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Pétrographie et géochimie du massif granitique tardi-hercyniendAlouana (Boutonnière de Debdou, Maroc Nord Oriental)

Mohamed Sadequil & Abdellah Boushabal

Résumé : Le pluton granitique dAlouana, d'âge Stéphanien (284t7 M.a , Tisserant, 1977), intrude une épaisse succession de

schistes d'âge Dévonien (Givétien-Frasnien) ptissée et faible'ment métamorphisée. Sa forme est elliptique avec un grand axe, de

direction ttW-Se, mesurant 6 km de long, et'un petit axe de 3,5 km de long orienté NE - SW. La mise en place du granite déve-

loppe une auréole de métamorphisme de contact, d'intensité décroissante au fur et à mesure qu'on s'éloigne du pluton. Au granite

dAiouana, d'affinité calco-alcaline, s'associent des filons de compositions microgranitique, aplitique et pegmatitique recoupant aussi

bien que le corps intrusif que l'encaissant métamorphique. Pétrographiquement, le pluton dAlouana montre l'existence de trois

faciès pétrographiques à disposition grossièrement concentrique. Ce sont :

- un faciès central équigranulaire, à grain moyen à grossier;

- un faciès intermédiaire héterogranulaire à grain fin à moyen ;

- un faciès périphérique à grain fin microgranitique.

Ces variations pétrographiques sont soulignées par des différences texturales et minéralogiques, ce qui nous a amenées à distin-

guer entre deux faciès dominants dont Pris dans leur ensemble, les faciès monzogranitiques dAlouana montrent une composition

[rinératogique dominée par te quartz (20-45%),le plagioclase (s-aO%),le feldspath potassique (15-35%), la biotite (3-11%) et la

muscovité i.l-l X;. Les minéraux accessoires sont représentés par Ia tourmaline, l'apatite, le zircon et l'allanite. Du point de vue

géochimique, le monzogranite dAlouana se définit comme un granite méta- à peralumineux (corindon normatif) à affinité calco-alca-

iine. Les pius importantès phases d'altération hydrothermale se traduisent par une albitisation des plagioclases et une greisénisation

plus ou moins poussée.

Un faciès principal à texture grenue et à biotite dominante, et un faciès secondaire à muscovite et à texture microgrenue.

C,est ainsi que c'est ce mode de mise en place du massif granitique dAlouana qui est à I'origine du métamorphisme de contact

polyphasé. ôe dernier est rnarqué principaiement par la reciistallisation de la biotite l, cordiérite t andalousite I selon le plan de la

sch'iàtosité S, et celle de la biotite ll et andalousite il selon le plan de la schistosité S. de la phase de plissement P3 pénécontempo-

raine de la deuxième manifestation métamorphique.

Mots clés : Massif granitique dAlouana - calco-alcalin - leucogranite - métamorphisme de contact - cordiérite.

Abstract:The Alouana granitic pluton, Stephanian in age (284t7 M.a ;Tisseranl,1977), intrudes a thick sequence of Devonian

schists (Givetian-FrasniaÀy, folded and weakly metamorphosed. lts shape is elliptical with a NW-SE trending long axis, 6 km long,

and a short axis, 3.5 km lông, NE-SW trending. The emplacement of the granite leads to the development of a contact metamor-

phism aureole, of decreasinj intensity away from the pluton. The Alouana granite, of calc-alkaline affinity, is associated to micro-

granite dykes, aplitic and pelmatitic, éutting through the intrusive body as well as the metamorphic host rocks. The Alouana pluton

shows three petrographic facies with a gross concentric distribution; these are:

- a central equigranular facies, with medium to coarse grain size;

- an intermediate heterogranular facies with fine to medium grain size;

- a peripheral microgranitic facies.

These petrographic variations are associated to textural and mineralogical differences, which leads us to distinguish two facies:

principal granite at coarse grain and at biotite dominant and a secondary facies at finer grain and at muscovite.

As a whole the granitic facies at Alouana show a mineralogy dominated by quartz (20-45%), plagioclase (15'40%\ K-feldspar

(1S-35%), biotite (3-11%) and muscovite (<1-7o/o). Accessory minerals are tourmaline, apatite, zircon and..allanite. ln terms of geo-

ènemistiy, the Alouana granite can be defined a meta- to peraluminous granite (normative corundum)with a calc-alkaline affinity.

Hydrothermal alteration leads mostly to an albitisation of plagioclase and a more or less advanced greisenisation.

The emplacement of the Alouana granitic massif leads to a polyphased contact metamorphism. This metamorphism is mostly asso-

ciated to the recristallisation of bio[ite l, cordierite+/- andalusite within Sr, and that of biotite ll and andalusite ll within 53, contempo-

raneous with P3 folding stage.

Keywords :Alouana granitic massif, calc-alkaline, leucogranite, contact metamorphism, cordierite.

lUniversité Sidi Mohamed Ben Abdellah, FSDM, Fès; Laboratoire « Géologie des Ressources Minérales»,

UFR «Valorisation des Ressources Minérales Marocaine ».RMM. abdellah.boushaba@gmail.com

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SITUATION ET CADRE GEOLOGIQUE

Le pluton granitique dAlouana, intrusif au sein de la bouton-nière paléozorque de Debdou-Mekam, se situe à environ 45km au Sud-ouest de Taourirt et à 150 km au Sud-ouest de laville d'Oujda (fig. 1).

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Figure-1 r Situation et cadre géologique

Les terrains encaissants sont représentés par des terrains,d'âge dévonien, constitués d'une alternance de séquencesriches en niveaux pélitiques entrecoupées de niveaux degrauwackes à grain fin et de séquences détritiques de typearénite et grauwackes, sur lesquels reposent en discordancemajeure les calcaires du Lias.

Les schistes encaissants ont subi les effets conjugués d'unedéformation hercynienne et atlasique polyphasée à l'origine del'individualisation d'une variété de structures tectoniques dontles failles, les plis et les schistosités associées. Deux phasesde déformations hercyniennes dont la plus importante datée,par la méthode K/Ar, à 368-372 t 4 Ma y sont documentées(Hoepffner, 1987 ; Huon, 1985 ; Desteucq & Hoepffner, 1980).

Dans la région, Hoepffner (1987) a mis en évidence troisphases tectoniques majeures, dont les deux premiers D1 etD2, antéviséennes, caractérisées par des plis (P1, P2), cou-chés, centimétriques à métriques, de direction moyenne va-riant du N130 à N170. Les plis P'l montrent une schistosité S1parallèle à So (Stratification) et un plan axial subhorizontal àplongement axial faible. Les plis P2 sont à plongement axialde 100 à 200 vers le NW, caractérisés par une schistosité decrénulation S, résultat du plissement de la So_.,. La troisièmephase D3 post carbonifère est caractérisée par des chevronset des kink-bands centimétriques à métriques, à plan axialorienté N45 à N70, à pendage vertical à 450 vers le NW. La S,est une schistosité de crénulation, marquée par I'alignementdes concentrations d'opaques.

Les terrains paléozorques en bordure du granite dAlouanasont affectés par deux épisodes métamorphiques : un épisodede métamorphisme épizonal, de degrés faible, et un deuxièmeépisode de métamorphisme de contact superposé au précé-dent (Medioni, 1980 et Hoepffner, 1987).

C'est ainsi que la mise en place du granite est à l'origine dudéveloppement d'une importante auréole de métamorphismede contact matérialisée par l'individualisation de cornéennesmicacées, et de schistes tachetés à biotite, andalousite et cor-diérite.

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Lexamen des lames minces révèle que la matrice de la rocheest constituée essentiellement de séricite et de quartz. Cettematrice est structurée par une schistosité continue, fine, définiepar l'orientation des paillettes phylliteuses (séricite) et quartzaplati, au sein de laquelle on observe des porphyroblastes decordiérite qui sont plus abondantes que les biotites et les anda-lousites.

Les cristaux des biotites se développent en deux générations ;

des biotites ll qui ont statiquement une disposition sécante surla schistosité interne Sr, fossilisée en continuité avec la schis-tosité externe (Ser). En plus les plans de clivage sont (tout àfait) obliques par rapport à Sr. Cette disposition suggère queles biotites ll sont tardives par rapport à la déformation (D2)(fis.2a)Par contre les biotites l, de couleur brun à brun-rouge brique,pléochrorque, leurs extrémités sont étirées par S, et fossilise laschistosité S.,, leur croissance est donc post S, et syn Sr.

Les porphyroblastes de cordiérites recoupent nettement laschistosité S, qui la fossilise par une schistosité interne (Sri).En d'autres lames on note, en plus de cette disposition, quela cordiérite est affectée par la schistosité S. et elle porte laschistosité crénulante S, (fiO. 2c).

Dans d'autres positions plus internes de cette zone métamor-phique, des plages de cordiérite englobent partiellement dessections d'andalousite (fig. 2b) et de biotite. Lensemble esttraversé par la schistosité S.. Des baguettes de muscovitepoussent sur l'ensemble.

Les minéraux d'andalousites se présentent en deux généra-tions (fig. 2d):la première est de petite taille et suit la schisto-sité S, plissée ; la deuxième est de grande taille, parallèle àl'alignement de la schistosité crénulante S, qui affecte la schis-tosité Sr.

On en déduit alors que le granite principal, à paragenèse decordiérite, biotite I, muscovite et à andalousite l, est contem-porain à la phase de déformation plicative D, ; alors que leleucogranite, à paragenèse de biotite ll qui est plaquée sur lacordiérite et à andalousite ll (parallèle à la schistosité S.), estpostérieur à la phase D, et syn D..

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MASSIF GRANITIQUE D'ALOUANA

Le pluton granitique dAlouana, daté à 284t7 Ma par la mé-thode Rb/Sr (Tisserant, 1977), intrude la puissante série pa-léozoique de Debdou plissée et faiblement métamorphisée.ll se présente sous forme d'une intrusion de forme elliptiqueorientée NW-SE mesurant 6 km de long sur 3,5 km de large,localement recoupé d'un essaim de dykes de compositionsmicrogranitique, aplitique et pegmatitique.

La mise en place du granite développe une auréole Oe mb-tamorphisme de contact, d'intensité décroissante au fur et àmesure qu'on s'éloigne du corps intrusif. Targuisti (1983) y adécrit trois principaux faciès dont : (i) un faciès central équi-granulaire, à grain moyen à grossier ; (ii) un faciès intermé-diaire hétérogranulaire à grain fin à moyen ; et (iii) un facièspériphérique à grain fin.

Le contact entre ces trois faciès a été considéré par Targuisti(1983), comme étant progressif et continu. En revanche, Rosé(1987) el Talha (1996) ont souligné que le contact entre lesdeux derniers faciès est plutôt franc. De même, on trouve queIe faciès à grain fin affleure en forme de bandes étroites dequelques mètres d'épaisseur ou en forme de dykes, affectantle faciès de la zone intermédiaire (Talha, 1996).

Figure 3 : Diagramme Q.A,P. Analyse modales (Maxifd'Alouana) (Rosé, 1987).

Pétrographie

Nos observations sur le terrain, complétées par une étudepétrographique des échantillons récoltés du massif granitiquedAlouana ; nous ont permis de constater que ces variations secaractérisent d'une part, par une différence de granulométrie(texture grenue et microgrenue) et d'autre part, par une diffé-rence de composition minéralogique (granite à biotite seuleet granite à deux micas : biotite et muscovite). Ce qui nous aamené à distinguer alors : (i) un faciès principal à texture gre-nue et à biotite dominante et (ii) un second faciès à texturemicrogrenue et à muscovite.

Cette classification va en accord avec l'hypothèse qu'a avan-cée Rosé (1987),lors de son étude pétrographique de ce gra-nite, en différenciant deux unités distinctes entre elles : la pre-mière rassemble la zone centrale et intermédiaire de Targuisti(1983), formant les granodiorites ; et Ia deuxième est repré-sentée par le faciès à grain fin qui est un leucogranite intrusifdans les premiers, témoignant d'une phase postérieure. Cettedistinction est bien visible sur le diagramme Q.A.P (figure 3) deRosé (1987).

Sur Ie plan pétrographique nous distinguons à Alouana essen-tiellement deux faciès :

(i) le premier est représenté par le granite principal à texturegrenue, de couleur rose sombre à blanchâtre. Lexamen deslames minces (Photos 5), montrent des cristaux de feldspathspotassiques perthitiques, des plagioclases, du quartz et de labiotite. La muscovite est rare à absente.

Les feldspaths potassiques et plagioclases sont très altérés enséricite (Photos 4 c & d). La biotite est faiblement chloritisée etse trouve, comme le plagioclase, à l'intérieur du feldspath po-tassique (Photos 4 c & d). Les minéraux accessoires observéssont : apatite, zircon et minéraux opaques (Photos 4 & f). Lesfeldspaths potassiques sont subordonnés aux plagioclases, cequi justifie l'appellation de ce faciès principale comme étantgranodioritique ;

(ii) le deuxième est un leucogranite tardif au premier, d'aspectrosâtre, leucocrate, à grain fin. Le contact entre ce faciès et Ieprécédent est brusque et franc (Photos 6). Létude pétrogra-phique en lame mince (Photos 7 & 8) montre une texture micro-grenue à quartz, plagioclase, feldspath potassique, muscovite(6%)dominante sur la biotite (1%), chlorite et à tourmaline (Pho-tos 8b). Ces caractéristiques sont celles des leucogranites.

En effet, du point de vue texture et composition minéralogique,le granite d'Alouana est constitué de deux unités distinctes :

un granite principal granodioritique et un leucogranite tardif.ll reste à noter qu'on remarque l'existence d'un ensembld defilons, de composition très variés (aplites, greisens, hématite,quartz), de direction NE-SW et NW-SE, qui intrudent l'en-semble du massif granitique d'Alouana. Ces filons, sont parfoismuscovitisés sous l'effet du leucogranite tardif (Rosé, 1987).

Géochimie

Les études géochimiques entreprises par différents auteurs(Targuisti, 1983 ; Rosé, 1987 ; Talha, 1996) et complétées parnos propres analyses nous permettent de dresser les pointssuivants :

- Le complexe granitique d'Alouana, est constitué de deux en-tités pétrographiques différentes dont un faciès principal d'affi-nité calco-alcaline, et un faciès "secondaire" moins répandu decomposition leucogranitique.

Le faciès principal se caractérise par des teneurs élevées enAl2O3, CaO, MgO, FerO3, TiOr, Ba, Sr; et elle est pauvreen SiO2 pauvres en SiO2, Rb (tableau.l). Comparativemêntau granite principal, le leucogranite se montre plus enrichien Si02, Al2O3, Rb, Y; et corrélativement plus appauvri enCaO, MgO, TiO2, Ba et Sr. Ces différences de compositionschimiques nous amènent à nous poser la question sur le typede relation qui relie le granite principal au leucogranite. ll s'agiten d'autres termes de savoir si les deux faciès granitiques sontcogénétiques (i.e., reliés à l'évolution par cristallisation frac-tionnée d'un même et unique magma parent), ou au contraireils sont liés à la cristallisation de deux magmas différents.

Pour aboutir à une réponse convaincante à ce sujet, nousavons procéder à des comparaisons de divers diagrammestraitant l'évolution géochimique des faciès principaux de cemassif ; en utilisant à la fois les analyses des éléments ma-jeurs et traces, faites par Targuisti (1983), et celles des terresrares, faites par Talha (1996).

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Photos 5 : Vues microscopiques montrant (a) la texture grenue du granite principal d'Alouana à quartz (Qz), feldspath potassique (FK), plagioclase (pL) et àbiotite (Bi) ; b : Feldspath perthitisé ; c et d : Feldspath potassique et plagioclase altérés en séricite ; e et f : Minéraux accessoires (Zircon : Zr et apatite : Ap)

21A

6: Vue macroscopique conEct entre

[Mu], quaru (Qz], plagioclase (Pf, feldspath potassique (Fk].

Photo I i Vue microscopique du (a) contact intrusif du leucogranite et de I'encaissant schisteux et de (bJleucogranite avec plagioclâse (Pl), feldspath potassique (F§, quartz (Qz), chlorite (Ch) et tourmaline flo).

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Diagrammes D.l /oxydes: Ces diagrammes permettent devisualiser les variations géochinniques des oxydes en fonctionde l'indice de différenciation (Differenciation lndex de Thornton& Tuttle, 1960). Cet indice de différenciation (D.t) est basé surla somme des pourcentages tirée de la norme C.l.p.W (quartz+ orthose + albite + néphétine + leucite) est égal à 100% pourle système résiduel de la différenciation magmatique (Tutfle &Bowen, 1958). Les résultats sont reportés sur le tableau 2.Les diagrammes Na2O/D.t., K2OID.t. et D.t/TiO2, mettent dnévidence des différences d'évolution importantes entre le gra-nite principal et le leucogranite :

(i): les faciès du granite principal montrent une évolution com-

la'+

FlG. 8 : diagrammes binaires des éléments majeurs vs D.l

211

patible avec une cristallisation fractionnée aboutissant auxgranodiorites. Cette évolution se marque (figure B) par un enri-chissement en Na2O et en K2O, compatible avec un fraction-nement des plagioclases et par un appauvrissement en Ti02,MgO, et FeO compatible avec un fractionnement des biotites ;

(ii): le leucogranite montre une évolution marquée par un enri-chissement en K2O, et un appauvrissement en Na2O, CaO etTiO2. On remarque aussi que l'évolution du leucogranite estétroite en ce qui concerne l'indice de différentiation D.l.D'une manière générale, pour tous ces diagrammes, la repré-sentation des échantillons du leucogranite se distingue nette-ment du granite principal.

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D.iagramme Ba/Sr/Rb: Le Ba, Rb et Sr sont connus pour mar-quer assez bien la différenciation magmatique. Les magmass'appauvrissent en Ba, Sr et s'enrichissent en Rb au cours desprocessus de cristallisation fractionnée. Au plus, leurs varia-tions sont d'un ordre de grandeur inférieur aux variations liéesà ce processus de cristallisation fractionnée et leurs teneurssont relativement invariantes lors de la déformation (Etheridge& Cooper, 1981).

Le diagramme triangulaire Ba-Sr-Rb de El Bouseiliy & Et Sok-kary fi975) discrimine essentiellement deux populations (fi-gure 9) : l'une constituée par l'unité du granite principale, trèsenrichie en Ba, relativement moins en Sr et pauvre en Rb ;

l'autre constituée par l'unité du leucogranite, enrichie en Rb etappauvrie en Sr et relativement en Ba.

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212

Rb/Sr/BaGranile de Alouana

FlG. 9: diagramme triangulaire Rb/Sr/Ba

Les diagrammes Ba/Sr/Rb (figure 10), en écheltes togarith-miques, montrent clairement et sans ambiguiTé l'évolution dedeux populations distinctes : une correspond au granite princi-pal et l'autre au leucogranite.

On déduit de ces diagrammes Rb/Sr/Ba que le baryum décroîtprogressivement, dans le granite principal, et dans de grandesproportions (de 522 ppm à 143 ppm). Par contre, dans le leu-cogranite, cette décroissance est forte et passe de 662 ppmà 148 ppm. Le strontium décroît également, mais de manièremoindre. Le rubidium à un comportement distinct, d'abordcroissance progressive entre faciès du granite principal, puisforte dans le faciès du leucogranite.

Ces faits tendraient à montrer qu'il existe deux types d'évolu-tion distincts :

-une évolution par cristallisation fractionnée, bien nette, pour legranite principal ;

-une évolution plus tardive du leucogranite.Cette distinction de deux unités différentes est bien illustréepar les diagrammes de l'évolution du Baryum, Strontium et l'yt-

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Flc.1O: Diagrammes eInrir", Rb vs Sr, Rb

vs Ba et Ba vs Sr.

terbium en fonction du Zircon (figure 11).

Terres rares i Les éléments des terres rares analysés (tableau3) appartiennent à Ia famille des éléments à grande force io-nique et par conséquent sont très résistants à l'altération. Cequi nous aide à les utiliser comme des témoins à toute compa-raison entre les différents faciès, composant le massif grani-tique. Les diagrammes de ces terres rares (Talha, 7996), nor-malisés par rapport aux chondrites (Sun & mc donough, 1989),et établit pour les diverses zones du granite principale (zone in-terne à granite à grain grossier et zone intermédiaire à graniteà grain mixte) qui montrent la même allure avec des teneurs eneuropium égales (ftg. 12). La superposition du diagramme dece spectre sur celui des deux premiers faciès, montre claire-ment une discontinuité entre ces deux unités.

Contrairement aux zones du granite principal, le leucogranite(granite à grain fin de la zone externe) montre une impor-tante anomalie en europium. En plus, de la superposition dudiagramme de ce spectre sur celui des deux premiers faciès,montre clairement une discontinuité entre ces deux unités.

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FlG.11 : diagrammes binaires Y vs Zr, Sr vs Zr et Ba vs Zr.

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DISCUSSION ET CONCLUSION

Létude pétrographique et géochimique du complexe granitiquedAlouana, nous a perrnis de faire ressortir clairement la pré-sence de deux unités distinctes :

- le granite principal, caractérisé par le processus de la cris-tallisation fractionnée, d'un magma basi-crustal avec une pré-dominance de la composante mantellique, comme le prouveson rapport isotopique initial (lsri) qui est de 0,759+/-0,0017(Tisserant, 1977);- le leucogranite, avec une évolution par cristallisation fraction-née, moins claire, aboutissant à un faciès plus évolué du mas-sif et qui tombe dans le domaine des « mobilisats crustaux »de lameyre (1980) (Rosé, 1987) et par conséquent, une originecrustale de ce faciès.

213

ll est donc clair, que le fait d'observer des discontinuités pourcertains éléments et des recouvrements pour d'autres, est unargument sûr en faveur de l'existence de deux évolutions indé-pendantes, avec deux origines distinctes.C'est ainsi que, comme pour les granitoïdes du Maroc hercy-nien (Rosé, 1987 ; Boushaba, 1996; Guasquet & al., 1996, EtHadi & al., 2000 et Boushaba & al., 2000),le massif granitiquedAlouana est composé d'une lignée calco-alcaline mixte sui-vit dans le temps par une deuxième leucogranitique crustale.Ces deux ne montrent aucun lien génétique entre-elles et dontchacune correspondrait à une venue magmatique issue d'unesource différente. Cette conclusion va à l'encontre de l'exis-tence d'une seule lignée magmatique avancée par les travauxprécédents (Tisserant, 1977 ; Targuisti, 1983; Rosé, 1987 etTalha, 1996).

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FlG.12 : Spectres des terres rares normalisés aux chondrites calculées par Sun (1982), des grani-

toides de Alouana (Talha, 1996).

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214

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TABI[AlJ 1:Arr.ilyçeschirnirtuestlesrliïerents{aciès(lr.rnitoi{lestlttrtt.rnited'Alouanl{T.rlrttrisli. 1983)

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TABLEAU 3 : Teneurs en terre rares des différent faciès du