Dynamics and age of formation of the Seram-Ambon ophiolites (Central Indonesia)

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URI: http://hdl.handle.net/2042/282
Title: Dynamics and age of formation of the Seram-Ambon ophiolites (Central Indonesia)
Author: MONNIER, C.; GIRARDEAU, J.; PERMANA, H.; REHAULT, J.-P.; BELLON, H.; COTTEN, J.
Abstract: L’île de Seram-Ambon est située au nord de la mer de Banda entre les îles de Sulawesi et de Nouvelle Guinée (fig. 1A). Sa position actuelle montre que son évolution géotectonique est et a été fortement liée, depuis le milieu du Cénozoïque, aux mouvements respectifs de la plaque Australienne qui remonte vers le NNW à raison de 7 cm.an –1 et de la plaque Philippine qui se déplace vers l’ouest à une vitesse d’environ 10 cm.an –1 [Minster et Jordan, 1978 ; De Mets et al., 1990]. Plusieurs fragments d’ophiolites y sont présents. Ils sont pour l’essentiel localisés dans la partie ouest de l’île de Seram (fig. 1B), sur les petites îles de Kelang situées à l’ouest et sur l’île d’Ambon présente au sud-est [Tjokrosapoetro et Budhitrisna, 1982] (fig. 1C). Ces trois secteurs réunis présentent tous les termes classiques d’une séquence ophiolitique, avec des péridotites, pyroxénites, gabbros et basaltes, mais aucun d’entre eux ne présente la totalité des termes d’une série ophiolitique complète. Les péridotites sont essentiellement des lherzolites à plagioclase, des harzburgites à spinelle riches en Cpx (3-3,5 %) pouvant contenir jusqu’à 2,2 % de plagioclase, et plus rarement des harzburgites sans Cpx qui contiennent quelques rubannements d’orthopyroxénites. Ces péridotites sont localement recoupées par des filonnets de chromitites, par des filons ou poches de webstérites de compositions chimiques variées (types 1, 2 et 3), généralement à cœur gabbroïque (groupes 1 et 2) et par des filons basaltiques. L’origine et la mise en place de ces séries ophiolitiques restent encore très controversées [Katili, 1975 ; Hutchison, 1977 ; Milson, 1977 ; Hamilton, 1979]. D’après Linthout et al. [1997], elles représenteraient un ancien fragment océanique d’âge miocène qui se serait formé à la suite d’une ouverture en milieu continental le long de la marge ouest australienne, leur obduction sur Seram datant de 9-7 Ma. Les données pétrologiques et géochimiques que nous présentons dans ce travail montrent que les péridotites ont un caractère faiblement résiduel bien qu’étant très riches en olivine (tabl. I). Les faibles teneurs en C# du spinelle (C# = Cr/[Cr+Al]) des harzburgites sans Cpx (C# = 0,40 en moyenne) contrastent avec celles plus élevées des harzburgites riches en Cpx (0,43<Cr#<0,53) et des lherzolites à plagioclase (0,47<Cr#<0,56 – fig. 3B). Les spinelles se caractérisent par de fortes teneurs en titane (Ti>50 millications – fig. 3C), de même que les pyroxènes (TiOpx>7 millications, TiCpx>14 millications) des lherzolites à plagioclase. Ces fortes teneurs en Ti seraient associées à la formation métamorphique du plagioclase lors de la rééquilibration sub-solidus de ces roches dans le faciès à plagioclase (fig. 3D) lors de leur remontée [Kornprobst et Tabit, 1988 ; Li, 1991 ; Cornen et al., 1996 ; Charpentier, 2000]. Les lherzolites à plagioclase présentent des spectres de terres-rares homogènes (environ 2 fois les valeurs chondritiques) dont l’appauvrissement en terres-rares légères (0,1<La/Sm<0.3 – fig. 4A) traduit un taux de fusion partielle modéré. Les harzburgites riches en Cpx montrent de plus faibles concentrations en terres-rares lourdes et en intermédiaires (environ 0,5 fois les valeurs chondritiques – fig. 4B) caractéristiques de taux de fusion plus importants. Les très faibles concentrations en terres- rares des harzburgites sans Cpx (0,1-0, 3 fois les chondrites – fig. 4C, valeurs inhabituelles si on compare ces valeurs avec celles des péridotites océaniques [Niu, 1997 ; Niu et Hékinian, 1997]), sont par contre les témoins d’un manteau fortement résiduel. Si les enrichissements en terres-rares légères peuvent être interprétés comme résultant d’un effet chromatographique (e.g. Takazawa et al.[1992 ; 2000]), il ne peut être exclu qu’un processus métasomatique subséquent à la fusion partielle de ces roches soit à leur origine, ainsi que cela a été suggéré par Weichert et al. [1996]. Certains cumulats mantelliques (webstérites de type 1 et gabbros du groupe 1) sont caractérisés par des spectres de terres-rares plats (6-10 fois les valeurs chondritiques), légèrement appauvris en terres-rares légères (fig. 5A-B, tabl. II). Les formes spectrales laissent supposer que ces cumulats ont évolué par cristallisation fractionnée en accord avec les observations de terrain qui montrent que ces roches sont souvent associées. Les webstérites de type 2 et les gabbros du groupe 2 se distinguent des roches précédentes par leurs très forts appauvrissements en terres-rares légères (0,02<(La/Yb)N<0,04 – fig. 5A-B), traduisant une cristallisation à partir de liquides magmatiques provenant de taux de fusion plus importants. Par opposition, les webstérites de type 3 se caractérisent par de très forts enrichissements en terres- rares légères (3,40<(La/Yb)N<24,00 – fig. 5C) et par de faibles à très faibles concentrations en terres-rares lourdes (0,1<Yb<1,0 ppm). En accord avec les valeurs élevées en Na mesurées dans les Cpx (fig. 3E), ceci suggère une origine des sources plus profonde et riche en grenats. La plupart de ces cumulats ont cependant la particularité de présenter des spectres multi-éléments ayant des caractéristiques géochimiques similaires à celles des laves associées (anomalies négatives en Nb, Zr, Ti, Y, voir paragraphes suivants), ce qui montre que leur mise en place dans le manteau pourrait être liée à une remontée du manteau générée par l’ouverture du bassin arrière-arc. Les roches effusives présentent de faibles variations des concentrations en SiO2 (46,60-58,30 % – tabl. III). Elles sont également caractérisées par des teneurs élevées en Al2O3 (16,60 % en moyenne) et par de faibles concentrations en TiO2 et K2O (0,75 et 0,15 % en moyenne réciproquement). Les laves dont les concentrations en Na2O sont les plus élevées (1,47 %<Na2O<2,79 % – fig. 3F) présentent des spectres de terres-rares typiques de basaltes de rides océaniques (MORB) (fig. 6B). Elles se caractérisent néanmoins par des enrichissements en éléments fortement incompatibles (par exemple : U, Th) qui, associés à la présence de fortes anomalies négatives en Nb (3,0<(La/Nb)N<5,0) et dans une moindre mesure en Zr, en Ti et en Y, suggèrent une formation dans un bassin arrière-arc [Saunders et Tarney, 1984 ; Monnier et al., 1995]. Le caractère très primitif de certaines d’entre elles (MgO>10 %) traduirait une mise en place précoce dans un bassin qui pourrait s’être par ailleurs ouvert en bordure d’une marge continentale compte-tenu des fortes concentrations en Th mesurées (Th/Nb=0,62) [Auzende et al., 1990 ; Eissen et al., 1998]. Les autres laves associées ont des teneurs plus faibles en Na2O (Na2 O<1,15 %). Elles sont caractérisées par de forts enrichissements en terres-rares légères (20 à 100 fois les valeurs chondritiques) et présentent des anomalies négatives en Nb et en Ta (fig. 6A), typiques des tholéiites d’arc faiblement potassiques (0,06 %<K2O<0,79 %). Les fortes concentrations en MgO (>10 %) de certaines d’entre elles, comparables à celles rencontrées dans les basaltes arrière- arc, suggèrent qu’elles sont issues de liquides primaires pouvant s’être formés lors des premiers stades de l’édification d’un arc volcanique (e.g. Jonhson et al. [1980 ; 1990]). Les études pétro-géochimiques des unités ophiolitiques de Seram-Ambon ont permis de montrer que les péridotites représentent un manteau partiellement fondu, ayant subi un rééquilibrage dans le faciès à plagioclase, probablement lors de sa décompression dans un contexte d’ouverture en bordure de marge continentale. Ces études ont également permis de mettre en évidence l’existence de tholéiites d’arc dont certaines sont caractérisées par de fortes teneurs en MgO, ce qui pourrait suggérer une origine lors des premiers stades de l’édification d’un arc volcanique et de BABB (associées dans l’espace aux tholéiites d’arc) dont certaines sont elles-mêmes riches en MgO. Les fortes affinités géochimiques existant entre les tholéiites d’arc et les basaltes arrière-arc plaideraient pour une ouverture du bassin océanique dans les premiers stades du processus de subduction. La remontée du manteau arrière-arc se serait accompagnée de la mise en place de nombreux cumulats mantelliques (webstérites et gabbros) ayant aussi des caractéristiques arrière-arc, à l’exception des gabbros du groupe 2 qui ont des signatures de N-MORB et d’un échantillon de webstérite de type 3 à affinité adakitique. Les âges radiochronologiques ( 40 K/ 40 Ar – tabl. IV) obtenus sur les basaltes arrière-arc (20-15 Ma) montrent bien que le bassin marginal s’est ouvert au cours des premiers stades de l’édification d’un arc volcanique dont seulement des jeunes témoins ont pu être datés (15-9 Ma). Ce dernier âge (9 Ma) est contemporain de celui de l’exhumation de l’ophiolite sur l’île de Seram qui aurait débuté vers 9,5 Ma pour s’achever vers 7 Ma [Linthout et al., 1996, 1997]. Ceci indique un contexte géotectonique particulièrement rapide pour la formation et l’exhumation de l’ophiolite. Compte tenu de la position paléo-géographique de l’île de Seram qui aurait été bordée à l’est par un domaine océanique lors de sa remontée vers le nord au Miocène [Haile, 1979 ; Haile, 1981] et de nos données géochimiques, nous proposons que ce bassin s’est formé dans un système transtensif, à durée de vie limitée (10 Ma), bordé à l’ouest par la marge continentale de Seram (fig. 7). L’obduction de l’ophiolite au Miocène supérieur se serait effectuée du NE vers le SW, si on prend en compte la rotation de 70 o qu’a subi l’île lors de sa migration vers le nord [Linthout et al., 1997], ce qui résulte de nos observations structurales qui indiquent, pour la position actuelle de Seram, des cisaillements du NW vers le SE (fig. 2) [Permana, 1998].
Subject: Asie du Sud-Est; basaltes arrière-arc; ophiolite; tholéiites riches en MgO; rifting transtensif
Publisher: Société Géologique de France
Date: 2003

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