation

Les textures ramifiées et à croissance unidirectionnelle sont typiques d’une croissance très rapide. Cela se produit en contexte de surfusion (le liquide ne cristallise pas malgré le fait que la température requise est atteinte voire dépassée) (Vernon, 2004 ; Gill , 2010).

Un fort gradient thermique et un taux de refroidissement rapide sont également considérés par certains comme étant nécessaires. Des expériences ont en effet obtenu des cristaux de plus en plus tabulaires quand le taux de refroidissement diminue (Lofgren & Donaldson, 1975). A l’inverse, d’autres scientifiques ont pu synthétiser des cristaux présentant des textures harrisitiques à température constante. Les résultats d’autres expériences indiquent quant à elles des variations de surfusion et sursaturation plutôt continues que soudaines (Donaldson, 1977). Enfin, on retrouve des orbicules au sein de vastes réservoirs magmatiques et des occurrences de comb-layers existent à une 100aine de mètres des parois.

Le gradient thermique semble contrôler la direction de croissance des cristaux (qui est donc perpendiculaire à celui-ci), ce qui est en bon accord avec le fait que le gradient est perpendiculaire aux parois du filon ou du réservoir, tout comme les cristaux (Lofgren & Donaldson, 1975).

Propriétés du liquide parent

La croissance des cristaux dépend directement de la concentration en éléments constitutifs. C’est pourquoi la sursaturation est un paramètre important dans la formation de textures de ce type. La direction préférentielle de croissance est due à une compétition pour les éléments constitutifs des minéraux. Quand ceux-ci deviennent insuffisants, la croissance s’arrête et est relancée dans le cas d’un nouvel apport (d’où la formation de litages successifs).

Les comb layers ne peuvent se former que dans un liquide dépourvu de cristaux (ou dans lequel le taux de nucléation doit donc être nul ou inférieur au nombre de cristaux retirés par unité de temps). La nucléation est donc essentiellement hétérogène et se fait à partir des parois (Gill, 2010).

Dans certains cas, de fortes variations chimiques des minéraux constitutifs des litages indiquent des changements rapides des propriétés physico-chimiques des fluides dont ils sont issus, donc le renouvellement rapide de ces fluides. Il est probable que certains comb-layers, notamment cristallisés dans des roches magmatiques, aient été formés dans des fluides concentrés dans des pièges entre le magma et la paroi de la chambre mais qui ne soient pas eux-mêmes des magmas silicatés (Moore & Lockwood, 1973).

Références

Donaldson C., Laboratory duplication of comb layering in the Rhum pluton, 1977, Mineralogical Magazine, Vol. 41, Pp. 323-336

Gill R., Igneous Rocks and Processes, a practical guide, 2010, Wiley Blackvell (pages 256-257)

Lofgren G. & Donaldson C., Curved Branching Crystals and differentiation in Comb-Layered Rocks , 1975, Contribution to Mineralogy and Petrology, v49, p. 309-319

Moore J. & Lockwood J., Origin of Comb Layering and Orbicular Structure, Sierra Nevada Batholith, California , 1973, Geological Society of America Bulletin, v. 84, p. 1-20

Sylvester A., The nature and polygenetic origin of orbicular granodiorite in the Lower Castle Creek pluton, northern Sierra Nevada batholith, California, 2011, Geosphere, v. 7, p 1-9

Vernon R.H., A practical guide to Rock Microstructure, 2004, Cambridge University Press (pages 88-89)