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Introduction à la géologie Sud- · PDF file Introduction à la géologie Sud-Africaine Fig. 5: Contexte géologique de la formation des différentes séries sédimentaires tardi-archéennes

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  • Introduction à la géologie Sud-Africaine

    Jean-François Moyen

    25 janvier 2007

    Table des matières

    1 Le craton du Kaapvaal 2 1.1 Le noyau ancien du Swaziland/Barberton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 La région centrale (Johannesburg) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 Les terrains Nord . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.4 Les terrains Ouest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

    2 La couverture sédimentaire du craton du Kaapvaal 5 2.1 Autour de 3100–3000 Ma : Extension et magmatisme généralisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2 De 3000 à 2800 Ma : Nouvelles collisions sur les marges du craton . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

    a. Accrétion de terrains exotiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 b. Bassin intracratonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 c. L’or du Witswaterrand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

    2.3 2710–2650 Ma : Rifting et magmatisme synchrone d’épisodes de collision continentale . . . . . . 9 2.4 2650–2100 Ma : Sédimentation intracratonique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

    3 Les intrusions basiques protérozoïques 11 3.1 Le complexe du Bushveldt, 2055 Ma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

    a. La partie basique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 b. Origine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

    3.2 Phalaborwa (2049 Ma) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

    4 Les “ceintures mobiles” du Protérozoïque 14 4.1 La ceinture du Limpopo (2650 et 2000 Ma) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 4.2 Les formations paléoprotérozoïque : la province du Kheis (Ubendian, 1800 Ma) . . . . . . . . . . 15 4.3 Les formations méso-protérozoïques : la ceinture du Namaqua–Natal (Kibaran, 1600–1000 Ma) . 16

    a. Rifting et fracturation du continent (1600–1200 Ma) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 b. Nouvel épisode de collision et assemblage de la Rodinia (1100 Ma) . . . . . . . . . . . . . 16

    4.4 Les formations fini-protérozoïques : l’orogénèse panafricaine (600 Ma) . . . . . . . . . . . . . . . 17

    5 Les séries gondwaniennes : Karoo et Cape Fold Belt 18 5.1 La Cape Fold Belt : bassin d’arrière-arc et inversion du bassin (550–250 Ma) . . . . . . . . . . . 18 5.2 Le Supergroupe du Karoo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

    6 La rupture du Gondwana 22 6.1 “trapps” des Groupes du Drakensberg et de Lebombo, ca. 180 Ma . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 6.2 Les kimberlites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 6.3 L’ouverture des bassins océaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 6.4 La surrection du continent Africain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

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    L ’Afrique du Sud, géologiquement, est un pays vieux ; les roches les plus vieilles ont plus de 3.6 Ga (Kröner & Tegtmeyer, 1994), tandis que les plus récentes ont environ 200 Ma (0.2 Ga) ; une grande partie du pays

    a été structuré à l’Archéen, entre 3.2 et 2.7 Ga. Pour comparaison, la France présente des roches allant de 2.1 Ga au présent, mais avec une “charpente” hercynienne, c’est à dire 300-400 Ma (0.3 – 0.4 Ga).

    Fig. 1: Carte géologique simplifée d’Afrique du Sud (Reimold & Gibson, 2005)

    1 Le craton du Kaapvaal

    Ce bloc archéen n’a été que peu affecté par les évènements géologiques ultérieurs (on parle de “craton”), et représente, après sa formation, un noyau stable qui n’évolue presque plus. Bien qu’il n’affleure que très partiel- lement, il est possible, par géophysique, d’en retrouver l’extension (sous la couverture plus récente) ; il constitue le soubassement de la partie Nord et Est du pays, et représente le noyau autour duquel la structure de la région s’est mise en place.

    Le craton lui même peut être découpé en une mosaïque de petits blocs, aux propriétés géophysiques, mais aussi aux âges, différents. Il semble s’être formé en plusieurs épisodes, entre 3.5 et 2.7 Ga. Une fois le noyau central formé (vers 3.5–3.3 Ga), le processus dominant est une accrétion périphérique, par ajout successif de blocs plus jeunes, peut-être des arcs insulaires, sur la marge du continent.

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    Fig. 2: Carte géologique du craton du Kaapvaal (Poujol, in press)

    1.1 Le noyau ancien du Swaziland/Barberton

    La partie la plus ancienne se trouve sur la frontière du Swaziland, dans la région de Barberton. La géologie de la région est détaillée dans le chapitre ??. On y trouve un ensemble de gneiss (orthogneiss surtout), de métasédiments (ceintures de roches vertes) et de plutons granitiques.

    Les roches les plus anciennes sont des orthogneiss tonalitiques, vieux de 3644±4 Ma (Compston & Kröner, 1988). Ils appartiennent à un complexe gneissique ancien (3.4–3.6 Ga), au Swaziland. La CRV de Barberton et les granitoïdes voisins se sont formés entre 3.5 et 3.2 Ga. La région s’est stabilisée aux alentours de 3.1 Ga, lors de la mise en place de grands batholithes potassiques, peu avant le volcanisme du Supergroupe de Pongola (voir plus bas).

    1.2 La région centrale (Johannesburg)

    La partie centrale, autour de Johannesburg, affleure très médiocrement dans le “dôme de Johannesburg”, et dans la structure d’impact de Vredefort. Les âges dans cette région vont de 3250 à 3000 Ma (Poujol et al., 2003), avec un important épisode vers 3100 Ma, âge de stabilisation de la région de Barberton. On peut spéculer que cette région corresponde à des petits fragments (arcs insulaires ? microcontinents ?) collés au noyau de Barberton lors de l’orogénèse il y a 3.2 Ga.

    1.3 Les terrains Nord

    Au Nord du Craton, une bande de 200 km de large environ, assez mal connue, est composée de roches supra- crustales (CRV de Murchison, Giyani —anciennement Sutherland— et Pietersburg) et d’orthogneiss vieux de

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    Fig. 3: Structuration du craton du Kaapvaal, telle que définie par la géophysique et la géochronologie (Poujol et al., 2003; de Wit et al., 1992; Poujol, in press). Des anomalies géophysiques permettent de séparer le craton en différentes unités ; la géochronologie confirme que au moins certaines correspondent à des entités géologiques distinctes, formées pendant une période bien définie. Notez cependant la taille réduite des vrais affleurements. Les linéaments sont dessinés d’après l’interpré- tation géophysique de de Wit et al. (1992) ; notez comment ces linéaments sont dessinés de façon à suggérer deux jeux de structures géologiques, l’un Nord-Est Sud-Ouest et l’autre Nord-Sud, qui pourraient correspondre à deux épisodes d’accrétion respectivement au Nord (Pietersburg terrain, puis Limpopo) et à l’Ouest (Amalia) du craton.

    3.0 Ga environ. Quelques fragments plus anciens (3200 Ma), et quelques granites intrusifs plus récents (2700 Ma) existent aussi.

    On a probablement affaire de nouveau à des petits blocs, sans doute des éléments de type arc insulaire, qui se sont collés (par des processus de subduction–collision, comme ceux que nous décrivons à Barberton il y a 3.2 Ga ?) au Nord du craton il y a 3.0 Ga environ.

    Vers 2.7 Ga, le terrain Nord est affecté par un épisode interpété comme une collision continentale, qui amène à la formation de la ceinture granulitique du Limpopo (chapitre ??).

    1.4 Les terrains Ouest

    Le même schéma se répète sur la bordure Ouest du craton, qui affleure très mal. On auait là une succession de deux épisodes de collages de blocs ; l’un vers 3.0–3.1 Ga (CRV de Madibe et Kraaipan) ; l’autre vers 2.7 Ga (CRV de Amalia, gneiss au SW de Kimberley).

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    2 La couverture sédimentaire du craton du Kaapvaal

    Au fur et à mesure que le craton se stabilisait, diverses

    Fig. 4: Stratigraphie sur le craton (Référence ?)

    séries sédimentaires se sont déposées sur la croûte rigide du cœur du continent. En même temps, les marges res- taient assez actives, et des processus d’accrétion conti- nuaient de s’y dérouler.

    Cette période est géologiquement assez intrigante, puis- qu’on observe, simultanément, des processus de type “archéen” sur le bord du craton, et des phénomènes d’allure plus moderne en son cœur. Mais de façon gé- nérale, on peut reconnaître une cyclicité classique : rif- ting, collision, puis sédimentation intra-cratonique sur le continent nouvellement soudé.

    On peut regrouper les différentes séries sédimentaires (et les événements synchrones sur les marges) en quelques groupes principaux :

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    Fig. 5: Contexte géologique de la formation des différentes séries sédimentaires tardi-archéennes du craton du Kaapvaa, dans leur contexte géolog

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