Provenance des roches par des méthodes pétrologiques

Tôt ou tard, presque toutes les roches de la Terre se décomposent en sédiments, et les sédiments sont ensuite emportés ailleurs par la gravité, l'eau, le vent ou la glace. Nous voyons cela se produire chaque jour dans le pays qui nous entoure, et cycle des roches étiquettes qui définissent des événements et des processus érosion.

Nous devrions pouvoir regarder un sédiment particulier et parler des roches dont il est issu. Si vous considérez une roche comme un document, le sédiment est ce document déchiqueté. Même si un document est déchiqueté en lettres individuelles, par exemple, nous pourrions étudier les lettres et dire assez facilement dans quelle langue il a été écrit. S'il y avait des mots entiers préservés, nous pourrions faire une bonne supposition sur le sujet du document, son vocabulaire, même son âge. Et si une phrase ou deux échappait au déchiquetage, nous pourrions même la faire correspondre au livre ou au papier dont elle provenait.

Ce type de recherche sur les sédiments est appelé études de provenance. En géologie, la provenance (rime avec «providence») signifie d'où viennent les sédiments et comment ils sont arrivés là où ils sont aujourd'hui. Cela signifie travailler en arrière, ou en amont, à partir des grains de sédiments que nous avons (les lambeaux) pour avoir une idée de la ou des roches qu'ils étaient (les documents). C'est une façon de penser très géologique et les études de provenance ont explosé au cours des dernières décennies.

La provenance est un sujet confiné aux roches sédimentaires: grès et conglomérat. Il existe des moyens de caractérisant les protolithes de roches métamorphiques et les sources de roches ignées comme granit ou basalte, mais ils sont vagues en comparaison.

La première chose à savoir, lorsque vous raisonnez en amont, c'est que le transport des sédiments le modifie. Le processus de transport brise les roches en particules de plus en plus petites du bloc à la taille de l'argile, par abrasion physique. Et en même temps, la plupart des minéraux dans les sédiments sont chimiquement modifiés, laissant juste quelques résistants. De plus, un long transport dans les ruisseaux peut trier les minéraux dans les sédiments par leur densité, de sorte que les minéraux légers comme le quartz et le feldspath peuvent devancer les minéraux lourds comme la magnétite et le zircon.

Deuxièmement, une fois que les sédiments arrivent dans un lieu de repos - un bassin sédimentaire - et se transforment à nouveau en roche sédimentaire, de nouveaux minéraux peuvent s'y former en processus diagénétiques.

Faire des études de provenance vous oblige donc à ignorer certaines choses et à visualiser d'autres choses qui étaient auparavant présentes. Ce n'est pas simple, mais nous nous améliorons avec l'expérience et les nouveaux outils. Cet article se concentre sur les techniques pétrologiques, basées sur de simples observations de minéraux au microscope. C'est le genre de choses que les étudiants en géologie apprennent dans leurs premiers cours de laboratoire. L'autre principale avenue d'études de provenance utilise des techniques chimiques, et de nombreuses études combinent les deux.

Les grosses pierres (phénoclastes) conglomérats sont comme des fossiles, mais au lieu d'être des spécimens d'anciens êtres vivants, ils sont des spécimens de paysages anciens. Tout comme les rochers d'un lit de rivière représentent les collines en amont et en montée, les clastes de conglomérats témoignent généralement de la campagne voisine, à quelques dizaines de kilomètres seulement.

Il n'est pas surprenant que les graviers des rivières contiennent des morceaux de collines autour d'eux. Mais il peut être intéressant de découvrir que les roches d'un conglomérat sont les seules choses qui restent des collines qui ont disparu il y a des millions d'années. Et ce genre de fait peut être particulièrement significatif dans les endroits où le paysage a été réorganisé par des failles. Lorsque deux affleurements de conglomérats largement séparés ont le même mélange de clastes, cela prouve fortement qu'ils étaient autrefois très proches l'un de l'autre.

Une approche populaire pour analyser les grès bien conservés lancée vers 1980 consiste à trier les différents sortes de grains en trois classes et les tracer par leurs pourcentages sur un graphique triangulaire, un ternaire diagramme. Un point du triangle correspond à 100% de quartz, le second à 100% de feldspath et le troisième à 100% de lithiques: fragments de roche qui ne se sont pas entièrement décomposés en minéraux isolés. (Tout ce qui n'est pas l'un de ces trois, généralement une petite fraction, est ignoré.)

Il s'avère que les roches de certains milieux tectoniques font des sédiments - et des grès - qui se placent à des endroits assez cohérents sur ce diagramme ternaire QFL. Par exemple, les roches de l'intérieur des continents sont riches en quartz et n'ont presque pas de lithiques. Les roches des arcs volcaniques ont peu de quartz. Et les roches dérivées des roches recyclées des chaînes de montagnes ont peu de feldspath.

Au besoin, les grains de quartz qui sont en réalité des éléments lithiques - des morceaux de quartzite ou de chert plutôt que des morceaux de cristaux de quartz simples - peuvent être déplacés vers la catégorie des lithiques. Cette classification utilise un diagramme QmFLt (quartz monocristallin – feldspath – lithique totale). Ceux-ci fonctionnent assez bien pour dire quel type de pays tectonique des plaques a produit le sable dans un grès donné.

Outre leurs trois principaux ingrédients (quartz, feldspath et lithique), les grès ont quelques ingrédients mineurs, ou minéraux accessoires, dérivés de leurs roches mères. À l'exception du mica muscovite minéral, ils sont relativement denses, ils sont donc généralement appelés minéraux lourds. Leur densité les rend faciles à séparer du reste d'un grès. Ces informations peuvent être informatives.

Par exemple, une grande zone de roches ignées est susceptible de donner des grains de minéraux primaires durs comme l'augite, l'ilménite ou la chromite. Les terranes métamorphiques ajoutent des choses comme le grenat, le rutile et la staurolite. D'autres minéraux lourds comme la magnétite, la titanite et la tourmaline pourraient provenir de l'un ou de l'autre.

Zircon est exceptionnel parmi les minéraux lourds. Il est si résistant et inerte qu'il peut durer des milliards d'années, étant recyclé encore et encore comme les pièces de monnaie dans votre poche. La grande persistance de ces zircons détritiques a conduit à un champ de recherche de provenance très actif qui commence par séparer des centaines de grains de zircon microscopiques, puis déterminer l'âge de chacun en utilisant méthodes isotopiques. Les âges individuels ne sont pas aussi importants que le mélange des âges. Chaque grand corps de roche a son propre mélange d'âges de zircon, et le mélange peut être reconnu dans les sédiments qui s'en érodent.

Les études de provenance détritique-zircon sont puissantes et si populaires de nos jours qu'elles sont souvent abrégées comme "DZ." Mais ils s'appuient sur des laboratoires, des équipements et des préparations coûteux, ils sont donc principalement utilisés pour des gains élevés recherche. Les anciennes méthodes de tamisage, de tri et de comptage des grains minéraux sont toujours utiles.