Intrusion ignée

En géologie , une intrusion ignée (ou corps intrusif ^[1] ou simplement intrusion ^[2] ) est un corps de roche ignée intrusive qui se forme par cristallisation de magma se refroidissant lentement sous la surface de la Terre . Les intrusions ont une grande variété de formes et de compositions, illustrées par des exemples comme le Palisades Sill de New York et du New Jersey ; ^[3] les monts Henry de l’Utah ; ^[4] le Complexe igné du Bushveld deAfrique du Sud ; ^[5] Shiprock au Nouveau-Mexique ; ^[6] l’ intrusion d’ Ardnamurchan en Ecosse ; ^[7] et le Batholite de la Sierra Nevada de Californie . ^[8]

Un pluton jurassique de monzonite rose a fait intrusion sous une section de Roches sédimentaires grises qui a ensuite été soulevée et exposée, près de Notch Peak , House Range , Utah . Le laccolithe exposé au sommet d’un système de pluton massif près de Sofia , formé par la syénite de Vitosha et les montagnes en forme de dôme de diorite de Plana et plus tard soulevé

Étant donné que la roche paysanne solide dans laquelle le magma pénètre est un excellent isolant , le refroidissement du magma est extrêmement lent et la roche ignée intrusive est à gros grains ( Phanéritique ). Les roches ignées intrusives sont classées séparément des roches ignées extrusives , généralement sur la base de leur teneur en minéraux . Les quantités relatives de quartz , de Feldspath alcalin , de plagioclase et de feldspathoïde sont particulièrement importantes pour classer les roches ignées intrusives. ^{[9] [10]}

Les intrusions doivent déplacer la roche country existante pour se faire de la place. La question de savoir comment cela se produit s’appelle le problème de la pièce et reste un sujet d’investigation actif pour de nombreux types d’intrusions. ^[11]

Le terme pluton est mal défini, ^[12] mais a été utilisé pour décrire une intrusion mise en place à grande profondeur ; ^[13] comme synonyme de toutes les intrusions ignées ; ^[14] comme catégorie poubelle pour les intrusions dont la taille ou le caractère ne sont pas bien déterminés ; ^[15] ou comme nom pour une très grande intrusion ^[16] ou pour une chambre magmatique cristallisée . ^[17] Un pluton qui a pénétré et obscurci le contact entre un terrane et la roche adjacente est appelé un pluton de couture .

Classification

Types d’intrusions de base : 1. Laccolithe , 2. Petite digue , 3. Batholite , 4. Digue , 5. Sill , 6. Col volcanique , tuyau, 7. Lopolith .

Les intrusions sont généralement divisées en intrusions discordantes , qui traversent la structure existante de la roche paysanne, et en intrusions concordantes qui pénètrent parallèlement à la literie ou au tissu existant . ^[18] Ceux-ci sont en outre classés selon des critères tels que la taille, le mode d’origine évident ou le fait qu’ils soient de forme tabulaire. ^{[1] [2]}

Une suite intrusive est un ensemble d’intrusions liées dans le temps et dans l’espace. ^{[19] [20] [21]}

Intrusions discordantes

Digues

Les digues sont des intrusions discordantes tabulaires, prenant la forme de nappes qui traversent les lits rocheux existants. ^[22] Ils ont tendance à résister à l’érosion, de sorte qu’ils se détachent comme des murs naturels sur le paysage. Leur épaisseur varie de films d’un millimètre d’épaisseur à plus de 300 mètres (980 pieds) et une feuille individuelle peut avoir une superficie de 12 000 kilomètres carrés (4 600 milles carrés). Leur composition est également très variable. Les digues se forment par fracturation hydraulique de la roche encaissante par le magma sous pression, ^[23] et sont plus fréquentes dans les régions de tension crustale . ^[24]

Dykes annulaires et nappes coniques

Les digues annulaires ^[25] et les nappes coniques sont des digues aux formes particulières qui sont associées à la formation de caldeiras . ^[26]

Cols volcaniques

Les cols volcaniques sont des tuyaux d’alimentation pour les Volcans qui ont été exposés par l’érosion . Les expositions de surface sont généralement cylindriques, mais l’intrusion devient souvent elliptique ou même en forme de girofle en profondeur. Les digues rayonnent souvent à partir d’un Col volcanique, ce qui suggère que les cols ont tendance à se former aux intersections des digues où le passage du magma est le moins obstrué. ^[27]

Diatrèmes et tuyaux de brèche

Les diatrèmes et les tuyaux de brèche sont des corps de brèche en forme de tuyau qui sont formés par des types particuliers d’éruptions explosives. ^[28]

Actions

Un stock est une intrusion discordante non tabulaire dont l’exposition couvre moins de 100 kilomètres carrés (39 milles carrés). Bien que cela semble arbitraire, d’autant plus que l’exposition peut n’être que la pointe d’un corps intrusif plus grand, la classification est significative pour les corps qui ne changent pas beaucoup de surface avec la profondeur et qui ont d’autres caractéristiques suggérant une origine et un mode de mise en place distinctifs. ^[29]

Batholites

Les batholites sont des intrusions discordantes avec une zone exposée supérieure à 100 kilomètres carrés (39 milles carrés). Certains sont de taille vraiment énorme, et leurs contacts inférieurs sont très rarement exposés. Par exemple, le batholite côtier du Pérou mesure 1 100 kilomètres (680 mi) de long et 50 kilomètres (31 mi) de large. Ils sont généralement formés de magma riche en Silice , et jamais de gabbro ou autre roche riche en minéraux mafiques, mais certains batholites sont composés presque entièrement d’ anorthosite . ^[30]

Intrusions concordantes

Seuils

Un seuil est une intrusion tabulaire concordante, prenant typiquement la forme d’une nappe parallèle aux couches sédimentaires. Ils sont par ailleurs similaires à des digues. La plupart sont de composition mafique , relativement pauvres en Silice, ce qui leur confère la faible viscosité nécessaire pour pénétrer entre les couches sédimentaires. ^[31]

Laccolithes

Un laccolithe est une intrusion concordante avec une base plate et un toit en forme de dôme. Les laccolithes se forment généralement à faible profondeur, à moins de 3 kilomètres (1,9 mi), ^[32] et dans les régions de compression crustale. ^[24]

Lopolithes et intrusions stratifiées

Les lopolithes sont des intrusions concordantes en forme de soucoupe, ressemblant quelque peu à un laccolithe inversé, mais ils peuvent être beaucoup plus gros et se former par différents processus. Leur taille immense favorise un refroidissement très lent, ce qui produit une ségrégation minérale exceptionnellement complète appelée intrusion en couches . ^[33]

Formation

Le problème de la chambre

La source ultime de magma est la fusion partielle des roches dans le Manteau supérieur et la croûte inférieure . Cela produit un magma moins dense que sa roche mère. Par exemple, un magma granitique, riche en Silice, a une densité de 2,4 Mg/m ³ , bien inférieure aux 2,8 Mg/m ³ d’une roche métamorphique à haute teneur. Cela donne au magma une flottabilité énorme, de sorte que l’ascension du magma est inévitable une fois que suffisamment de magma s’est accumulé. Cependant, la question de savoir précisément comment de grandes quantités de magma sont capables de repousser la country rock pour se faire une place (le problème de la chambre ) est encore un sujet de recherche. ^[11]

La composition du magma et de la roche encaissante et les contraintes affectant la roche encaissante influencent fortement les types d’intrusions qui se produisent. Par exemple, là où la croûte est en cours d’extension, le magma peut facilement monter dans des fractures de tension dans la croûte supérieure pour former des dykes. ^[11] Là où la croûte est sous compression, le magma à faible profondeur aura tendance à former des laccolithes à la place, le magma pénétrant dans les lits les moins compétents, tels que les lits de schiste. ^[24] Les digues annulaires et les nappes coniques ne se forment qu’à faible profondeur, où un bouchon de roche paysanne sus-jacente peut être soulevé ou abaissé. ^[34] Les immenses volumes de magma impliqués dans les batholites ne peuvent se frayer un chemin vers le haut que lorsque le magma est hautement silicique et flottant, et le font probablement sous forme de diapirsdans la croûte profonde ductile et à travers une variété d’autres mécanismes dans la croûte supérieure cassante. ^[35]

Intrusions multiples et composites

Les intrusions ignées peuvent se former à partir d’un seul événement magmatique ou de plusieurs événements incrémentiels. Des preuves récentes suggèrent que la formation incrémentale est plus fréquente pour les grandes intrusions. ^{[36] [37]} Par exemple, le Palisades Sill n’a jamais été un seul corps de magma de 300 mètres (980 pieds) d’épaisseur, mais a été formé à partir de multiples injections de magma. ^[38] Un corps intrusif est décrit comme multiple lorsqu’il se forme à partir d’injections répétées de magma de composition similaire, et comme composite lorsqu’il est formé d’injections répétées de magma de composition différente. Une digue composite peut comprendre des roches aussi différentes que le granophyre et la diabase . ^[39]

Bien qu’il y ait souvent peu de preuves visuelles d’injections multiples sur le terrain, il existe des preuves géochimiques. ^[40] Le zonage du zircon fournit des preuves importantes pour déterminer si un seul événement magmatique ou une série d’injections étaient les méthodes de mise en place.

De grandes intrusions felsiques se forment probablement à partir de la fusion de la croûte inférieure qui a été chauffée par une intrusion de magma mafique du Manteau supérieur. Les différentes densités de magma felsique et mafique limitent le mélange, de sorte que le magma silicique flotte sur le magma mafique. Un tel mélange limité se produit dans les petites inclusions de roche mafique que l’on trouve couramment dans les granites et les granodiorites. ^[41]

Refroidissement

Profils thermiques à différents moments après l’intrusion, illustrant la loi de la racine carrée

Une intrusion de magma perd de la chaleur au profit de la roche environnante par conduction thermique. Près du contact du matériau chaud avec le matériau froid, si le matériau chaud est initialement uniforme en température, le profil de température à travers le contact est donné par la relation

J / J 0 = 1 2 + 1 2 erf ⁡ ( x 2 k t ) {displaystyle T/T_{0}={frac {1}{2}}+{frac {1}{2}}operatorname {erf} ({frac {x}{2{sqrt {kt }}}})}

où T 0 {displaystyle T_{0}} est la température initiale du matériau chaud, k est la diffusivité thermique (typiquement proche de 10 ⁻⁶ m ² s ⁻¹ pour la plupart des matériaux géologiques), x est la distance au contact, et t est le temps écoulé depuis l’intrusion. Cette formule suggère que le magma proche du contact sera rapidement refroidi tandis que la roche paysanne proche du contact est rapidement chauffée, tandis que les matériaux plus éloignés du contact seront beaucoup plus lents à se refroidir ou à se réchauffer. ^[42] Ainsi, une marge refroidie se trouve souvent du côté de l’intrusion du contact, ^[43] tandis qu’une auréole de contactse trouve du côté du country rock. La marge refroidie a un grain beaucoup plus fin que la plupart de l’intrusion et peut être de composition différente, reflétant la composition initiale de l’intrusion avant la cristallisation fractionnée, l’assimilation de la roche paysanne ou d’autres injections magmatiques modifiant la composition du reste de l’intrusion. ^[44] Les isothermes (surfaces de température constante) se propagent à partir de la marge selon une loi de la racine carrée, ^[42] de sorte que si le mètre le plus externe du magma met dix ans à se refroidir à une température donnée, le prochain mètre intérieur prendra 40 ans, le prochain prendra 90 ans, et ainsi de suite.

Il s’agit d’une idéalisation, et des processus tels que la convection magmatique (où le magma refroidi à côté du contact coule au fond de la chambre magmatique et le magma plus chaud prend sa place) peuvent modifier le processus de refroidissement, réduisant l’épaisseur des marges refroidies tout en accélérant le refroidissement de l’intrusion dans son ensemble. ^[45] Cependant, il est clair que les digues minces se refroidiront beaucoup plus rapidement que les intrusions plus importantes, ce qui explique pourquoi les petites intrusions près de la surface (où la roche paysanne est initialement froide) sont souvent presque aussi fines que la roche volcanique.

Les caractéristiques structurales du contact entre l’intrusion et la roche encaissante donnent des indices sur les conditions dans lesquelles l’intrusion a eu lieu. Les intrusions catazonales ont une auréole épaisse qui progresse dans le corps intrusif sans marge nette, indiquant une réaction chimique considérable entre l’intrusion et la roche encaissante, et ont souvent de larges zones de migmatite . Les foliations dans l’intrusion et la roche encaissante environnante sont à peu près parallèles, avec des indications de déformation extrême dans la roche encaissante. De telles intrusions sont interprétées comme prises à grande profondeur. Intrusions mésozonalesont un degré de métamorphisme beaucoup plus faible dans leurs auréoles de contact, et le contact entre la roche encaissante et l’intrusion est clairement perceptible. Les migmatites sont rares et la déformation de la roche encaissante est modérée. De telles intrusions sont interprétées comme se produisant à une profondeur moyenne. Les intrusions épizonales sont discordantes avec la roche encaissante et ont des contacts nets avec des marges refroidies, avec seulement un métamorphisme limité dans une auréole de contact, et contiennent souvent des fragments xénolithiques de roche encaissante suggérant une fracturation cassante. De telles intrusions sont interprétées comme se produisant à faible profondeur et sont généralement associées à des roches volcaniques et à des structures d’effondrement. ^[46]

Cumule

Une intrusion ne cristallise pas tous les minéraux à la fois ; il existe plutôt une séquence de cristallisation qui se reflète dans la Série de réactions de Bowen . Les cristaux formés au début du refroidissement sont généralement plus denses que le magma restant et peuvent se déposer au fond d’un grand corps intrusif. Cela forme une couche cumulée avec une texture et une composition distinctives. ^[47] De telles couches cumulées peuvent contenir de précieux gisements de minerai de chromite . ^{[48] ​​[49]} Le vaste Complexe igné du Bushveld d’ Afrique du Sud comprend des couches cumulées du type de roche rare, la chromitite, composée à 90 % de chromite, ^[50]

Voir également

Plutonisme – Théorie géologique selon laquelle les roches ignées de la Terre se sont formées par la solidification de matériaux en fusion

Références

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Lectures complémentaires

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• En ligneYoung, Davis A. (2003). Mind Over Magma: l’histoire de la pétrologie ignée . Presse universitaire de Princeton. ISBN 0-691-10279-1 .

Liens externes

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