Un exemple de volcanisme calco-alcalin de type orogénique mis en place en contexte de rifting (Cambrien de l’oued Rhebar, Meseta occidentale, Maroc )

Abstrait

Le complexe volcanique calco-alcalin d’Oued Rhebar (Cambrien moyen, Meseta occidentale, Maroc) présente des caractéristiques similaires à celles des roches issues de contextes orogéniques. Le rapport La/Nb, relativement élevé (5,2), suggère une origine lithosphérique mantellique. Le rapport La/Ta, supérieur à 26, et l’anomalie négative en Nb indiquent une source lithosphérique contaminée par la croûte continentale. Ces roches se sont formées dans le rift mésétien du Cambrien moyen et auraient hérité de leur signature orogénique de la fusion partielle d’un manteau préalablement métasomatisé. 

Référence : H. El Hadi et al., CR Geoscience 338 (2006).

Mots-clés

Volcanisme, calco-alcalin, Cambrien moyen, Oued Rhébar, Meseta occidentale, Maroc.

1. Introduction​

Dans la partie nord-ouest du massif hercynien marocain ( 

Fig. 1 ), un complexe volcanique est intercalé au sein de la série des « Schistes à paradoxydes » du Cambrien moyen (« Acadien ») [6] , [18] . Cette série volcanique comprend des andésites, des trachyandésites, des cinérites, des tufs pyroclastiques, des brèches et des laves en coussins [6] , [24] , [34] . Le centre volcanique était situé dans le horst structural de l’Oued Rhébar [6] , [18] . Quatorze analyses géochimiques des éléments majeurs réalisées sur ces roches extrusives ont permis de suggérer (malgré une perte au feu pouvant atteindre 12 %) une tendance calco-alcaline [6] , [8] , [34] . Douze nouvelles analyses d’éléments majeurs, traces et terres rares ( tableau 1 ) permettent de mieux caractériser l’affinité magmatique, la nature et l’origine du magma de l’Oued Rhebar. Les analyses chimiques des roches étudiées (R1 à R18) ont été réalisées à l’Université de Grenade (Espagne). Les éléments majeurs ont été dosés par fluorescence X et les éléments traces par ICP-MS ( tableau 1 ).

Tableau 1 . Teneurs en éléments majeurs, traces et terres rares des roches de l’oued RhebarÉléments majeurs, traces et terres rares des roches de l’Oued Rhebar

Échantillon	R-13	R-13,1	R-13,2	R-13,3	R-16	R-16,1	R-18	R-21	R-27	R-28	R-29	R-30
SiO2​	56,94	57,62	54,49	55,01	56,52	54,37	57,92	58,43	62,23	57,77	56,14	60,51
TiO2​	0,77	0,84	0,83	0,76	1,73	1,72	0,85	0,71	0,83	0,69	1,02	0,6
Al₂O₃​​​	18,49	18,23	18,7	17,87	17,06	16,83	19,61	17,97	17,73	19,39	15,55	17,93
Fe 2 O 3	7,52	7,9	7,5	6,28	8,87	8,91	5,79	5,46	4,88	5,45	12,54	6,27
MnO	0,15	0,18	0,16	0,13	0,12	0,14	0,12	0,11	0,05	0,15	0,17	0,11
MgO	2,29	2,42	2,21	1,91	2,44	2,6	2,37	3,08	1,76	2,35	4,77	2,46
CaO	2,51	2,26	3,59	5,08	2,97	3,96	1,84	1,82	1,26	2,31	1,57	2,26
Na 2 O	5,3	5,35	4,5	5,53	6,43	6,03	7,87	7,51	7,13	7,17	2,8	4,06
K 2 O	1,12	0,16	1,93	1,27	0,31	0,48	0,49	0,48	1,28	0,71	1,4	1,97
P2O5​​​	0,25	0,28	0,27	0,19	0,62	0,63	0,25	0,21	0,28	0,2	0,3	0,1
LOI	4,14	3,95	5,18	5,46	3	3,88	2,48	3,65	2,21	3,1	3,43	3,43
Total	99,48	100,19	99,36	99,49	100,07	99,55	99,59	99,43	99,64	99,3	99,69	99,7
Ba	259,54	287,64	393,48	299,44	134,88	114,7	222,91	255,29	514,6	224,53	1428	585,27
Rb	25 473	26,54	42 441	29 356	9 903	15 599	9 943	7 257	17 372	14 333	20 887	31,49
Sr	423,14	407,3	434,91	556,43	408,34	370,74	589,91	270,05	309,29	724,07	334,84	533,72
Y	16 583	20 364	18 776	20 814	35 054	34 011	18 311	18 882	15 797	13 987	20 124	9 287
Zr	105,83	101 66	106,34	161,6	173,02	169 66	117,51	101,73	124,11	108,41	89 606	80 355
Nb	5 959	6 079	6 368	5 427	8 371	8 106	4,62	4,74	8 685	7 443	5 814	5 168
Ème	3 163	2 984	3 065	4,03	1 904	1 904	2 635	2 759	5 376	3,87	2 424	2 956
Pb	11,96	8 308	15 251	9 713	2 175	2,3	10 275	2,98	9 351	13 927	3 501	7 706
Géorgie	18 318	19 442	18 816	18 355	20 854	20 944	18 825	16 736	15 586	21 209	23 599	20 809
Zn	82 166	94 064	75 329	59 619	59 592	57 329	62 056	42 654	88 734	66 899	129,68	66 161
Cu	30 765	30 591	36 063	31 283	3 915	3 302	106,79	41 333	23 954	14,89	116,4	13 031
Ni	9,39	11 158	10 733	11 233	1 745	1 116	10 261	14 059	8 081	12 428	27 011	12 308
V	97 735	106,09	98 943	105,22	117,63	118,96	120,24	80 363	69,93	76 939	157,96	70 767
Cr	25 732	25 207	23,09	43 237	23 444	21,73	40 476	50 799	33 766	42,89	49 497	33 149
Hf	2 979	2 871	3 134	4 357	4 203	4 264	3 372	2 222	3 183	3 019	2 553	2 355
Cs	0,827	0,815	1 372	1 064	0,679	0,757	0,382	0,394	0,712	0,625	0,609	1 387
Sc	11 228	11 787	11 313	11,33	20 542	20 037	12 712	10 917	7 662	7,62	18,19	7 894
Ta	0,487	0,495	0,504	0,444	0,656	0,687	0,374	0,367	0,399	0,63	0,419	0,429
Co	14 814	19 348	15 978	10 852	13 819	12 901	17 573	11 965	8 631	11 495	31 895	9 585
Ti	0,141	0,147	0,236	0,153	0,065	0,11	0,068	0,054	0,21	0,077	0,109	0,215
La	17 619	19 014	22 829	21 311	16 102	18 973	18 604	17 004	40 384	24 428	19 301	13 682
Ce	36 364	38 794	45 737	43 741	36,06	45,39	39 966	34 021	75 635	49 469	42 288	28 032
Pr	5 002	5 763	5 944	5 473	5 872	6 379	5 328	4,64	8 264	5 981	5 401	3 536
Nd	21 436	24 019	24,55	22 372	27 466	29 372	22,7	19 693	29 728	24 735	23 567	13 772
Sm	4 925	5 471	5 058	4 799	6 947	7,35	4,99	4 031	4 727	4 601	5 051	2,86
UE	1 518	1 766	0,834	1,44	2 294	2 546	1 426	1 147	1 556	1 459	1 149	0,89
Bon	4 098	4 765	4 529	4 358	7 423	7 418	4 523	4 009	4 042	3 654	4 708	2 493
Tb	0,583	0,665	0,664	0,634	1 146	1 116	0,639	0,599	0,596	0,514	0,697	0,353
Dy	3 073	3,76	3 819	3 721	6 948	6 722	3 509	3 312	3 131	2,89	3 819	1 931
Ho	0,603	0,732	0,758	0,778	1 385	1 322	0,703	0,648	0,607	0,546	0,787	0,382
Er	1 666	1 929	2 069	2 137	3 574	3 621	1 834	1 764	1,57	1 505	2 232	1 045
Tm	0,256	0,293	0,308	0,332	0,499	0,528	0,285	0,261	0,227	0,226	0,342	0,159
Yb	1 663	1 856	2 029	2,15	3 255	3 258	1 913	1 756	1 492	1 429	2 169	1 011
Lu	0,254	0,292	0,32	0,326	0,469	0,471	0,284	0,269	0,224	0,215	0,341	0,167
U	0,671	0,754	0,789	2 066	0,73	0,765	1 765	1 421	2 071	1 038	1 315	0,977
Hf/Th	0,94	0,96	1,02	1,08	2,21	2,24	1,28	0,81	0,59	0,78	1,05	0,8
La/Ta	36,18	38,41	45,3	48	24,55	27,62	49,74	46,33	101,21	38,77	46,06	31,89
La/Yb	10,59	10,24	11,25	9,91	4,95	5,82	9,73	9,68	27,07	17,09	8,9	13,53
Jeu	4,71	3,96	3,88	1,95	2,61	2,49	1,49	1,94	2,6	3,73	1,84	3,03
Th/Ta	6,49	6,03	6,08	9,08	2,9	2,77	7,05	7,52	13,47	6,14	5,79	6,89
Ba/Nb	43,55	47,32	61,79	55,18	16,11	14,15	48,25	53 86	59,25	30,17	245 62

2. Contexte géologique

Au nord-est du complexe volcanique de l’Oued Rhebar (CVOR), une faune du Cambrien moyen a été décrite au sein de la formation des « Schistes à paradoxydes » [6] , [18] . Cette formation est constituée de dépôts marins peu profonds, à écoulement ascendant (se terminant par le quartzite d’El Hank) [6] , témoignant de l’influence de courants de traction. Les feldspaths détritiques y abondent, en lien avec le volcanisme contemporain.Le CVOR s’étend du NE au SO et est bordé à l’est et à l’ouest par une formation chaotique ( Fig. 1 ) contenant des blocs quartzitiques et métapélitiques dans une matrice de grauwacke. Ce contexte suggère un âge cambrien moyen pour le CVOR plutôt qu’un âge néoprotérozoïque, comme proposé récemment [8] .Les figures sédimentaires, les sédiments chaotiques et le volcanisme subaérien contemporain suggèrent un dépôt en eau peu profonde. Ainsi, les roches volcaniques de l’Oued Rhebar seraient liées à un horst paléogéographique orienté nord-est (coordonnées actuelles) dans un contexte de rift en subsidence. Cette structure est considérée comme l’extrémité nord du graben cambrien moyen de la Meseta occidentale [2] .

3. Pétrographie et géochimie

Malgré les altérations qui affectent principalement les éléments majeurs, les textures et minéraux originaux sont généralement préservés. Les roches extrusives présentent une texture microlithique et porphyrique (vitreuse, fluidale, vacuolaire) et une paragénèse minérale composée de plagioclase, de sanidine, de quartz, d’amphibole brune, de biotite, de reliques de clinopyroxène, d’oxydes de fer, de chlorite et de calcite.Le plagioclase se présente sous forme de phénocristaux et de microphénocristaux à zonage oscillatoire ou complexe, souvent polysynthétique et maclé de Carlsbad, parfois bordé d’albite. Les textures synneusiques sont fréquentes, et la séricite, la calcite et les oxydes de fer sont courants dans les veines et les microfissures.La matrice est principalement composée de plagioclase et de minéraux opaques. L’apatite et le zircon sont des minéraux accessoires. L’olivine, l’orthopyroxène et la néphéline sont totalement absents. Les cristaux ne sont pas orientés.Dans le diagramme Zr/TiO ₂ –Nb/Y [31] , les roches volcaniques analysées se situent dans les champs des andésites et des trachyandésites (55 % < SiO ₂ < 62 % ; Fig. 2 ).

Figure 3 . Diagramme Ti/100–Zr–Y.3 de discrimination tectonomagmatique [20] . A : Tholéiites d’arc insulaire ; B : tholéiites d’arc insulaire et MORB ; C : basaltes calco-alcalines ; D : intraplaques de basaltes.Diagramme de discrimination tectonomagmatique Ti/100–Zr–Y.3 [20] . 

• A : Tholéites d’arc insulaire ; 
• B : Tholéites d’arc insulaire et MORB ; 
• C : Basaltes calco-alcalins ; 
• D : Basaltes intraplaques.

La figure 4 présente les spectres de terres rares normalisés aux chondrites
 [19] . Tous les échantillons de roches analysés présentent des terres rares légères (LREE) fractionnées et des terres rares lourdes (HREE) stables (4,95 < La/Yb < 27,07). Ces spectres sont similaires à ceux des séries calco-alcalines. Certains échantillons présentent une anomalie négative en europium (Eu), ce qui pourrait suggérer un fractionnement du plagioclase [7] . Les spectres des HREE sont légèrement enrichis, indiquant probablement la présence de grenat dans la région source ( figure 4 ).

4. Discussion et conclusion

Pour les roches étudiées, les teneurs en Al₂O₃ _et TiO₂ _, ainsi que le fractionnement des terres rares légères ( _LREE ) par rapport aux terres rares lourdes (HREE), et les différents diagrammes géochimiques utilisés, aboutissent au même résultat : les roches CVOR sont comparables aux roches calco-alcalines d’origine orogénique. Les rapports La/Nb, relativement élevés (5,2), suggèrent une origine lithosphérique mantellique [9] , [13] , [28] , [30] . Les rapports La/Ta, supérieurs à 26, indiquent une source lithosphérique contaminée par la croûte continentale [17] . L’anomalie négative en Nb confirme cette hypothèse. Le volcanisme mésétien au Cambrien moyen est tholéiitique (à Bou Acila) [22] , par endroits alcalin (à Sidi Said Maachou et à ‘Haute Moulouya’) [20] , [21] , ou calco-alcalin (ce travail), suggérant ainsi une hétérogénéité de la composition de la source lithosphérique et probablement aussi différents degrés de fusion partielle du manteau.

Remerciements

Les auteurs remercient le Pr. André Michard ainsi que les deux rapporteurs anonymes pour leurs remarques, critiques et suggestions. Ce travail a été réalisé dans le cadre des projets 65/03/P et 65/04/R/E du programme interuniversitaire hispano-marocain ; il a également bénéficié d’un financement de la junte d’Andalousie.

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