Les roches orbiculaires

Définition :
Les roches orbiculaires sont d’origine magmatique intrusive ou extrusive, métamorphique, migmatitique ou de filons minéralisés. La roche contient des orbicules à une ou plusieurs couches concentriques avec une texture et une minéralogie contrastées autour d'un noyau central. Les structures semblables incluent les agates, la structure de cocarde, la malachite botryoïde, les sphérules, les oolites, les concrétions, les nodules, les anneaux normaux de liesegang, les jantes de réaction et les couronnes.

Liste des occurrences :
Le géologue Américain, David J. Leveson a été le premier à faire un recensement des roches orbiculaires ; en 1966 il avait répertorié 103 occurrences. En prenant comme base le tableau de D.J. Leveson, et les écrits que les géologues du monde entier ont publiés sur les roches orbiculaires, j’ai pu recensé 332 occurrences de roches orbiculaires sur les 6 continents. Les roches magmatiques intrusives sont les plus nombreuses, on en dénombre 24 variétés ; les roches magmatiques extrusives sont au nombre de 7, il y a 6 variétés de roches métamorphiques et un minerai.

Description des roches orbiculaires :
Une roche orbiculaire se compose d’orbicules, d’une matrice (roche autour des orbicules et immédiatement environnante) et de la roche encaissante (la formation qui inclus la roche orbiculaire).
Les formations orbiculaires constituent généralement des affleurements de petite taille (2 à 5 m² en moyenne) sauf quelques gisements d’exception qui peuvent dépasser les 50 m² de surface.
Les orbicules sont constitués d’un noyau central (nucléus) entouré d’une couche (orbicule simple) ou de plusieurs couches concentriques (orbicule multiple).

Granite orbiculaire de Porspoder. Finistère. Orbicule à couche simple

Granite orbiculaire. La Faye. Creuse. Orbicule multi-couches

Les orbicules sont de forme sphéroïdale, ellipsoïdale, irréguliere ou pyriforme. Ils sont parfois déformés ou réduits en fragments ; certains sont partiellement assimilés par la matrice ; ils présentent parfois des recristallisations. Leur dimension varie de moins de 1 cm à plus de 40 cm ; ils sont étroitement serrés ou au contraire dispersés dans la matrice. Les noyaux et les cortex (couche) peuvent être poly ou mono-minéral. Ils ont une texture aphanitique, phanéritique, granulaire, radiale ou sont tangentiellement orientés. Pour une occurrence donnée, les orbicules sont tous semblables ou plusieurs types peuvent se rencontrer.

Les noyaux ont des types variés, on rencontre :

• Noyau identique à la matrice (à grain fin, moyen ou grossier)
• Noyau identique à la roche encaissante (à grain fin, moyen ou grossiers)
• Noyau constitué de un ou plusieurs cristaux
• Noyau de type schisteux
• Noyau constitué d’un xénolite surmicacé
• Noyau constitué d’un fragment d’orbicule
• Noyau constitué d’un orbicule formé précocement
  

On rencontre très souvent plusieurs types de noyaux dans un même affleurement, il est très rare qu’un gisement présente un seul type de noyau. La forme du noyau donne la dimension et la forme de l’orbicule.
Le cortex (couches qui entourent le noyau) peut aller de une à plus de 40 couches ; l'espacement est soit régulier, soit irrégulier. Chaque couche individuelle est assez constante en épaisseur. Les couches intérieures et extérieures ont un contact plus ou moins précis avec le noyau ou la matrice ; les contacts entre couches sont distincts ou graduels. Certaine couches épaisses se composent de plusieurs couches minces alignée étroitement. Dans un même affleurement, les orbicules peuvent ou ne peuvent pas avoir le même nombre d’espacements ou de successions de couches.
La matrice peut-être identique ou différente de celle de la roche encaissante. La granulométrie de la matrice peut-être identique ou différente de celle des orbicules ou de la roche encaissante ; la texture est très variable (granulaire, schisteuse, feuilleté, etc). La zone de contact entre la matrice et la roche encaissante peut être franche ou graduelle ; certains gisements présentent deux ou plusieurs matrices distinctes.
Les roches encaissantes sont de nature magmatique intrusive ou extrusive, métamorphique, migmatitique ou il peut s'agir d'un massif minéralisé. Les structures sont : des dykes, des sills, des batholites, des tufs, des coulées de laves, des gneiss, des schistes, des cornéennes, des migmatites ou des chromitites.

On rencontre fréquemment au sein des roches orbiculaires des fragments de roches magmatiques, des xénolites, des nodules non orbiculaires, des ségrégations minérales, des phénocristaux, des porphyroblastes et des proto-orbicules formés d’un noyau entouré d’une couche mal définie.

Minéralogie des roches orbicules :
Les orbicules se forment dans des magmas siliceux à ultramafique, sous-saturés à sursaturés et dans des massifs magmatiques intrusifs ou extrusifs, métamorphiques ou dans des filons minéralisés. Les minéraux qui constituent principalement les orbicules sont : le quartz, les feldspaths alcalins, les plagioclases (An5 à An90), les amphiboles, les pyroxènes, les micas, l’olivine, la néphéline, le sphène, l’épidote, la cordiérite, la sillimanite, la chromite, la tourmaline, la magnétite, l’ilménite et la calcite. Les textures radiales et tangentielles de certains noyaux et de certaines couches sont dues à l’alignement des feldspaths, des amphiboles, des pyroxènes, des micas ou de groupes orientés de minéraux. Les gisements diffèrent tous par les espèces et la proportion de minéraux contenus dans les noyaux, la ou les couches, la matrice et la roche encaissante.

Hypothèses de la formation des roches orbicules :
Au siècle dernier, plusieurs hypothèses ont été émises pour expliquer la formation de ces roches. Certains géologues voient une origine magmatique et d’autre une origine métamorphique. Mais aucune hypothèse n’est satisfaisante pour expliquer l’origine des diverses occurrences. De nos jours, la thèse du métamorphisme est un peu abandonnée mais elle pourrait expliquer la formation de certains gisements, par exemple l’affleurement du moulin de Chatenet dans la Creuse ou certains affleurements que l’on rencontre dans les roches métamorphiques.

Magmatique : 1°) Formation d'orbicules à partir des gouttes non-miscibles d’un magma ; les gouttes diffèrent en composition du reste du magma, se cristallisent de leurs marges vers l'intérieur, et forment des orbicules (Bäckström, 1893 ; Adams, 1898 ; Gelman, 1962). Cependant, parce que des orbicules ne sont pas limités aux compositions particulières ou limitées, il est peu probable que l'immiscibilité soit significative dans leur formation. 2°) Les fluctuations d'une fonte au niveau d'un eutectique dû aux variations de la température et de la pression produisent des couches de compositions alternatives (Lawson, 1904 ; Vogt, 1906). 3°) Les orbicules sont les produits des réactions entre le magma et les enclaves (Frosterus, 1892 ; 1896 ; von Chrustschoff, 1894 ; Benedicks et Tenow, 1911 ; Cole, 1916 ; Nockolds, 1931 ; Koide, 1951) Les hypothèses 2°) et 3°) sont probablement valides mais ne sont pas suffisante en tant qu'explications générales. 4°) Les orbicules résultent du mouvement des noyaux dans des parties de magma de différentes compositions (Sederholm, 1928). Cette hypothèse manque à l'évidence d’explications. 5°) La cristallisation d’enveloppes concentriques de composition différente dans un magma forme des orbicules. L'homogénéisation du magma est empêchée par de grande viscosité qui retarde la diffusion (Sederholm, 1928) ; cependant, la plupart des orbicules se forment dans les environnements de la diffusion active. 6°) Cristallisation excessive de feldspath au cœur d'un noyau sursaturé de constituants ferromagnésien dans un magma environnant; puis, cristallisation excessive du dernier magma environnant sursaturé en feldspath. Le processus est répété jusqu'à ce que le magma soit épuisé dans les deux constituants (Iddings, 1909). Cette hypothèse est valide seulement pour des magmas près des compositions eutectoïde. 7°) Les orbicules résultent de sursaturation rythmique et cristallisent au centre d’un magma de manière analogue à la formation d'anneau de Liesegang dans un gel (Liesegang, 1913 ; Erdmannsdörffer, 1924). Cette hypothèse est probablement valide dans beaucoup de cas mais exige une élaboration.

Métamorphique : 1°) Formation d'orbicules pendant la granitisation et la diffusion active (Eskola, 1938) en quelque sorte semblable à la formation de l'anneau de Liesegang dans un gel (Ishioka, 1953 ; Leveson, 1963). 2°) L'afflux des ions Na+1 (sodium) et la diffusion extérieure des ions Ca+1, Mg+², et Fe+² pendant la métasomatose de sodium des roches mafiques créent les conditions dans lesquelles les orbicules peuvent se former (Simonen, 1941 ; 1950). Ces deux hypothèses sont valides dans certains cas, mais elles ne fournissent pas une explication générale.

PETROGENESE Rapport général : La similitude des orbicules aux précipités rythmiques artificiels (anneaux de Liesegang) est notée dans des études récentes, et le rôle de la diffusion dans la formation d'orbicules est soumis à une contrainte. La comparaison est faite entre les orbicules et les roches plutoniques. L'espacement des couches d'orbicules et la relation noyau matrice ont également une signification génétique.

Formation des Orbicules : La formation des orbicules dans les environnements métamorphiques, migmatitiques, et ignés peut être attribuée aux procédés de diffusion semblables à ceux employé dans le mécanisme d'anneau de Liesegang, Eskola (1938), Simonen (1941; 1950), Ishioka (1953), Grolier (1961), Leveson (1963), et Quartino et Villar Fabre (1963,) ont déclarés cela dans des environnements métamorphiques et migmatitiques, les orbicules se forment pendant des périodes de diffusion active. Nockolds (1931), Koide (1951), et d'autres ont attribué la formation des orbicules par les réactions entre le magma et les enclaves des roches plutoniques. Erdmannsdörffer (1924) a suggéré que ces orbicules résultent de la sursaturation et de la cristallisation rythmique autour des noyaux dans un magma analogue à la formation d'anneau de Liesegang dans un gel. Aucune corrélation n'a été démontrée entre la structure des orbicules, la composition chimique ou l'arrangement géologique brut. Les roches ignées et métamorphiques chimiquement semblables toutes les deux contiennent des orbicules. Grolier (1961) a décrit des orbicules dans un granite intrusif ; Leveson (1963) a décrit des orbicules dans un gneiss granitiques. Les compositions chimiques des deux roches (granite et gneiss granitique) sont semblables, et la présence des orbicules dans les deux roches suggère que les facteurs affectant la formation des orbicules soient, occasionnellement semblables dans les environnements magmatiques et métamorphiques. Les roches chimiquement semblables ont des orbicules avec des structures diverses. Les diorites orbiculaires de l'Amo, d’Esbo, de Pöytyä, et de Vilppula ont des orbicules à couche simple et multiple, avec et sans structures radiales. Les roches chimiquement différentes ont des orbicules avec des structures semblables ou différentes. Les orbicules à couche simple se forment généralement dans les granites, monzonite, diorite, norite, gabbro, et gneiss, et les orbicules à couche multiples se forment généralement dans les gneiss granitique et les gabbros, cependant il y a des exceptions (par exemple le granite de La Faye à couches multiples). Des couches irrégulièrement et exponentiellement espacées sont trouvées dans les environnements ignés et métamorphiques et dans les roches felsiques et mafiques. Ainsi, analogue à l’anneau de Liesegang, la structure des orbicules est plus directement une fonction de diffusion et/ou de stabilité environnementale qu’une composition chimiques particulières ou un l'arrangement géologique général.

Signification des noyaux d'orbicule : Les noyaux des orbicules peuvent être textuellement, minéralogiquement, et chimiquement distincts de la matrice environnante ou des roches encaissantes. De tels noyaux incluent des enclaves, des structures métamorphiques différenciées. D'autres noyaux sont semblables à la matrice ou aux roches encaissantes. Les noyaux à composition chimique contrastée suggèrent que les couches aient résulté d’un échange de matériel entre les noyaux et la matrice. La réaction chimique entre la substance centrale et environnante élimine généralement les différences de compositions inachevées, et a comme conséquence une ou plusieurs zones intermédiaires concentriques de composition différente, par exemple, jantes de réaction. Les orbicules simples peuvent être semblables aux jantes de réaction. La plupart des orbicules diffèrent des jantes communes de réaction du fait des couches successives alternativement riches en un ou plusieurs minéraux constituant principal. La répétition de la minéralogie des couches peut résulter de la réaction entre les centres chimiquement contrastés et leurs environnements, si l'échange des matériaux a comme conséquence la précipitation rythmique semblable à la formation d'anneau de Liesegang. Dans certaines conditions limite, le matériel se répandant vers et loin du centre chimiquement distinct réagit à des précipités dans certaines zones. Si les conditions externes demeurent constantes, les zones de précipité sont espacées dans une progression exponentielle ; cependant, si les conditions externes changent modérément, l'espacement des couches est irrégulier. Le désaccord radical des conditions externes finit la précipitation rythmique, et la croissance des orbicules cesse. L'échange continu du matériel entre le noyau et les environnements élimine par la suite le contraste chimique, et la croissance des orbicules se termine. Ainsi, au commencement la texture et la minéralogie distincte des noyaux sont détruites, et les noyaux résultants sont semblables à la matrice ou aux roches de l’encaissant. Les conditions pour la précipitation rythmique due à la diffusion se produisent dans les environnements ignés ou métamorphiques. L'origine de quelques orbicules avec des noyaux chimiquement semblables à la matrice et d'orbicules dont la minéralogie des couches est indépendante de la composition du noyau n'a pas besoin de comporter d'échange de matériel entre les noyaux et les environnements. La répétition de la minéralogie des couches d'orbicule est semblable à la formation rythmique dans les roches plutoniques (Wager, 1953). Yoder (1954) a indiqué que la formation rythmique dans les roches plutoniques peut résulter des changements de la pression de l'eau pendant la cristallisation magmatique. Taubenek et Poldervaart (1960) ont proposé que la formation rythmique du type de la roche orbiculaire du lac Willow commence par un super refroidissement répété provoqué par les courants convecteurs intermittents dans un magma. Les conditions qui ont comme conséquence la formation rythmique dans les roches plutoniques peuvent également avoir comme conséquence la formation d'orbicules si la cristallisation est localisée sur les centres dispersés. Les noyaux des orbicules produits par de tels processus servent de centres de cristallisation et n'ont pas besoin d'avoir une composition spécifique ou limitée. La variation irrégulière des conditions produit l'espacement irrégulier des couches d'orbicules. Plusieurs occurrences d’orbicules liés aux roches plutoniques ont été décrites.

CONCLUSIONS Dans des conditions limite, des orbicules peuvent se former dans des environnements ignés, métamorphiques et magmatiques. La structure des orbicules n'est pas caractéristique d’un environnement géologique donné ; des orbicules semblables peuvent être dans des roches différentes ; des orbicules différents peuvent être dans des roches semblables. Les roches orbiculaires se forment rarement car les conditions de leur formation sont rares. Les orbicules déformés et partiellement digérés suggèrent que la rareté des roches orbiculaires puisse également être due à la destruction commune des orbicules après leur formation. L'espacement des couches des orbicules reflète la stabilité de l'environnement de formation. Le désaccord irrégulier des facteurs affectant le résultat de croissance des orbicules dans l'espacement irrégulier des couches. Les séquences d'espacement des couches dans la progression exponentielle indiquent que les facteurs affectant la croissance des orbicules étaient régulièrement constants ou changeants. Les orbicules formés dans les environnements métamorphiques peuvent avoir des couches davantage espacées dans la progression exponentielle que dans les orbicules des roches ignés, parce que les changements environnementaux rapides sont moins probables pendant le métamorphisme que durant la cristallisation des roches magmatiques. Le noyau par rapport à la matrice est significatif pour déterminé le mode de formation des orbicules.

Retour Portail_Sites_géologiques

---