Métamorphisme

Métamorphisme régional

Le métamorphisme régional ou barrovien couvre de grandes zones de croûte continentale généralement associées à des chaînes de montagnes, en particulier celles associées à des plaques tectoniques convergentes ou aux racines de montagnes précédemment érodées. Les conditions produisant des roches régionalement métamorphisées étendues se produisent lors d’un événement orogénique. La collision de deux plaques continentales ou d’arcs insulaires avec des plaques continentales produit les forces de compression extrêmes nécessaires aux changements métamorphiques typiques du métamorphisme régional. Ces montagnes orogéniques sont ensuite érodées, exposant les roches intensément déformées typiques de leurs noyaux. Les conditions à l’intérieur de la dalle de subduction qui plonge vers le manteau dans une zone de subduction produisent également des effets métamorphiques régionaux, caractérisés par des ceintures métamorphiques appariées. Les techniques de la géologie structurale sont utilisées pour reconstituer l’histoire de la collision et déterminer les forces en jeu. Le métamorphisme régional peut être décrit et classé en faciès métamorphiques ou en zones métamorphiques de conditions de température/pression dans tout le terrane orogénique.

Édition de contact (thermique)

Une auréole métamorphique dans les monts Henry, en Utah. La roche grisâtre du haut est l’intrusion ignée, constituée de granodiorite porphyrique du laccolite des Henry Mountains, et la roche rosâtre du bas est la roche sédimentaire du pays, un siltstone. Entre les deux, le siltstone métamorphisé est visible à la fois comme la couche sombre (~5 cm d’épaisseur) et la couche pâle en dessous.

Le métamorphisme de contact se produit généralement autour des roches ignées intrusives en raison de l’augmentation de température causée par l’intrusion du magma dans une roche de pays plus froide. La zone entourant l’intrusion où les effets du métamorphisme de contact sont présents est appelée l’auréole métamorphique ou auréole de contact. Les roches métamorphiques de contact sont généralement appelées cornéennes. Les roches formées par le métamorphisme de contact peuvent ne pas présenter de signes de forte déformation et sont souvent à grain fin.

Le métamorphisme de contact est plus important à proximité de l’intrusion et se dissipe avec la distance du contact. La taille de l’auréole dépend de la chaleur de l’intrusion, de sa taille et de la différence de température avec les roches de paroi. Les dikes présentent généralement de petites auréoles avec un métamorphisme minimal alors que les grandes intrusions ultramafiques peuvent avoir une épaisseur significative et un métamorphisme de contact bien développé.

Le grade métamorphique d’une auréole est mesuré par le pic de minéral métamorphique qui se forme dans l’auréole. Celui-ci est généralement lié aux températures de métamorphisme des roches pélitiques ou aluminosilicatées et aux minéraux qu’elles forment. Les grades métamorphiques des auréoles sont les cornéennes à andalousite, les cornéennes à sillimanite, les cornéennes à pyroxène.

Les fluides magmatiques provenant de la roche intrusive peuvent également participer aux réactions métamorphiques. Un apport important de fluides magmatiques peut modifier de manière significative la chimie des roches concernées. Dans ce cas, le métamorphisme se transforme en métasomatisme. Si la roche intrudée est riche en carbonate, on obtient un skarn. Les eaux magmatiques riches en fluor qui quittent un granite en cours de refroidissement peuvent souvent former des greisens à l’intérieur et à proximité du contact du granite. Les auréoles altérées par les métasomatiques peuvent localiser le dépôt de minerais métalliques et présentent donc un intérêt économique.

Un type particulier de métamorphisme de contact, associé aux feux de combustibles fossiles, est connu sous le nom de pyrométamorphisme.

Métamorphisme hydrothermal

Le métamorphisme hydrothermal est le résultat de l’interaction d’une roche avec un fluide à haute température de composition variable. La différence de composition entre une roche existante et le fluide envahissant déclenche un ensemble de réactions métamorphiques et métasomatiques. Le fluide hydrothermal peut être magmatique (issu d’un magma intrusif), une eau souterraine en circulation ou de l’eau de mer. La circulation convective des fluides hydrothermaux dans les basaltes du fond de l’océan produit un métamorphisme hydrothermal étendu près des centres d’étalement et d’autres zones volcaniques sous-marines. Les fluides finissent par s’échapper par des évents au fond de l’océan, appelés fumeurs noirs. Les schémas de cette altération hydrothermale sont utilisés comme guide dans la recherche de gisements de minerais métalliques précieux.

Métamorphisme de choc

Le métamorphisme de choc se produit lorsqu’un objet extraterrestre (une météorite par exemple) entre en collision avec la surface de la Terre. Le métamorphisme de choc est, par conséquent, caractérisé par des conditions de pression ultra-haute et de basse température. Les minéraux (tels que les polymorphes SiO2 que sont la coésite et la stishovite) et les textures qui en résultent sont caractéristiques de ces conditions.

Métamorphisme dynamique

Le métamorphisme dynamique est associé à des zones de déformation forte à modérée telles que les zones de faille. La cataclasie, c’est-à-dire l’écrasement et le broyage des roches en fragments anguleux, se produit dans les zones métamorphiques dynamiques, donnant une texture cataclastique.

Les textures des zones métamorphiques dynamiques dépendent de la profondeur à laquelle elles se sont formées, car la température et la pression de confinement déterminent les mécanismes de déformation qui prédominent. À des profondeurs inférieures à 5 km, le métamorphisme dynamique ne se produit pas souvent car la pression de confinement est trop faible pour produire de la chaleur de friction. Au lieu de cela, une zone de brèche ou de cataclasite se forme, la roche étant broyée et brisée en fragments aléatoires. Cela forme généralement un mélange. En profondeur, les brèches angulaires transitent vers une texture de cisaillement ductile et vers des zones de mylonite.

Dans la gamme de profondeur de 5 à 10 km, la pseudotachylyte se forme car la pression de confinement est suffisante pour empêcher la brèche et le fraisage et l’énergie est donc concentrée sur des plans de faille discrets. Le chauffage par friction, dans ce cas, peut faire fondre la roche pour former du verre de pseudotachylyte.

Dans la gamme de profondeur de 10 à 20 km, la déformation est régie par des conditions de déformation ductile et donc le chauffage par friction est dispersé dans toutes les zones de cisaillement, ce qui entraîne une empreinte thermique plus faible et une déformation distribuée. Ici, la déformation forme de la mylonite, le métamorphisme dynamothermique étant rarement observé comme la croissance de porphyroblastes dans les zones de mylonite.

La surcharge peut juxtaposer des roches chaudes de la croûte inférieure contre des blocs plus froids de la croûte moyenne et supérieure, ce qui entraîne un transfert de chaleur par conduction et un métamorphisme de contact localisé des blocs plus froids adjacents aux blocs plus chauds, et souvent un métamorphisme rétrograde dans les blocs plus chauds. Les assemblages métamorphiques dans ce cas sont un diagnostic de la profondeur et de la température ainsi que du jet de la faille et peuvent également être datés pour donner un âge de la poussée.