BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES B.R.G.M. AGENCE FRANÇAISE POUR LA MAITRISE DE L'ÉNERGIE A.F.M.E. MINERALISATIONS HYDROTHERMALES ET BILAN GÉOCHIMIQUE DE CHAMPS GÉOTHERMIQUES FOSSILES : APPROCHES PRÉLIMINAIRES SUR DEUX SITES DE MARTINIQUE, PETITES ANTILLES INSTITUT MIXTE DE RECHERCHES GÉOTHERMIQUES SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL Rapport du B.R.G.M. 84 SGN 149 IRG
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BUREAU DE RECHERCHESGÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
B.R.G.M.
AGENCE FRANÇAISEPOUR LA MAITRISE DE L'ÉNERGIE
A.F.M.E.
MINERALISATIONS HYDROTHERMALESET BILAN GÉOCHIMIQUE
DE CHAMPS GÉOTHERMIQUES FOSSILES :APPROCHES PRÉLIMINAIRES
SUR DEUX SITES DE MARTINIQUE, PETITES ANTILLES
INSTITUT MIXTE DE RECHERCHES GÉOTHERMIQUES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
Rapport du B . R . G . M .
84 SGN 149 IRG
BUREAU DE RECHERCHESGÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
B.R.G.M.
B.P. 600945060 ORLÉANS
AGENCE FRANÇAISEPOUR LA MAITRISE DE L'ÉNERGIE
A.F.M.E.
27, Rue Louis-Vicat75737 PARIS
MINERALISATIONS HYDROTHERMALESET BILAN GÉOCHIMIQUE
DE CHAMPS GÉOTHERMIQUES FOSSILES :APPROCHES PRÉLIMINAIRES
des aires zéolitisées (1 = Savane des Pétrifications, 2 = Crève-
Coeur, 3 = Morne Flambeau, U - Morne. Vent, 5 = Montagne du Vauclin,
6 = François - Sud Morne Pitault, 7 = Nord Morne Pitault, 8 = Bois
Polhau, 9 = Trois Ilets, 10 = Trinité.
Les principales espèces rencontrées sont : 1'heulandite, la stil-
bite, le clinoptilolite, la laumontite, l'analcime, le mésotype,... Il faut
citer la présence d'autres minéraux d'origine hydrothermale, tels que la
silice, les minéraux des argiles, la calcite, la barytine...
Les paragenèses hydrothermales produites dépendent essentiellement
de la température puisque les autres facteurs pouvant intervenir sont "fixés"
(WESTERCAMP, 1981). En effet :
- Le facteur roche mère intervient peu étant donné que la composi-
tion des formations volcaniques des zones en question est grossièrement
constante ; c'est celle d'une andésite (s.l).
- Les pressions lithostatiques sont faibles du fait que les forma-
tions affectées sont liées à des phases volcaniques de surface (P<0,5 kb).
- Les fluides hydrothermaux sont enrichis en Nacl du fait de
l'origine sous-marine de ces formations volcaniques.
D'après les observations sur le terrain et les résultats expérimen-
taux portant sur la stabilité des zeolites sous faible pression et en présen-
ce de Nacl, D. WESTERCAMP (1981) a établi des températures limites entre les
4 zones de zeolites définies en Martinique :
< zone I < 14O°C < zone II < 150°C < zone III < 180 < zone IV < 200°C
Chaque secteur hydrothermalisé est caractérisé par une ou plusieurs
paragenèses qui s'inscrivent dans des auréoles arrondies ou elliptiques,
emboîtées les unes dans les autres (Fig. 4, tableau 2).
Les auréoles d'anchimétamorphisme se superposent précisément à des
centres volcaniques particulièrement importants, à des failles majeures
cisaillantes, à des anomalies magnétiques positives. Ceci induit à conclure
que les phénomènes hydrothermaux en Martinique, s'expliquent dans une hypothè-
se de "dômes de chaleur" ponctuels (WESTERCAMP, op. cit.).
Ces dômes de chaleur peuvent résulter :
- d'une mise en place d'intrusion magmatique,
and Attocxttd mîïr**^^^
Chabintt
Hiulandilt
Clinopl ilolite
Mord tm l t
Mvsolttt
An*lc im t
Thomioni te
SlilbiU
Liumont » t •
Silica
Monlmerii'onil*
Htmil.lt
Calcita
I1
1
• 1
1 1
1 1IT
-
-
U IV
-
STE MAHItPresqu ¡lu de ta Caravelle
f \ " M A ./3I\ TRINITE
Piesqu ¡le
des Trois - llets
LEVAUCLIN
U SANSES 0 ARtETS
10 k m
Fig. 4 : Zonéographie définie par les zeolites en Martinique, d'après
WESTERCAMP (1978)
- de l'activité d'une chambre magmatique et de ses fissures d'alimen-
tation,
- d'une zone de faille qui permettrait aux fluides hydrothermaux de
circuler facilement vers la surface.
1.3.1 - BUT DU PRESENT TRAVAIL
Le but du présent travail est d'étudier la minéralogie et la
géochimie des faciès laviques primaires, plus ou moins modifiés, dans deux
zones hydrothermalisées de la chaîne sous-marine Vauclin-Pitault (secteur 3
et secteur 6, fig. 3) afin d'établir un premier bilan géochimique qualitatif
et quantitatif de l'altération hydrothermale de matériel volcanique.
Ce rapport a pour but également, de présenter quelques techniques
de recherche et de proposer des modes de raisonnement afin de mieux compren-
dre les processus d'altération des laves sur des aires hydrothermales fossi-
les.
1.3.2 - BASES DE L'ETUDE
Cette étude est basée :
- sur une bonne connaissance de la zonéographie et du contrôle
structural des paragenèses zéolitiques, surimposées à la lithologie de chaque
site,
- sur une étude minéralogique et chimique des zeolites du S.E
Martiniquais, en particulier dans la région du François-Robert (PELLETIER,
1974, 1976),
- sur une bonne connaissance des caractères pétrochimiques, minéralo-
giques et géochimiques des laves de la chaîne Vauclin-Pitault (ESCALAN,
rapport D.E.A, juin 83).
1.3.3 - METHODES ANALYTIQUES
On s'est en premier lieu livré à une description détaillée des
échantillons, à l'échelle macroscopique (loupe binoculaire) et à l'échelle
microscopique (lames minces). Les analyses chimiques ont été effectuées sur
roche totale. L'identification des minéraux hydrothermaux isolés ou en
associations complexes, a nécessité deux méthodes de diffraction des R.X. :
la méthode de DEBYE et SCHERRER (rayonnement Cu, K et filtré Ni, chambre
240 mm), et la diffractométrie. La chimie des minéraux a été définie au moyen
de la microsonde CAMEBAX.
Il - LE CHAMP GEOTHERMIQUE DU FRANCOIS
II. 1 - PRESENTATION
La région du François représente un secteur zéolitisé important.
Cette région a fait l'objet d'une étude hydrothermale détaillée (PELLETIER,
1974, 1976) et a permis de mettre en évidence les espèces suivantes : le
mésotype, la chabazite, l'analcime, l'heulandite, la mordénite, la stilbite
et la laumontite.
Ces minéraux hydrothermaux et quelques autres (smectites, calcédoi-
ne, -..) sont distribués suivant des zones concentriques restreintes qui
correspondent à un paléodôme de chaleur (PELLETIER, 1974).
Au coeur de ce secteur hydrothermalisé, les andésites sont large-
ment transformées en laumontite et en quartz (Fig. 5, tableau 3).
II. 2 - ETUDE MACROSCOPIQUE DES ECHANTILLONS
L'étude porte sur 3 échantillons montrant différents degrés d'al-
tération. Ce sont les échantillons 26590, 26591, 26592.
* La lave la moins altérée est massive, de couleur violet sombre,
sans fissuration apparente (26591).
A la loupe binoculaire, la coloration bordeaux de la lave traduit
la présence abondante d'oxydes de fer. On note quelques rares phénocristaux
peu reconnaissables et qui sont en majorité altérés en phases argileuses
marron-jaunâtres.
Les vacuoles sont partiellement ou complètement remplies de cris-
taux aciculaires de laumontite, de couleur ivoire. Certaines présentent des
dépôts mamelonnaires jaunâtres, associées à des encroûtements dendritiques ou
en granules de pyrite.
* L'échantillon 26590 est visiblement plus affecté par 1'hydrother-
malisme. Il présente une couleur gris verdâtre localement violacée, qui
: • • . • " . • " . •
•
A
•
LavmimtUt *i*trti
Cf}J»màr*U i»é<ir¿*
Tulj i tmibnáiU
Br*u*itt
A„9.m,lt
Smrtt é* t* FrijtU (SfCj
Weutrf*}
^ - fss: \:.&&r¡- ̂ \. "' ' « f e ,'O
Fig. 5 : Zonéographie définie par les zeolites dans la région du François,
d'après B . PELLETIER (1976).
Tableau 3 : Zonéographie des zeolites de la région du François, d'après
B . PELLETIER (1976) .
Zones
Localités types
Chahuite
Apophyllitc
Analcime
Mordcnite
Hculandite
Stil bite
Laumontite
Quartz, calcédoine
Interstratifié C M .et chlorite
Montmorillonite
Hématite
Braunitc
CaCO3 Néofonne
1
à chabazite
llet Frégate
Aragon i le
2
à heulandtte
QuartierBeauregard
3
des conghtné*rais indurés
verdâlres
HabitationDesroses,
MornePitault
•t
4
àfthnnetsde stilbite
et laumontite
Quartierla Chopotte
(E)
Calcite spathique
5
à iaumorMuet quartz
Quartier¡a Monnerot
(S)
7
" Noter que les zones définies par B . PELLETIER (1976), ont été regroupées
par D . WESTERCAMP (1981) de la façon suivante :
- zone 1 et 2 (Pelletier) = zone I- zone 3 ( " ) = zone III- zone 4 ( " ) = zone IV
traduit la présence plus abondante de minéraux des argiles (montmorillonite).
La porosité de la roche est bien soulignée par le remplissage des minéraux
hydrothermaux.
* Sur l'échantillon le plus affecté (26592), la texture de la lave
est méconnaissable, ce qui rend sa description plus difficile. Les dépôts
vacuolaires sont très nombreux, certaines vacuoles ayant un diamètre entre
3 et 5 mm. Les argiles donnent un aspect luisant à la lave.
Il est important de noter également un aspect moins compact et plus
friable de la roche.
II.3 - ETUDE MICROSCOPIQUE
Cette étude est basée sur deux lames minces des échantillons les
moins altérés, à savoir 26591 et 26590.
Les laves présentent toutes les deux les mêmes textures microliti-
ques totalement recristallisées en minéraux hydrothermaux. On n'observe pas
de porosité développée. Les phases minérales primaires sont rares, et consis-
tent en microcristaux de pyroxenes largement craquelés et fragmentés, en
cristaux de plagioclase largement recristallisés en laumontite et qui ne sont
le plus souvent reconnaissables qu'à leurs contours, en minéraux opaques
fréquents et automorphes ne présentant pas de trace d'altération ni de
déstabilisation.
La mésostase est essentiellement vitreuse et complètement oxydée.
Le verre est assombri par l'abondance des granules d'oxyde de fer ; on
observe quelques plages argilisées ou recristallisées en laumontite.
Les minéraux secondaires sont :
- la laumontite en cristaux aciculaires isolés ou en agrégats,
- quelques plages cristallines fibroradiées d'une autre zéolite,
difficilement identifiables au microscope.
10
II. 4 - ETUDE AUX R. X
Cette étude, réalisée sur l'échantillon le plus altéré (26592),
confirme la présence de laumontite en grande quantité. Le plagioclase est
fréquent à abondant. Il faut noter la présence du mésotype et du quartz (en
traces).
Le mésotype correspond aux plages légèrement fibroradiées décrites
dans le paragraphe précédent.
Les smectites sont peu abondantes et surtout représentées par la
montmorillonite. A noter la présence d'orientite (que l'on considère comme
une épidote du type zoïzite) qui provient de l'altération des plagioclases.
D'après les paragenèses minérales précédemment définies, l'altéra-
tion des laves du Morne Pitault est de type hypogène.
II.5 - COMPOSITION CHIMIQUE DES MINERAUX PRIMAIRES ET
SECONDAIRES
II.5.1 - CARACTERES PETROGRAPHIQUES GENERAUX DES LAVES NON ALTERES
DU MORNE PITAULT
La majorité des laves de la chaîne Vauclin-Pitault (basaltes et
andésites) sont porphyriques (20 à 50 % de phénocristaux).
Les phénocristaux sont essentiellement du plagioclase (20 %)
toujours prédominant, dont la composition chimique varie de An 8 5 à An50. Il
est associé au clinopyroxène de type augite et aux oxydes de ferrotitane.
L'olivine est peu abondante et 1'orthopyroxène fréquent. Ces mêmes minéraux
se retrouvent au niveau de la mésostase (tableau 4).
17.5.2 - GEOCHIMIE DES MINERAUX PRIMAIRES DES LAVES HYDRO-
THERMALISEES
Les minéraux primaires sont peu abondants dans les laves altérées.
AUX
JOCR
IST
PHEh
FASE
LOoCOLü
PHENOCRISTAUX
Plagioclase
Orthopyroxène
Clinopyroxène
Titanomagnétite
Plagioclase
01ivine
Orthopyroxène
Cl i notîvroxfTip
Titanomagnétite
BASALTES
Porphriques Aphyriques
61-42 %
39-42 % An90 - An80
21 % Ca44 FelO Mg46
Ca35 Fe24 Mg4l
Fo73 Fo63
Ca8 Fe32 Mg40
10-5 %
8-5 %
i. la- —
0,3 %
(pigeonite)
Basiques
34-26 %
ANDESITES
21-24 % An85 - An50
-8-3 % Ca4
Ca4
2-1 % Ca40
Ca39
An70
Ctft
Ca8
Fe37 Mg59—
Fe30 Mg66
Fe20 Mg40
Fe34 Mg31
An fiO
Fe30 Mg66
Fe30 Mg40
Fe32 Mg40
Acides
12 %
10 %
_ _ _
Ca38 Fe26
Mg35
Ca32 Fe26
Mg42
•AnftO AnSO
Fo*i7-Fo48—
Ca32 Fe26
Mg42
Ca7 Fe37
Mg66
DACITES
7 %
5,5 % An50-
An40
1,5 % Ca8
Fe52 Mg40
A 65 A 30
CalO Fe60
Mg30
Cal4 Fe52
Mg34
TABLEAU 4 : MINERALOGIE DES LAVES DE LA CHAINE VAUCLIN-PITAULT (d'après ESCALAN, 1983)
12
Les pyroxenes, pour la plupart en fragments, ont une composition de
type augite. D'une lame à l'autre, il n'apparaît pas de variation de la
composition chimique, ni même par rapport à la composition chimique moyenne
des pyroxenes des laves non altérées (Fig. 6,7, tableau 5, tableau 5' annexe
A).
Ces minéraux, malgré un degré d'altération croissant des laves,
conservent une composition chimique stable.
La composition chimique des plagioclases n'a pu être déterminée à
la microsonde étant donné qu'ils sont pour la plupart recristallisés en
laumontite.
Cependant il apparaît clairement que la déstabilisation des plagio-
clases et leur recristallisation en laumontite, caractérisent un degré avancé
d'altération.
Les minéraux opaques, fréquents et automorphes, sont représentés
par de la magnetite et de la titanomagnétite (tableaux 6, 7 en annexe A).
Il est délicat de les comparer avec les minéraux opaques des roches
fraîches, étant donné le peu d'analyses en notre possession.
La comparaison des compositions de la titonomagnétite fait apparaî-
tre une augmentation en AI2O3 par rapport au MgO. Cette apparente augmenta-
tion est simplement liée aux faibles teneurs en T1O2 et MgO des opaques des
roches altérées qui tend à surévaluer les teneurs en A12O3 (Figures 8, 9, 10,
H).
La variation de TiO2 au sein des minéraux opaques ne semble pas
être liée à une altération hydrothermale du fait que les cristaux ne présen-
tent pas de traces d'altération, ni de déstabilisation.
La mésostase est essentiellement vitreuse et déjà altérée en
argiles ferrifères.
Par rapport à la composition chimique globale des verres des roches
non altérées, on note :
SiO2
Fe total
Na2O
CaO
A1 2O 3
MnO
HgO
G 2O 3
K20
FiO2
TOTAL
Si
Fe
Na
Ca
Al
Mn
Mg
Ci
K
Fi
TOTAL
129
50.50
7.69
0.15
19.05
«.07
0.17
15.48
0.18
0.01
0.69
98.01
1.8976
0.2418
0.0112
0.7670
0.1803
0.0055
0.8671
0.0053
0.0005
0.0195
3.9956
Lame n°26591
125
51.97
9.03
0.18
17.53
1.91
0.30
16.50
0.09
0.02
0.42
97.96
1.9556
0.2841
0.0130
0.7069
0.0848
0.0097
0.9256
0.0027
0.0010
0.0118
3.9954
122
52.38
9.06
0.16
16.97
1.95
0.22
17.22
0.00
0.00
0.45
98.41
1.9560
0.2830
0.0117
0.6790
0.0859
0.0069
0.3586
0.0001
0.0000
0.0126
3.9938
128
52.45
7.30
0.12
17.68
1.74
0.34
17.81
0.11
0.00
0.39
97.93
1.9583
0.2279
0.0087
0.7073
0.0765
0.0106
0.9910
0.0034
0.0000
0.0110
3.9947
104
49.77
8.69
0.21
18.64
4.18
0.20
16.08
0.24
0.00
0.78
98.77
1.8668
0.2725
0.0156
0.7490
0.1848
0.0063
0.8988
0.0070
0.0000
0.0220
4.0227
Lame
109
50.02
7.84
0.27
19.20
3.99
0.13
15.65
0.20
0.02
0.70
98.03
1.8846
0.2470
0.0199
0.7750
0.1773
0.0043
0.8791
0.0061
0.0009
0.0198
4.0139
n°26590
103
52.69
8.55
0.19
18.07
1.63
0.29
16.85
0.00
0.00
0.41
98.68
1.9643
0.2665
0.0139
0.7217
0.0717
0.0092
0.9364
0.0000
0.0000
0.0114
3.9951
108
52.98
7.73
0. 13
18.55
1.82
0.25
17.52
0.09
0.00
0.30
99.37
1.9558
0.2387
0.0096
0.7335
0.0793
0.0079
0.9639
0.0025
0.0000
0.0083
3.9994
TABLEAU 5 : ANALYSES REPRESENTATIVES DE PYROXENES DES LAVES ALTEREES
Fig
Fig.
/
F„/
6
/
Fn/
7
/
/
Wn
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26591
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V"
• Phénocristal \+ Mi crol i te \
Wo Wn
Ci / /
F
/ /
/ /
26590
Fig. 6 : Composition'des pyroxenes des laves de la chaîne Vauclin-Pitault
Fig. 7 : Composition des pyroxenes des laves altérées du Morne Pitault.
VtnO
• basane
o ondésne MnO
* opoque (26591-26590)
MgO
Fig. 8 Evolution des teneurs en
MnO, MgO, AI2O3 des minéraux
opaques des laves non altérées
du morne Pitault.AI2°3
Fig.
• basalle
e andésite
9 : Evolution des teneurs
en MgO, MnO, A12O3 des
minéraux opaques des
laves altérées du morne
Pitault.
. 0 coques (2S59I-2690)
MgO
Fig. 10 : Evolution des teneurs en MgO
TiO¿., AI2O3 des opaques des
laves non altérées du morne
Pitault.
TiO, MgO
Fig. 11 : Evolution des teneurs
en MgO, F±£>2, A1 2O 3
des opaques d,es laves
altérées du
Pitault.
15
- une diminution de la teneur en SÍO2 allant de 20 à 30 %,
- " " " en Na20 " 20 à 3 1,
- une diminution de la teneur en K20 allant de 3 à 5 %,
- une augmentation de la teneur en FeO allant de 5 à 8 %,
- " " " " CaO " 3 à 5 %.
La diminution des alcalins et de la silice traduit un lessivage du
verre par les fluides hydrothermaux ; les ions Na, K sont en effet très
mobiles lors des processus d'altération.
II.5.3 - GEOCHIMIE DES MINERAUX SECONDAIRES
Les seuls minéraux hydrothermaux dont l'analyse à la microsonde a
été possible, ont été les cristaux de laumontite dont la composition chimique
ne varie guère d'une lame à l'autre si ce n'est une légère augmentation de Na
par rapport à Ca (tableau 8, annexe A).
II.5.4 - RECAPITULATIF
En fonction du degré d'altération croissant, on n'observe pas de
variations importantes de la composition chimique des principaux minéraux
primaires entre les lames 26591 et 26590.
Les comparaisons de ces compositions, avec les compositions chimi-
ques globales des roches non altérées, font apparaître
- un lessivage important au niveau de la mésostase avec une diminu-
tion de la silice et des alcalins,
- une déstabilisation des plagioclases. avec une recristallisation
en laumontite,
- une bonne stabilité physique et chimique des minéraux opaques,
- aucune variation dans la composition des pyroxenes.
II.6 - ORDRE D'ALTERATION DES MINERAUX PRIMAIRES
Lors de l'altération hydrothermale, quand la roche se trouve en
présence d'un fluide hydrothermal, les minéraux primaires se déstabilisent et
16
sont altérés selon un ordre bien défini gouverné par la différence entre les
conditions magmatiques de cristallisation et l'environnement géothermique.
Dans l'aire hydrothermale du François, ce sont les verres siliceux
volcaniques qui sont les premiers à être oxydés et lessivés. Puis c'est toute
la mésostase qui est altérée. Simultanément les plagioclases se déstabilisent
et recristallisent en minéraux hydrothermaux, tandis que les pyroxenes et les
minéraux opaques restent sains.
Cet ordre, caractéristique de la région du François, peut s'avérer
différent dans d'autres aires hydrothermales. C'est ainsi qu'à Wairakei
(Nouvelle Zélande) l'ordre d'altération des minéraux est inverse de celui de
leur cristallisation (STEINER, 1977).
Il serait intéressant d'étendre et d'affiner cette étude aux zones
I, II, III du François afin de vérifier et d'établir de façon plus précise
l'ordre d'altération des minéraux primaires, et de définir également les
minéraux d'altération caractéristiques de chaque minéral primaire. Cette
étude pourrait aussi porter sur les autres aires hydrothermales de la
Martinique, de manière à établir un modèle général d'altération.
II. 7 - STADE ET INTENSITE D'ALTERATION
Le terme de stade d'altération suggère un assemblage bien défini de
minéraux hydrothermaux associés plus ou moins à des minéraux primaires non
altérés, sans tenir compte si cet assemblage est en équilibre ou non avec les
pressions et les températures correspondant à l'aire hydrothermalisée.
L'intensité d'altération correspond au degré de transformation de
la roche et de la texture originale de la mésostase.
Ainsi l'altération hydrothermale est définie à la fois par le stade
et l'intensité d'altération.
Dans l'aire hydrothermale du François, une zonéographie de l'alté-
ration hydrothermale a été définie par les zeolites, en fonction de leur
température de stabilité. Or aucune étude poussée n'a été réalisée afin
17
d'établir plusieurs stades et intensités d'altération à partir des roches
volcaniques altérées, et de définir ainsi un assemblage bien précis de
minéraux hydrothermaux associés à des minéraux primaires, pour chaque stade
d' altération.
A Wairekei (Nouvelle Zélande) une substitution progressive des
assemblages de minéraux primaires et du verre de la roche fraîche a pu être
établie. Elle progresse selon 3 stades d'altération (tableau 9).
Il est intéressant d'envisager une comparaison des paragenèses
minérales des laves de la zone IV du François avec les différentes paragenè-
ses définies à Wairekei pour chaque type d'altération, ceci afin d'estimer le
stade d'altération des laves de la région du François. Bien sur cette comparai-
son est délicate du fait que les contextes volcaniques et hydrothermaux sont
différents, cependant elle reste intéressante du point de vue méthodologique.
Ainsi dans les laves altérées du François :
- la déstabilisation du verre, son oxydation et sa transformation
locale en montmorillonite,
- la cristallisation de laumontite dans les pores et cavités,
- la recristallisation partielle ou totale des plagioclases en
laumontite,
permettent de rapprocher le stade d'altération de ces laves au
stade de "faible altération" défini à Wairekei.
II. 8 - VARIATIONS DE LA COMPOSITION CHIMIQUE DES ROCHES
AU COURS DE L'ALTERATION
Le tableau 10 regroupe la composition chimique des trois roches
altérées (26591, 26590, 26592) classées respectivement par degré croissant
d'altération. La quatrième colonne correspond à la composition moyenne d'une
lave originelle de la région du morne Pitault. Cette composition a été
obtenue à partir de cinq analyses chimiques de roches fraîches (104 c, 138 c,
96 c, 95 c, 97 c, voir en annexe A, tableau 11).
STADE DE FAIBLE ALTERATION STADE D'ALTERATION MOYENNE STADE DE HAUTE ALTERATION
Formation de montmorillonite à partirdu verre siliceux.
Conversion progressive de la montmoril-lonite en illite-montmorillonite.
Remplacement des ferromagnésiens (horn-blende, hyperstène) par de la chloritede 1'apatite, des carbonates et de lapyrite.
Stabilité des plagioclases calco-sodiquesou leur remplacement par de la montmoril-lonite, de la calcite et ou des argilesmicacées riches en montmorillonite.
T = 230°C
Stabilité des plagioclases calco sodiquesqui ont résistés au stade de faiblealtération.
Remplacement des plagioclases calco-sodiques, par de la wairakite et ou del'albite qui sont souvent accompagnées decalcite, et ou épidote, et ou argilesmicacées.
La mésostase est partiellement remplacéepar la wairakite, l'épidote, le quartz,les argiles chloriteuses et les argilesmicacées.
T = 240° C
Présence de feldspath potassiquehydrothermal (adulaire) et dequartz.
Remplacement des plagioclases calco-sodiques par du quartz et de 1'adulaire
La mésostase est plus ou moins silici-fiée et partiellement remplacée par descristaux rhomboedriques d'adulaires,tandis que l'illite et la chlorite sontrares.
T = 240°C - 260°C
TABLEAU 9 : CARACTERISTIQUES DES TROIS STADES D'ALTERATION DEFINIES A WAIRAKEI (NLLE ZELANDE) (d'après STEINER, 1977).
19
TABLEAU 10 : ANALYSES CHIMIQUES DES ROCHES ALTEREES DU MORNE PITAULT
SiO2
A12O3
Fe203
FeO
CaO
MgO
Na20
K20
MnO
FiO2
P 20 5
PF
TOTAL
DENSITE
26591
50.68
18.05
5.45
4.02
10.82
4.08
2.44
0.16
0.18
0.94
0.09
2.55
99.55
2.32
26590
47.40
15.70
11.20
<0.20
8.00
2.60
1.45
0.33
0.13
1.14
0.19
11.45
99.79
2.08
26592
49.20
16.30
10.90
0.39
6.45
2.20
2.20
0.31
0.11
1.20
0.12
10.70
100.08
1.90
1 *
50.37
17.75
1.71
8.72
9.94
4.26
2.48
0.45
0.22
1.44
0.25
0
98.85
2.77
1* : Composition chimique moyenne des laves non altérées du morne Pitault
(basée sur la moyenne de 5 laves).
Diagramme 1 : Evolution de la teneur en oxyde (log gram par 1000 ce de
roche) au cours de l'altération hydrothermale du Morne
Pitault.
S
3DOo
m 2 ,
m3)mm
o s¡ o,
D
+
EX
IS
AI 2 O 3
Fe nre0p\j -
CoO
No2O
MgO
K«O
TiO2
MnO
FeO
P2°5
log grom
ROCHE FRAICHE
20
Toutes ces roches appartiennent à la troisième phase volcanique de
la chaîne Vauclin-Pitault définie comme appartenant à une série de tholeiites
d'arc.
Les variations de composition chimique entre la roche non altérée
et les roches altérées sont représentées dans le diagramme 1. Elles sont
obtenues en calculant la quantité d'oxydes (en g pour 1 000 cm3 de roche)
contenue dans chaque roche.
Ce diagramme permet donc de mettre en évidence les pertes et gains
par rapport aux roches originelles pour chaque oxyde. Tous les éléments qui
se situent au dessus de la droite médiatrice, sont gagnés au cours de l'alté-
ration, tandis que ceux qui se situent en dessous de la droite sont perdus par
la roche originelle.
Interprétation : on remarque une nette diminution des teneurs en
oxydes dans les roches altérées, à l'exception de Fe2Û3 qui augmente, au
dépend du FeO (oxydation du fer bivalent en fer trivalent).. A noter que les
oxydes SiO2 et A12O3 ne présentent pas de grandes variations.
II. 9 - GAINS ET PERTES D'IONS (EN G/CM3 DE ROCHE X102) AU
NIVEAU DES ANDESITES
II serait possible de quantifier les gains et pertes à partir des
quantités d'oxydes, cependant il est plus correct, au niveau d'une altération
hydrothermale, de parler de gains et pertes d'ions.
Les quantités d'ions sont calculées à partir des analyses chimiques
et en fonction de la densité de chaque roche. Elles seront exprimées en g
pour 1 cm3 de roche (= ions poids % x d).
Les gains et pertes d'ions sont calculées en comparant la quantité
d'ions de la roche fraîche avec celle de la roche altérée (tableau 12).
1°1°1°
- 26591- 26590- 26592
Si
-10.-19.-21.
261352
-1-4-4
Al
.93
.37
.81
Fe
+2.+6.+5.
3+
764858
Fe
-11-18-18
2+
.50
.49
.16
Fe
- 8-12-12
tot.
.74
.01
.58
Ca
- 1.- 7.-10.
748030
Mg
-1.42-3.89-4.63
Na
-0-3-4
448963
K
-0.-0.-0.
372428
Mn
-0-0-0
152631
-1-0-1
Ti
.08
.96
.02
-0-0-0
P
.11
.07
.10
Totalions
-26.23-50.16-57.14
Tableau 12 : Quantités d'ions perdus ou gagnés par la roche fraîche au cours de l'altération.
I i g > 1 2 : ComP°sition des oyroxènes des laves de la chaîne Vauclin-Pi•Pitault.
2 6 587
• phénocristoux
+ microlites
26 5B6
F j - 8 -: Composition des pyroxenes des laves altérées du Morne Flambeau.
o coeur P X» phériphérie P X+ microlites
14 Composition des pla-giolcases des laves"fraîches" de VauclinPitault.
Composition des pla-gioclases de la lavealtérée (26587) duMorne Flambeau.
29
- Les plagioclases : étant donné que les plagioclases de la lame
26588 ont été totalement altérés et recristallisés, il ne sera pas possible
d'observer une éventuelle variation de composition.
Cependant il est intéressant de remarquer que les plagioclases de
la lame 26587 ont la même composition que les plagioclases des basaltes et
andésites des laves "fraîches" de Vauclin-Pitault (Fig. 14, 15, tableaux 17,
18). Il n'apparaît donc pas de variations notables de leur composition
chimique au cours de l'altération.
- Les minéraux opaques sont représentés par de la titanomagnétite.
On n'observe pas de variations de composition chimique entre la lame 26587 et
26588, ni même avec les analyses représentatives des minéraux opaques des
laves saines de la chaîne Vauclin-Pitault (tableaux 19, 20, 21, annexe B).
Ainsi, malgré le degré important d'altération, ce type de minéral n'est ni
altéré, ni déstabilisé.
- La mésostase est totalement recristallisée. Les quelques plages
vitreuses observables, sont déjà altérées en argiles ferrifères-difficilement
identifiables.
III.5.3 - GEOCHIMIE DES MINERAUX SECONDAIRES
Cette étude a porté essentiellement sur la lame 26588 étant donné
qu'elle est la seule à présenter des minéraux hydrothermaux.
Ces minéraux d'altération sont nombreux et l'analyse sonde révèle
la présence de thomsonite et d'adulaire et confirme l'existence de l'analcime
et du mésotype (tableaux 22, 23, 24, 25, annexe B).
Conclusion : cette étude révèle que les caractères pétrographiques
des laves du morne Flambeau sont conservés. Malgré le degré croissant d'altéra-
tion, les compositions chimiques des différents minéraux restent stables et
identiques à celles des roches fraîches.
30
III. 6 - TYPE D'ALTERATION ET ORDRE DE CRISTALLISATION
Ces différentes études nous ont permis de définir une paragenèse
minérale typique d'une altération hypogène.
Au morne Flambeau, les premières phases minérales qui sont affec-
tées par cette altération, sont l'olivine et le verre résiduel de la mésos-
tase.
L'olivine présente une altération ferrugineuse sous forme d'idding-
site en bordure du minéral et une altération serpentineuse avec cristallisa-
tion concomitante de magnetite à la périphérie.
Le verre résiduel s'altère très rapidement en argiles ferrifères et
en paragonite, puis c'est la mésostase proprement dite qui se déstabilise,
s'oxyde et recristallise en minéraux hydrothermaux (zeolites, argiles).
Ensuite l'altération se développe au niveau des plagioclases par
une damouritisation, suivie par une altération progressive puis totale, avec
cristallisation de zeolites (thomsonite, analcime, adulaire) ; les pyroxenes
et les minéraux opaques restent sains.
L'altération des phénocristaux et de la mésostase semble favoriser
le développement de la porosité qui se traduit par de grandes vacuoles
cristallisées en zeolites et qui transforme considérablement la texture
originelle de la lave.
On remarque que cet ordre d'altération est identique à celui décrit
au François.
III. 7 - VARIATIONS DE LA COMPOSITION CHIMIQUE DES
ROCHES AU COURS DE L'ALTERATION
La composition chimique des 3 laves altérées du morne Flambeau est
représentée dans le tableau 26. L'étude des variations d'ions se fera entre
la lave fraîche représentative de Vauclin-Pitault (1*) et ces trois échantil-
lons .
31
Le diagramme 2 fait apparaître peu de variations pour les oxydes
SÍO2 et AI2O3. On observe par contre un net enrichissement en Fe203 au dépens
du FeO, une augmentation de la teneur en K20 (assez importante) et en Na20
(plus faible).
Tous les autres oxydes sont en quantité moindre que dans la roche
originelle.
TABLEAU 26 : ANALYSES CHIMIQUES DES ROCHES ALTEREES DU MORNE FLAMBEAU
SiO2
A12O3
Fe203
FeO
CaO
MgO
Na20
K20
MnO
TiO2
P2O5
PF
Total
Densité
26587
50.99
19.02
6.02
2.80
10.16
4.03
2.51
0.82
0.16
0.75
0.07
1.69
99.02
2.96
26588
45.60
18.91
8.88
0.00
5.65
3.29
4.08
1.43
0.11
0.77
0.07
11.41
100.20
2.12
26589
49.00
18.60
6.80
0.65
5.10
3.10
4.20
0.81
0.14
0.62
<0.05
10.80
99.86
1.93
1*
50.37
17.75
1.71
8.72
9.94
4.26
2.48
0.45
0.22
1.44
0.25
-
98.85
2.77
1* : Composition chimique moyenne des laves non altérées du morne Pitault
(calculée sur la moyenne de 5 analyses de laves).
32
Diagramme 2 : Evolution de la teneur en oxyde (log gram par 1000 ce de roche)
au cours de l'altération hydrothermale du Morne Flambeau.
log gramROCHE FRAICHE
33
III. 8 - GAINS ET PERTES D'IONS AU NIVEAU DES ROCHES ALTE-
REES
Les quantités d'ions sont calculées de la même manière que précé-
demment et exprimées en g pour 1 cm3 de roche.
Les tableaux 27 et 28 font apparaître une perte d'ions légèrement
plus importante ici qu'au François, allant de 35 à 40 %.
Les teneurs en Si et Al diminuent de 30 % environ. Pour le Fe203,
les teneurs augmentent en fonction du degré croissant d'altération jusqu'à
75 %, tandis que les teneurs en FeO décroissent de 65 à 100 %.
On remarque une augmentation du sodium de 7 à 20 % et une augmenta-
tion plus importante en K20 de 20 à 60 %.
Tous les autres ions présentent une diminution de leur teneur
variant de 40 à 65 % en moyenne.
Conclusion : l'altération hydrothermale des laves du morne Flambeau
se caractérise par une oxydation aussi importante que celle des laves du
François et se résume en une perte d'ions importante. Cependant, il apparaît
au cours de l'altération un apport d'ions K et Na en provenance des fluides
hydrothermaux, contrairement aux laves altérées du François qui enregistrent
une décroissance en alcalins.
III. 9 - STADE ET INTENSITE D'ALTERATION
L'étude minéralogique révèle des laves en grande partie oxydées,
transformées et recristallisées en minéraux hydrothermaux (zeolites, felds-
path potassique, minéraux des argiles).
Le bilan chimique révèle un lessivage des ions de la roche qui
atteint 35 à 40 %.
Ceci nous permet d'estimer que le stade d'altération des laves du
morne Flambeau est élevé.
1°1°1°
- 26587- 26588- 26589
Si
+ 5.-20.-21.
330301
+ 1-2-3
Al
.89
.4
.51
Fe
+4.+4.+2.
3+
579293
Fe
-12.-18.-17.
2+
37376
Fe
- 7-13-14
tot.
.73
.81
.83
Ca
+ 1.-11.-12.
821366
Mg
+0.10-2.93-3.54
Na
+0.+0.+0.
216646
K
+0.49+0.74+ 0.13
-0-0-0
Mn
.11
.29
.26
-1-1-1
Ti
.05
.41
.67
P
-0.-0.-0.
111214
Totalions
+ 1-50-56
213364
TABLEAU 27 : QUANTITES D'IONS PERDUS OU GAGNES PAR LES ROCHES AU COURS DE L'ALTERATION
SiAlFe3
Fe 2Ca +
MgNaKMnTiPTotal
Perte
30.7 -18.5 -
65.7 -56.5 -41
22.5 -44.3 -70
d'ions
d'ions (en %)
32 %26.5 %
100 %64 %49 %
61.5 %70 %89.6 %35 - 40 %
Gain
64
7520.3
d'ions
- 74.8
- 20.5- 59
(en %)
%
%%
TABLEAU 28 : GAINS ET PERTES D'IONS EN % AUCOURS DE L'ALTERATION
35
Cette estimation peut être appuyée par une étude comparative avec
d'autres aires hydrothermales telles que celles de Wairakei (Nouvelle
Zélande) et celle d'Otake (Japon).
Ainsi on note quelques analogies avec le 3e stade d'altération
défini à Wairakei (cf. tableau 9) :
- recristallisation des plagiocalses en zeolites et en adulaire,
- transformation de la mésostase en argiles ferrifères (montmoril-
lonite, serpentine...) et en oxydes de fer,
A Otake, M. HAYASHI (1973) définit dans l'aire hydrothermale, cinq
types d'altération à partir des minéraux d'altération et du Ph des solutions
circulantes.
Ainsi, le type V est-il caractérisé par la formation d'alumino-
silicates tels que les zeolites calciques et sodiques et le feldspath potas-
sique (adulaire), toujours accompagnés de minéraux des argiles et d'oxydes de
fer. Sur le plan géochimique, l'étude des variations de composition chimique
des roches du type V, montre que le K2/% ^ n „ 2« ¿.J ~I • *. -'* ' H ^0 et le Na^O sont des elements tres
mobiles tandis que les autres éléments tels que Fe203, CaO, MgO et A12O3 sont
relativement stables. La ressemblance avec le site du Morne Flambeau semble
importante.
D'après M. HAYASHI (op. cit), ce type de paragenèse minérale et la
mobilité des alcalins seraient liés à l'action de fluides hydrothermaux à Ph
neutre ou légèrement alcalin.
La présence d'adulaire en remplacement des plagioclases, la recris-
tallisation et la transformation presque totale de la lave, les analogies
avec d'autres aires hydrothermalisées (Wairakei, Otake) nous amène à conclure
que le stade d'altération des laves du morne Flambeau est élevé.
III.10 - TEMPERATURE DES FLUIDES HYDROTHERMAUX
A Otake, la présence d'adulaire correspond à des températures de
230°Ç environ.
36
A Wairakei, la température correspondant au stade d'altération
élevé couvre un domaine de température allant de 240 à 260°C.
De plus, les smectites sont stables jusqu'à 200°C environ puis sont
remplacées par les argiles interstratifiées.
Par comparaison avec ces intervalles de températures, la tempéra-
ture des fluides hydrothermaux circulant au morne Flambeau pourrait être
comprise entre 200 et 250°C.
Si la présence de Nacl des fluides a effectivement tendance à
diminuer les températures minimum d'apparition de nombreux minéraux hydro-
thermaux (J.G. LIOU, 1971, b ) , il est difficile d'estimer dans quelle propor-
tion.
Cependant, étant donné le degré d'altération avancé des roches, la
température des fluides doit être plus élevée que celle proposée par D.
WESTERCAMP (1981) pour l'association analcime-thompsonite (14O-15O°C) ; elle
est probablement supérieure à 18O°C.
III.11 - NATURE DES FLUIDES HYDROTHERMAUX
II est classique au cours de 1'altération hydrothermale, d'observer
le remplacement des plagioclases calco-sodiques par des feldspaths alcalins
ou potassiques. Il s'effectue par des échanges ioniques associés à une
addition de silice.
Les zeolites résultent d'une hydratation, l'addition d'H20 est
couplée aux échanges ioniques.
L'existence de ces minéraux non argileux peut résulter directement
de la précipitation à partir des fluides géothermiques.
Dans les laves du morne Flambeau, le remplacement progressif des
plagioclases calco-sodiques par un feldspath potassique (adulaire), l'appari-
tion de zeolites potassiques (chabazite-phillipsite) et l'augmentation du K2O
dans la composition chimique globale des roches altérées (diagramme 2,
tableaux 27, 28) peut s'expliquer par un apport extérieur de K20 à partir des
37
solutions hydrothermales. En conclusion, on défini pour ces solutions un. K+ ,.. ,
rapport — eleve.n+
De plus, la faible abondance des carbonates par rapport aux zéoli-, . . activité C02 ... .- -i., -, ,-, . , ,-, .̂
tes traduirait un rapport :—:—, „„.. tres faible des fluides hydrothermauxr activité H20
(P. ROCHER, 1983).
III.12 - CONCLUSION
L'intensité croissante de l'altération hydrothermale, au sein des
laves du morne Flambeau, se traduit par une oxydation importante et progres-
sive qui se fait parallèlement au développement d'une porosité qui, dans
l'échantillon le plus altéré, est totalement colmatée par des minéraux
hydrothermaux variés.
Les principales zeolites caractérisant cette altération sont
l'analcime, la thomsonite, ainsi que le mésotype, la chabazite et la phillip-
site.
Cette altération se traduit au sein des laves par la transformation
de certains minéraux primaires comme l'olivine et les plagioclases qui
recristallisent en assemblages de minéraux secondaires (zeolites, minéraux
des argiles ; feldspath potassique). La mésostase semble la première à être
déstabilisée et oxydée. D'autres minéraux primaires, comme le pyroxene et les
minéraux opaques, ne présentent pas de transformations notables.
Ces principaux caractères physiques, chimiques et minéralogiques
traduisent un stade avancé d'altération.
Du point de vue géochimique, bien que les minéraux primaires
présentent une composition stable et identique à celle des minéraux des laves
fraîches de la chaîne volcanique Vauclin-Pitault, l'étude des variations de
la composition chimique globale des laves altérées fait apparaître un lessi-
vage de plus en plus important des ions, en fonction du degré croissant
d'altération. Il faut cependant noter un enrichissement en Fe203 et en
alcalins.
38
Cette déperdition d'ions de 35 à 40 % confirme le degré avancé
d'altération des laves.
La présence de certains minéraux hydrothermaux, bons marqueurs
d'une zonation thermique suggère que la température des fluides hydrothermaux
était supérieure à 180°C.
Ces fluides apparaissent comme riches en SiO2, Nacl, et en alca-na ^ K+ ,n _. aC02 , .,. . . ,lins, avec un rapport rr— eleve, un rapport faible, ainsi qu un rapportvr n T ailzun— faible, du fait de la présence de l'adulaire et des zeolites riches en K.
39
IV - COMPARAISON ENTRE LES SITES DU FRANCOIS ET DU MORNE
FLAMBEAU
Les laves altérées du François présentent de nombreuses analogies
avec celles du morne Flambeau.
En effet, dans les deux cas, l'altération hydrothermale se caracté-
rise par le développement de minéraux hydrothermaux variés au dépens des
minéraux primaires et du verre des laves.
Les premières phases minérales susceptibles d'être affectées par
l'altération sont en premier : le verre résiduel de la mésostase qui se
déstabilise et recristallise en minéraux hydrothermaux et en argiles ferri-
fères ; puis c'est la mésostase toute entière qui s'oxyde et se transforme en
paragonite et en minéraux des argiles. Ensuite ce sont les plagioclases et
l'olivine qui se déstabilisent. Les plagioclases recristallisent en zeolites
de nature variée et en feldspath potassique.
L'olivine présente une altération classique en iddingsite et
serpentine.
Les pyroxenes et les minéraux opaques résistent beaucoup mieux à
1'altération.
Le bilan chimique global sur l'altération des andésites révèle une
perte d'ions qui va jusqu'à 40 % du total des ions, ce qui suggère un lessiva-
ge important par les fluides hydrothermaux. L'oxydation des laves se traduit
par une augmentation de la teneur en Fe 20 3 de 75 à 80 %.
Les fluides hydrothermaux riches en SiO2 et Nacl, pourraient
également être riches en potassium, étant donné l'enrichissement en K20 et
Na20, qui se marque notamment par la cristallisation d'adulaire.
Ces fluides auraient un rapport — élevé et — faible. Par ail-n+ K
leurs, la prédominance des zeolites aux carbonates dans l'île de la
Martinique, suggère un rapport „„_ faible.
40
V - ETUDES A EFFECTUER ULTERIEUREMENT
Ce travail est avant tout une approche des différentes méthodolo-
gies et techniques de recherche pouvant être appliquées à l'étude d'une aire
hydrothermalisée active ou fossile.
Au cours de sa réalisation, il est apparu de nombreuses incertitu-
des qui dans les recherches futures, pourront être éludées. Pour cela, il
paraît nécessaire d'effectuer un échantillonnage complet et le plus fin
possible, sur les différentes aires hydrothermales de la chaîne Vauclin-
Pitault pour chaque zone concentrique de zeolites.
Ceci, afin d'étudier l'évolution progressive de l'altération depuis
la périphérie jusqu'au coeur de la zone hydrothermale.
La définition dans le détail des paragenèses hydrothermales asso-
ciées à ces laves nécessite des études macroscopiques et microscopiques des
laves, suivies d'une étude aux R.X. de tous les minéraux hydrothermaux (les
zeolites, les minéraux des argiles, les feldspaths (K, Na), les amphiboles)
susceptibles d'être de bons marqueurs thermiques.
On pourra, à partir de là, établir un profil thermique détaillé,
d'après la distribution des paragenèses hydrothermales sur le terrain. Les
températures pourront être calées par l'étude thermométrique sur platine
chauffante des inclusions fluides contenues dans les minéraux de la calcite
et du quartz associés.
Une étude géochimique, sur roches totales et sur les minéraux
primaires et secondaires, doit être effectuée afin de définir qualitativement
et quantitativement les changements chimiques intervenus au cours de l'altéra-
tion des andésites. Les variations chimiques aideront à caractériser la
nature des fluides hydrothermaux circulant au sein des roches. Ainsi, il
serait intéressant dans le cas de la Martinique, de quantifier l'intervention
de l'eau de mer dans la composition des fluides, ce qui sous-entend une étude
qualitative et isotopique des fluides piégés dans les inclusions des miné-
raux.
Les comparaisons avec d'autres aires hydrothermales actives ou
fossiles déjà étudiées dans différentes régions du monde, notamment en
41
domaine d'arc insulaire, devront être poussées plus avant. Elles permettront
d'établir un modèle d'altération d'une chaîne volcanique sous-marine en
milieu d'arc insulaire, par des fluides hydrothermaux.
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ANNEXE A : MORNE PITAULT
Tableau 6 : Analyses représentatives des minéraux opaques des faciès frais
de Vauclin-Pitault (joint en annexe A)
Tableau 7 : Analyses représentatives des minéraux opaques des laves
altérées (joint en annexe A)
Tableau 8 : Analyses représentatives de laumontite à la microsonde (joint
en annexe A)
Tableau 11 : Analyses chimiques des basaltes de la chaîne Vauclin-Pitault