Secrétariat d'État auprès Agence Française pour la cu Ministère de l'Intérieur Maîtrise de l'Énergie Départements et Territoires d'Outre-Mer \ A.F.M.E.
CONTEXTE GEOTHERMIQUE DES PROSPECTS DU LAMENTIN ET DU MORNE ROUGE (MARTINIQUE)
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL \
u Département Géothermie et Hydroénergie c O. o si -. -*
Rapport du B.RG.M.
84 SGN 003 GTH Janvier 1984
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CONTEXTE GEOTHERMIQUE DES PROSPECTS DU LAMENTIN ET DU MORNE ROUGE (MARTINIQUE)
par
P. CHOVELON
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BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES
SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL
Département Géothermie et Hydroénergie B.P. 6009 - 45060 Orléans Cedex - Tél.: (38) 63.80.01
Rapport du B.R.G.M. 84 SGN 003 GTH Janvier 1984
Réalisation : Département des Applications Graphiques RESUME
L'' hÁj>to¿n.z gíotogique. dz la n.zg
Il ¿'agit pnJ-ndpalzmznt dz Vactivitz dz ^aÁIZzí, nonmalz¿ NE-SW zt NW-SE. Czé dzux n.z6zaux dz ^aiLtzi, pznmzttznt ¿a fiohmation d'un gnabzn onÁzntz NW-SE a¿n¿¿ quz la mit>z zn piacz dz dzux zru>zmbloj> dz n.ochzi> zvoluzz¿, ¿z dzn.YU.ZK &¿txiz à R¿v¿zn.z Satzz ayant 0,6 MA.
Lz¿ m¿nzMuLLl>at¿on¿ hydfiothzmmalz¿> [pn¿ncÁ.palzmznt abondantz¿ dank la panXLz nonA du "pannzau tzcton¿quz" dz R¿v¿zh.z Salzz, ¿ont miAZh zn placz lonj> dz plu¿
Lz ¿ub^tnjxtwn du pnoipzct du Mo-tne Rougz, con¿t¿tuz d'andz¿¿tz¿ ¿>ombn.zí, du fAotinz Jacob [4 MA) zt dz dadctzh dzi> VitonM du CaJibztí, (7 MA), zht iz pah. dzi, ¿y¿tzmz¿ dz iaUULzi noKmatzh ME-SW zt NW-SE.
La dzp>tz¿i>ion dz Champ llonz, LLzz a la m¿óe zn placz d'un gftabzn onÁzntz NW-SE, zét comblzz pan. un zmpÁJizmznt dz nivzaux volca.no¿zdmzntaJJizí, zt dz pn.oduÁ.t¿ volcanÁ.quz¿ dz la Montagnz Pzlzz. Aucun pn,odu¿t volcan¿quz n'accompagnz la ^onmatÁ.on du gnxibzn.
La locaJLÂAatlon dz¿ mi.nznjxZAMation¿ hydnothznmalz¿ [¿¿Liez zt pynÁtz) à I'zxtAzmiÄz iud-zét du gnabzn con{¡lnmz Vù>olzmznt du bloc Vzlzz du gn.abzn dz Champ Flon.z-Mon.nz Rougz. SOMMAIRE
I - INTRODUCTION 1
n - METHODOLOGIE 2
HI - LE LAMENTIN 3
1 - RAPPEL STRATIGRAPHIQUE DES FORMATIONS EN PRESENCE 4
1.1. - LE VOLCANISME SOUS-MARIN VAUCLIN-PITAULT 4
1.2. - LES COULEES D'ANDESITES PROPHYRIQUES DE DUCOS, DE
CALIFORNIE ET DE TROIS ILETS 4
1.3. - LES DACITES A GRENAT DU GROS ILET 4
1.4. - LES TUFFITES DE FORT DE FRANCE 6
1.5. - LES ANDESITES SOMBRES DU MORNE JACOB 6
1.6. - LES ALLUVIONS A QUARTZ DE L'ANCIENNE RIVIERE LEZARDE 6
1.7. - LES DACITES DE RIVIERE SALEE 6
1.8. - LES ALTERATIONS HYDROTHERMALES 8
2 - LA TECTONIQUE DE LA REGION DU LAMENTIN 8
2.1. - LES FAILLES NE-SW 8
2.2. - LES FAILLES NW-SE 9
2.3. - LES FAILLES N-S ET E-W 11
2.4. - CONCLUSION 12
3 - LES MINERALISATIONS HYDROTHERMALES 12
3.1. - INTRODUCTION , 12
3.2. - REPARTITION 13
3.3. - OBSERVATIONS DE TERRAIN 13
3.3.1. - La silice 13 3.3.2. - Les hydroxydes de fer 15 3.4. - OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES 15
3.5. - CONCLUSION SUR L'HYDROTHERMALISME 16
4 - REMARQUES 17
5 - CONCLUSION GENERALE 17
IV - LE MORNE ROUGE 19
1 - STRATIGRAPHIE DES FORMATIONS EN PRESENCE 20
1.1. - LES FORMATIONS BORDIERES DE LA CUVETTE DE CHAMP FLORE. 20
1.1.1. - Les andésites sombres du Morne Jacob 20 1.1.2. - Les andésites claires et les dacites des Pitons du Carbet 20
1.1.3. - Les produits de l'édifice ancien de la Montagne Pelée 22
1.2. - LES FORMATIONS DE LA CUVETTE DE CHAMP FLORE 22
1.2.1. - Des argiles très fines 22 1.2.2. - Des cendres plus ou moins indurées 22 1.2.3. - La nuée ardente de Fond Marie Reine 23 1.2.4. - Les formations volcanosédimentaires du lac de Champ Flore.... 23 1.2.5. - Les produits de l'édifice récent de la Montagne Pelée 24
2 - LA TECTONIQUE DE LA REGION DE MORNE ROUGE 24
2.1. - LES FAILLES NE-SW 24
2.2. - LES FAILLES NW-SE 25
2.3. - LES FAILLES N-S 25
2.4. - CONCLUSION A L'ETUDE TECTONIQUE 26
3 - LES MINERALISATIONS HYDROTHERMALES 26
3.1. - REPARTITION 26
3.2. - OBSERVATIONS MACROSCOPIQUES 28
3.3. - OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES 28
3.4. - CONCLUSION SUR L'HYDROTHERMALISME 29
4 - CONCLUSION GENERALE 30
BIBLIOGRAPHIE 31
ANNEXE 34 LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Carte géologique simplifiée de la région du Lamentin
Figure 2 : Carte des isobathes de la partie est du prospect du Lamentin
Figure 3 : Les anomalies géophysiques de la région du Lamentin
Figure 4 : La tectonique et les minéralisations hydrothermales de la région du Lamentin
Figure 5 : Localisation des sources chaudes, des points de forage et des anomalies de mercure de la région du Lamentin
Figure 6 : Carte géologique simplifiée de la région du Morne Rouge
Figure 7 : La tectonique et les minéralisations hydrothermales de la région du Morne Rouge
ANNEXE
Datations Potassium Argon
Analyses chimiques des roches
Figure 8 : Carte d'échantillonnage de la région du Lamentin
Figure 9 : Carte d'échantillonnage de la région du Morne Rouge - 1 -
I - INTRODUCTION
Ce travail, qui rentre dans le cadre du programme de prospection géothermique de l'île de la Martinique, répond au besoin d'établir un nouveau bilan sur la connaissance des indices géothermiques de la région du Lamentin et de la région du Morne Rouge.
Outre les levers cartographiques indispensables à toute prospection en géothermie haute énergie, permettant la réalisation de cartes, ce rapport présente les résultats de 13 analyses chimiques nouvelles, de l'observation de 5O lames minces et de k datations K/Ar. - 2 -
II - METHODOLOGIE
L'étude géologique des régions du Lamentin et du Morne Rouge menée en mai et juin 1983 a conduit à l'élaboration de cartes d'intérêt géothermique détaillées au 1/50 000e.
Cette étude comporte dans un premier temps un examen photogéologique des deux régions considérées (jeu de photographies aériennes IGN 1982 au 1/20 000e).
Une étude de terrain axée sur la tectonique et la microtectonique a ensuite été effectuée.
Cette cartographie des deux prospects de la Martinique a permis de distinguer plusieurs "familles" tectoniques, permettant de déduire les processus d'évolution tectonique dans chacune des régions considérées.
En parallèle, les minéralisations hydrothermales qui se mettent en place à la faveur des directions de fracturations ont été cartographiées et échantillonnées. Une zonation de certaines espèces minérales semble apparaître en liaison avec les structures tectoniques de la région.
Des données bibliographiques ont été intégrées à ce travail. Ce sont principalement les travaux de D. Westercamp (1972, 1976, 1979, 1980, 1981), la carte géologique de la Montagne Pelée au 1/20 000e (Westercamp, Traineau, BRGM, 1983) et surtout la nouvelle carte géologique de l'fle de la Martinique au 1/50 000e (D. Westercamp, BRGM, à paraître).
De la présente étude à laquelle s'ajoutent les résultats de géophysique et de géochimie, se dégage un certain nombre de conclusions permettant de mieux focaliser les sites géothermiques recherchés. - 3 -
m - LE LAMENTIN 1 - RAPPEL STRATIGRAPHIQUE DES FORMATIONS EN PRESENCE (Fig. 1)
Les travaux de D. Westercamp (1976, 1980) et surtout la réalisation de la nouvelle carte géologique de la Martinique (D. Westercamp, à paraître) permettent de distinguer, du plus ancien au plus récent :
1.1. - LE VOLCANISME SOUS-MARIN VAUCLIN PITAULT daté à environ 12,5 MA, constitué de faciès massifs et de tuffites
Cet ensemble affleure au Nord et à l'Est de la zone étudiée : ce sont les reliefs alignés sur une direction N-S au Nord du Lamentin ainsi que le Morne Cabrit (MC 64) daté récemment dans le cadre de cette étude à 13 MA (Baubron, BRGM, 1983). Ces andésites basiques (55,2 % SiO2) se distinguent par de très faibles teneurs en K2O (# 1 %).
1.2. - LES COULEES D'ANDESITES PORPHYRIQUES DE PUCOS, DE CALIFORNIE ET DE TROIS ILETS d'âge compris entre 10,5 et 6,5 MA
Ces coulées d'andésites porphyriques à deux pyroxenes affleurent sur la quasitotalité de la zone étudiée depuis Ducos jusqu'à l'Anse à l'Ane et montrent, selon leur position géographique, d'importantes différences d'altération d'un affleu- rement à l'autre.
La campagne de forages effectuée en 1973 par Eurafrep a montré que l'épaisseur de ces formations tendait à diminuer en allant vers le Nord du prospect jusqu'à complètement disparaître.
La datation K/Ar effectuée sur l'échantillon d'andésite MC 21 (carrière Fenelon à l'Ouest de Ducos) indique une mise en place à 8 MA.
Les andésites porphyriques du système volcanique du Morne Pavillon, légèrement plus récentes, que l'on rattache à cet ensemble, ont fait l'objet de plusieurs analyses chimiques (MC 130, MC 131, MC 132, MC 133, MC 134). Ces analyses font apparaître une constance de composition sur l'ensemble du massif. Ces andésites basiques, qui appartiennent au domaine calcoalcalin, sont riches en MgO (# 3,5 %) et pauvres en alcalins.
1.3. - LES DACITES A GRENAT DU GROS ILET d'âge situé entre 6 et 6,5 MA
Ces dacites, qui affleurent sur la rive sud de la baie de Fort de France, dans la région de Trois Ilets et du Gros Ilet, sont porphyriques et riches en grenats. Les travaux de D. Westercamp (1976, 1978) ont montré le contrôle exercé par le système de failles majeures de direction NE-SW sur la mise en place de cet ensemble de roches évoluées. FIG. 1 CARTE GEOLOGiaUE SIMPLIFIEE DE LA REGION DU LAMENTIN i- i 3Km. -t. (d'après D. Westercamp ) \\ Ponces de Rivière Salée
Alluvions a Quartz
Produits de Morne-Jacob (coulées + conglomérats)
FORT- 4- Tuffile de Fort-De-France
Dacites a grenats du Gros-llet DE- FRANCE ' « » t . é Coulées d'andésites porphyriques (Oucos, Trois-llets, • Morne Pavillon)
\ Volcanisme sous-marin ( Vauclin Pitault )
BAIE DE FORT - DE - FRANCE DUCOS Failles
LES TROIS-ILETS
7- ' " . •• * •: • ••.••:.. RIVIERE SALEE \--^±^±*
r
i * j V-v \X\ \ - 6 -
1.4. - LES TUFFITES DE FORT DE FRANCE mises en place à la limite Miocène-Pliocène, c'est-à-dire vers 6,2 MA
Ce niveau à tuffites, que l'on ne trouve que dans la zone nord du prospect, est épais de quelques centaines de mètres. Il correspond probablement à une emersion de plus en plus marquée des reliefs volcaniques miocènes.
1.5. - LES ANDESITES SOMBRES DU MORNE JACOB
II existe, dans la région septentrionale du Lamentin, des coulées porphyriques à deux pyroxenes datées entre k et 2 MA, attribuées au volcanisme du Morne Jacob. Ces coulées sont partiellement remaniées sous forme de conglomérats torrentiels. Ces formations (laves et conglomérats) sont venues, du Nord de l'île, combler les dépressions préexistantes. Elles montrent des différences d'épaisseur d'un point à l'autre.
1.6. - LES ALLUVIONS A QUARTZ DE L'ANCIENNE RIVIERE LEZARDE
La destruction des laves dacitiques du volcan des pitons du Carbet, dont la dernière phase d'activité est estimée à O,7 MA, est à l'origine de ces alluvions. L'épaisseur de ces matériaux détritiques peut atteindre 100 m dans la région du Lamentin.
Les forages effectués dans cette zone ont montré l'existence d'une nappe phréatique au sein de cette formation perméable. La carte des isobathes (fig. 2, BRGM, 1973) donne des indications sur la répartition de ces alluvions. La géométrie des paléo-vallées que viennent combler les alluvions est ainsi connue. Deux anciennes vallées à bordures très raides (100 m) sont identifiables : la première est orientée N-S tandis que la seconde est orientée NE-SW.
1.7. - LES DACITES DE RIVIERE SALEE datées à 610 000 ans
Dans la région de Rivière Salée, affleurent un dôme de ponces de dacite à quartz et hornblende et une coulée d'andésite massive à horblende.
Ces produits constituent le seul ensemble volcanique récent différencié de la région. Ils sont situés au croisement de deux directions tectoniques majeures. L'importante fracturation dans cette zone a permis l'arrivée du magma, se dernier se fractionnant à certains niveaux.
On trouve mêlés aux blocs de ponce des enclaves lithiques arrachées au substratum et remontées depuis la profondeur. - 7 -
FIG. 2 CARIE DES ISOBATHES DE LA BASE DE L AQUIFERE PROBABLE
ECHELLE 1/20 000
_. <,
Quartier!) du ßoc * — M ORNE .CrCí Qf Vift Pré ;• Ir— * so . lO HORNE IAPCIKTÎ • V" Qr le Solerte - 8 -
1.8. - LES ALTERATIONS HYDROTHERMALES
Les altérations hydrothermales apparaissent comme les produits les plus récents dans la région puisqu'elles affectent la totalité des formations décrites plus haut.
Nous reviendrons sur ce type de produit et sur leur mode de mise en place à la lumière des données tectoniques.
2 - LA TECTONIQUE DE LA REGION DU LAMENTIN
L'étude tectonique de la région du Lamentin permet de mettre en évidence l'existence de plusieurs systèmes de failles (fig. 1) : . des failles NE-SW . des failles NW-SE.
Ces deux systèmes constituent des directions majeures. Il existe également deux autres directions de fracturation moins développées et plus mineures. Elles sont probablement beaucoup plus anciennes. Ce sont : . des failles N-S . des failles E-W.
2.1. - LES FAILLES NE-SW
II s'agit d'un système complexe de failles cisaillantes à mouvements verticaux et latéraux dextres (cf. D. Westercamp). Ce système NE-SW apparait le plus clairement sur le terrain et avec le plus d'ampleur dans la région des Trois Ilets. Il se poursuit vers le NE en déterminant la bordure gauche de l'ancien estuaire de la Lézarde.
Un système de direction semblable, fonctionnant probablement de la même façon, est visible plus au SE dans la région de Rivière Salée. L'érosion ainsi que la forte altération climatique rendent comme précédemment difficile l'évaluation du rejet de ces accidents.
Les travaux de D. Westercamp ont montré, à l'extrême NW de la région étudiée, c'est-à-dire depuis le Cohé du Lamentin jusqu'à l'Anse à l'Ane et l'Ilet à Ramiers, la présence d'un autre réseau de failles orientées NE-SW. Il existe peu de données disponibles sur cet accident transverse presque totalement immergé. Il s'avère toutefois qu'il s'agisse d'une direction tectonique importante (cf. plus loin).
La région du Lamentin est donc traversée de part en part par trois accidents transverses parallèles, orientés NE-SW. Il n'existe probablement pas de différence d'âge entre ces trois accidents car leur mise en place doit correspondre au même état de contrainte tectonique. - 9 -
Toutefois, l'existence d'un axe gravimétrique lourd aligné sur le système tectonique transverse des Trois Ilets (cf. fig. 3) implique un accident d'origine profonde. Nous verrons (paragraphe suivant) qu'il joue un rôle hydrogéologique majeur.
2.2. - LES FAILLES NW-SE
Le front volcanique récent s'étend sur l'ensemble de l'île de la Martinique le long de structures orientées NW-SE (D. Westercamp). Dans la région du Lamentin, un réseau de failles NW-SE découpe plusieurs panneaux parallèles. La géométrie de ces panneaux est difficile à définir par la seule étude de terrain.
L'examen de la fracturation dans la zone SE, auquel s'ajoutent les données relatives à la répartition des altérations hydrothermales (cf. plus loin), permettent tout de même de considérer l'existence de 2 panneaux différents : . panneau de rivière Salée, . panneau de Petit Bourg.
La carte tectonique de la région du Lamentin montre que les failles NW-SE qui délimitent ces panneaux s'arrêtent au SE contre les failles transverses NE-SW.
Il est difficile de connaître avec précision l'extension de ces deux panneaux vers le NW, compte tenu de l'immersion consécutive à la tectonique d'effondrement. De plus, le système de blocage contre lequel viennent s'arrêter les failles NW-SE est plus complexe puisque constitué de trois directions tectoniques : . des failles NE, . des failles NNE, . des failles ESE.
Les structures alignées NW-SE de la région du Lamentin semblent, en fonction des observations précédentes, s'organiser en un véritable système de graben, même en l'absence de critère topographique. La partie la plus affaissée de ce graben semble correspondre au panneau tectonique de rivière Salée. Il existe, aligné le long de cet axe, une forte anomalie magnétique négative (fig. 3).
De plus, la présence d'un volcanisme acide récent à rivière Salée, daté à O,6 MA, au croisement des failles de graben et des failles transverses de direction NE-SW, témoigne d'un phénomène tectonique profond lors de l'effondrement de ce panneau.
Le graben du Lamentin est traversé de part en part et perpendiculairement au sens de son allongement par le système de failles transverses de la presqu'île des
Trois Ilets. Il en résulte un effondrement du fond du graben vers le NWt allié à un mouvement décrochant dextre. FIG. 3 LES ANOMALIES MAGNETiaUES ET GRAVIMETRIQUES DE LA REGION DU LAMENTIN
0 1 2 3Km.
\ LE LAMENTIN
Failles
Axe gravimetrique lourd
FORT- Anomalie magnétique négative \ (-200nT) DE - FRANCE Anomalie magnétique négative MOOnT) \
\ BAIE DE FORT - DE - FRANCE
L
ó^ / p. '/• LES TROIS-ILETS \v
RIVIERE SALEE
\ - 11 -
Cet accident transverse majeur semble jouer un rôle structural très important puisqu'il isole, au sein du graben, deux compartiments différents (le biseau d'eau salée n'est connu qu'au Sud de cette faille).
Un autre réseau de failles NW-SE existe plus à l'Ouest dans la région de Trois llets. Il est probable qu'en raison de sa faible densité superficielle de fracturation, ce système de failles n'ait joué qu'un rôle secondaire par rapport aux failles situées dans la région du Lamentin.
On peut considérer ce système de fracture NW-SE de la région de Trois llets comme faisant partie intégrante de la structure du graben du Lamentin ; il représenterait alors un des panneaux du graben.
Il peut également s'agir du vestige d'un système plus ancien appartenant à l'axe Pointe Burgos-Rocher du Diamant, décalé par rapport au front volcanique actuel.
2.3. - LES FAILLES N-S ET E-W
a) Les failles N-S
II existe un réseau de failles N-S qui traverse l'ensemble de la région du Lamentin. Ces failles sont surtout identifiables au Nord de la localité du Lamentin. Elles affectent les laves qui constituent le volcanisme sous-marin Vauclin Pitault. Ces failles déterminent les bordures d'une paléo-vallée très encaissée, orientée N-S, passant à l'Est de l'Habitation Place d'Armes. Elles se retrouvent dans la partie méridionale de la baie de Fort de France au Sud de la Poterie Industrielle.
Compte tenu des éléments disponibles, il est difficile de définir le rôle exact de cette direction tectonique. Il est probable que ces failles n'aient pas rejoué, mis à part des réajustements mineurs.
Leur présence implique une forte fracturation existante antérieurement à la mise en place du graben. Bien qu'ancienne, cette direction de fracturation a joué un rôle structural non négligeable lors de l'effondrement du graben. En effet :
. le tronçon sud du graben de direction Nto-SE tend à s'infléchir selon une direction N-S dans la région de Rivière Salée ;
. la remontée des travertins siliceux récents situés surle flanc ouest du Morne Rouge (cf. plus loin) s'est effectuée selon des drains orientés N-S.
b) Les failles E-W
Un réseau de failles orientées E-W découpe la partie la plus septentrionale de la presqu'île des Trois llets. Ces failles sont bien visibles au Quartier Anse à l'Ane et à proximité du Morne Habitué.
Des failles de même direction existent dans la partie est, dans la région Quartier du bac et Quartier de la Salette. Il semble également s'agir d'une direction ancienne, conjuguée à la précédente. - 12 -
2.4. - CONCLUSION
L'étude tectonique de la région du Lamentin a permis de mettre en évidence l'existence d'un graben d'effondrement. La partie la plus affaissée du graben correspond au compartiment nord du panneau tectonique de Rivière Salée. Elle est en effet située au croisement de la direction d'effondrement NW-SE et de la direction transverse NE-SW également responsable d'un mouvement effondrant vers le N-W.
La mise en place de produits magmatiques différenciés, datés à O,6 MA, au croisement de ces deux directions, implique l'existence d'une tectonique profonde d'âge récent.
Outre ce contexte volcanotectonique prometteur, le compartiment nord du panneau tectonique de Rivière Salée présente en plus l'avantage d'être très fracturé, puisque situé sur un accident ancien orienté N-S.
Ainsi, face aux mouvements tectoniques effondrants, la réaction de certains blocs du compartiment a pu être plus intense et certainement à l'origine d'importantes distensions.
Nous verrons que c'est dans cette zone que se sont mises en place les principales minéralisations hydrothermales rencontrées dans la région du Lamentin.
3 - LES MINERALISATIONS HYDROTHERMALES
3.1. - INTRODUCTION
Les minéraux hydrothermaux peuvent s'avérer d'excellents auxiliaires d'étude au cours d'une prospection en géothermie haute énergie.
Plusieurs travaux réalisés aux Antilles (Westercamp, 1978) et sur d'autres sites (Walker, 1960 ; Kostov, 1969, 1970, Rançon 1981,1982) ont montré l'intérêt de leur étude lors d'investigations de surface. Ce type d'approche permet souvent de relier la zonation de certaines espèces hydrothermales aux structures volcano- tectoniques et à l'histoire d'un gisement géothermique.
Cette méthode peut permettre d'apprécier, autrement que par les techniques thermométriques classiques (forages de gradient), la température des roches du système considéré. Elle présente l'avantage de s'affranchir des perturbations provoquées par des circulations d'eaux superficielles qui oblitèrent souvent l'établissement d'une zone d'anomalie thermique, comme l'a montré la campagne de sondages de gradient réalisée sur le site du Lamentin en 1969-1970 par la société Eurafrep (cf. plus loin).
Au stade actuel, compte tenu de l'échantillonnage existant et des travaux de laboratoire effectués, il n'est pas encore possible de donner les intervalles de température fossilisés par les différentes espèces hydrothermales. Dans un premier temps, l'étude de la répartition des principales associations rencontrées va permettre de mieux focaliser la zone d'intérêt géothermique. - 13 -
3.2. - REPARTITION (Fig. 4)
L'étude de terrain permet de définir deux types principaux de minérali- sations dans la région du Lamentin :
. de la silice, . des hydroxydes de fer.
Les minéralisations siliceuses s'étendent sur les panneaux tectoniques de Rivière Salée, de Petit Bourg et également sur celui de la presqu'île des Trois Ilets.
Les hydroxydes de fer sont plus ubiquistes. Leur aire de répartition dessine une forme subelliptique centrée sur Petit Ilet avec des digitations orientées le long de la direction de fracturation E-W de la presqu'île des Trois Ilets et le long de la direction de fracturation N-S de la région du Lamentin.
3.3. - OBSERVATIONS DE TERRAIN
3.3.1. - La silice
Les minéralisations siliceuses se présentent sous deux formes :
. de l'opale ou de la calcédoine en remplissage de fissures ou de vacuoles dans la roche mère,
. des travertins siliceux résultant de l'activité de sources thermales de surface riches en silice.
Ces deux types de dépôts ne peuvent être attribués au même épisode hydrothermal. En effet, ce n'est qu'après une période d'érosion que peuvent être mis à jour les filons d'opale et de calcédoine. Par contre, les travertins siliceux qui se forment en surface n'ont enregistré que peu de marques d'érosion.
On constate que l'opale et la calcédoine sont surtout présents dans les fissures orientées N13O-N135°E (direction du graben) et en moindre mesure dans les fissures transverses de direction N50-N60°E. En outre, ce type de minéralisation abonde dans le panneau de Rivière Salée.
Les travertins siliceux sont localisés au Morne Rouge, au Petit Morne, au Morne Doré et à Chateau Lézard, c'est-à-dire dans le compartiment nord du panneau tectonique de Rivière Salée.
Au Morne Rouge, ils sont mis en place selon des directions N-S et N6O°E, tandis qu'à Morne Doré et à Chateau Lézard ils sont orientés N13O°E. Le rapport Eurafrep (Marinelli, 1973) signale l'existence de tourmaline dans les travertins siliceux. Au Morne Rouge, des filons de barytine contenant de l'arsenopyrite accompagnent la mise en place de la silice. FIG. 4 LA TECTONIQUE ET LES MINERALISATIONS HYDROTHERMALES DE LA REGION DU LAMENTIN
1 3Km.
Hydroxyde de fer
Travertin siliceux
...-• Filon de Silice + Argile FORT- Argile (seule) DE - FRANCE Failles
FORT - DE - FRANCE - 15 -
3.3.2. - Les hydroxydes de fer
L'étude de terrain montre que les filonnets d'hydroxydes de fer se sont mis en place lors d'un épisode hydrothermal distinct de celui des filons d'opale et de calcédoine. Ils sont probablement postérieurs aux filons d'opale et de calcédoine et sont contemporains ou légèrement antérieurs aux travertins siliceux puisqu'en cours d'érosion.
Les filonnets d'hydroxyde de fer sont "injectés" selon toutes les directions de fracturation existantes au Lamentin (N130°E, N60°E, N-S, E-W). Cette phase hydrothermale semble moins contrôlée par la tectonique d'effondrement du graben N130°E que ne le sont les intrusions d'opale et de calcédoine. A ce stade, il semble se produire une réactivation de toutes les structures tectoniques. Ce phénomène est probablement dû à une forte dislocation liée à une phase d'effondrement intense.
3.4. - OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES
L'étude microscopique des altérations hydrothermales a été menée au Lamentin avec un total de 24 lames minces. Il s'agit principalement des andésites porphyriques de Ducos et de Trois Ilets qui constituent l'essentiel du soubassement de la région.
Cette étude fait apparaître que l'hydrothermalisme responsable de la mise en place des filons de silice provoque, au sein des roches hôtes, la néoformation d'un minéral argileux. Cette argile se forme aux dépens des phénocristaux et des microlites de plagioclase. Elle se présente le plus souvent dans la roche sous forme de "plages" brunâtres ou verdâtres complètement amorphes. Dans d'autres cas, cette argile est cristallisée et apparait alors sous forme de petites fibres parallèles très biréfringentes. La néoformation de cette phase argileuse semble libérer de la silice puisqu'on trouve très souvent en association un agrégat de quartz et/ou de calcédoine crypto cristallins.
Tous les stades d'argilisation existent en fonction de la situation géogra- phique des échantillons : les argiles peuvent en effet envahir la totalité de la roche. L'argilisation atteint son maximal à l'intérieur du panneau tectonique de Rivière Salée et peut s'organiser alors en un véritable système de filon. Cette argile se raréfie à l'extérieur des panneaux tectoniques de Trois Ilets, de Rivière Salée et de Petit Bourg. Seuls quelques petits pointements dans les plagioclases sont encore visibles.
Le Morne Rouge, situé en bout de piste de l'aéroport, a dû subir un important hydrothermalisme puisque des mosaïques de quartz secondaire apparaissent dans la roche (MC 69), celui-ci étant probablement formé aux dépens des plagioclases.
La pâte peut également être recristallisée (MC 74) et ce sont alors des plagioclases qui se forment.
L'étude microscopique montre que l'épisode hydrothermale responsable de la mise en place des filonnets d'hydroxyde de fer ne provoque pas la formation de phase minérale secondaire. - 16 -
Une argile d'origine climatique probable est venue envahir certaines roches de la région du Lamentin postérieurement à l'argile d'origine hydrothermale. Celle-ci, néoformée dans la pâte, se présente en amas foncés de couleur rouille, irisés de petits bâtonnets noirâtres. Elle est amorphe.
3.5. - CONCLUSION SUR L'HYDROTHERMALISME
L'étude des indices hydrothermaux dans la région du Lamentin conduit à considérer le panneau tectonique de Rivière Salée comme le plus fracturé puisque le plus minéralisé.
Cette zone, dans laquelle ont pu également être observés des phénomènes de recristallisation, apparait donc a priori intéressante d'un point de vue géothermique.
Trois phases hydrothermales ont pu en outre être mises en évidence dans cette zone. Ce sont :
1) silicification (opale et calcédoine), 2) hydroxydation, 3) silicification (travertin siliceux), les deux dernières phases pouvant être contemporaines (ou subcontemporaines).
Les produits de la première et de la troisième phase, chimiquement identiques, ont certainement précipité à partir d'un même fluide. Il n'en est pas de même pour les hydroxydes de la deuxième phase.
La carte des teneurs en mercure dans les sols de la région du Lamentin (Iundt, BRGM, 1982) dessine plusieurs anomalies orientées approximativement N130°E, qui coincident exactement avec la carte de répartition de la silicification. Par contre, aucune corrélation ne peut être établie entre le mercure et l'hydroxydation. Cette observation montre que, contrairement aux arrivées de silice, le dépôt des hydroxydes de fer n'est pas lié à un flux de chaleur important. Nous avons également vu que la mise en place des hydroxydes de fer n'est pas accompagnée de cristallisation. Les fluides géothermaux à l'origine de ces dépôts étaient donc moins chauds que ceux de la première phase.
Il faut donc envisager un changement des conditions physico-chimiques d'un stade à l'autre ou tout simplement l'existence de deux réservoirs différents comme semble l'indiquer le "retour" à un fluide géothermal chaud dans la dernière phase.
La géochimie des eaux de la région va permettre de pouvoir discuter ces deux hypothèses (rapport F. Iundt, BRGM, à paraître). - 17 -
4 - REMARQUES
Des sondages de gradient (fig. 5) conduits par la société Eurafrep (Surcin, 1969 ; d'Archimbaud et Surcin, 1970) permettent de mettre en évidence une anomalie thermique centrée à l'Est du Cohé du Lamentin, c'est-à-dire dans la partie la plus septentrionale du panneau de Petit Bourg. Un gradient de 3,1°C/1O m a été mesuré dans le forage LA 10, probablement implanté sur le bord du panneau, le long d'un accident NW-SE. Cette valeur apparaît de plus inexacte, la nappe du Lamentin jouant, dans le cas de ce forage, le rôle d'un écran chaud (Verzier, Westercamp, 1982). Les sondages Eurafrep n'ont probablement mesuré qu'une anomalie thermique superficielle.
Plus au Sud, les mesures donnent un gradient nul, des circulations d'eaux superficielles refroidissant probablement le système (présence de la nappe d'eau du Lamentin - cf. fig. 5). Un seul sondage a été effectué dans le panneau de Rivière Salée. Ce sondage S2, pourtant situé à l'extrême Nord du panneau, montre un très fort gradient : l,8°C/10 m. Cette donnée, qui va dans le sens des résultats présentés ici, suggère l'existence éventuelle d'une forte anomalie thermique localisée sur le panneau tectonique de Rivière Salée.
5 - CONCLUSION GENERALE
L'étude tectonique du Lamentin conduit à considérer le compartiment nord du panneau tectonique de Rivière Salée comme le plus intéressant du prospect.
Nous avons vu la situation privilégiée de cette zone initialement fracturée qui a ensuite fait l'objet d'un important effondrement, ayant permis le stockage puis la montée en surface de magmas différenciés récents. La dislocation engendrée dans cette zone a également permis la remontée des fluides géothermaux. L'étude des minéralisations hydrothermales suggère l'existence de plusieurs époques de mise en place. Cette région a donc été soumise de façon continue à l'action de fluides chauds. Les travertins siliceux sont caractéristiques d'eaux à haute température, supérieure à 180°C (F. Iundt, BRGM, 1982). Elle possède probablement le gradient de température le plus élevé de la région et, d'une manière générale, de bons indices de l'existence d'un réservoir géothermique. 'Vf
FIG. 5 LOCALISATION DES SOURCES CHAUDES DES POINTS DE FORAGE ET DES ANOMALIES DE MERCURE DANS LA REGION DU LAMENTIN
JKm.
Anomalies de mercure FORT- • Points de forage O Principales sources chaudes DE-FRANCE
BAIE DE FORT
LES TROIS-ILETS - 19 -
IV - LE MORNE ROUGE - 20 -
1 - STRATIGRAPHIE DES FORMATIONS EN PRESENCE (Fig. 6)
1.1. - LES FORMATIONS BORDIERES DE LA CUVETTE DE CHAMP FLORE
1.1.1. - Les andésites sombres du Morne Jacob d'âge compris en k et 2 MA
Les coulées d'andésite sombre du Morne Jacob forment le soubassement du secteur étudié. Elles affleurent principalement à l'Est de la cuvette de Champ Flore (Morne Jacob, Morne la Piquonne et Crête du Cournan). On les retrouve à l'Ouest (Morne Balisier) et au Sud (Morne Montauban). Les laves généralement aphyriques ou subaphyriques forment d'épaisses coulées.
On distingue, par ordre d'abondance dans ces laves, les minéraux suivants : plagioclase, clinopyroxène, orthopyroxène, olivine et des minéraux opaques. Nous verrons que des phénomènes d'altération secondaire transforment parfois la para- genèse de ces roches.
Ces roches, qui appartiennent au domaine calcoalcalin, montrent une chimie
très constante d'un emplacement à l'autre (MC 127 et MC 128) : SiO2 # 6O %, MgO # 2,8 %).
A l'extrême Ouest, entre Habitation Morne Etoile et Habitation Grand Réduit, le soubassement est constitué de l'empilement de brèches conglomératiques.
Dans le cadre de cette étude, deux nouvelles datations K/Ar ont été effectuées (Baubron, BRGM, 1983) dans les coulées d'andésite sombre. Le Morne Balisier (MC 127) et les laves qui affleurent au Sud-Ouest dans la région du Quartier Parnasse (MC 128) montrent des âges très proches : respectivement 2,66 MA et 2,68 MA.
1.1.2. - Les andésites claires et les dacites des Pitons du Carbet vers 1 MA
Au Sud de la cuvette de Champ Flore, les témoins de l'activité du volcanisme des Pitons du Carbet sont les reliefs du Morne Fumé, Morne La Croix et du Piton Gelé. Dans cette zone, n'affleurent que des faciès massifs, les formations pyroclastiques correspondant à cette phase d'activité n'étant pas représentées. Ce sont des dômes et des dômes-coulées de dacite et d'andésite à hornblende et quartz.
Nous verrons que des blocs et des galets de dacite appartenant à cet édifice sont retrouvés interstratifiés dans les formations volcanosédimentaires plus récentes de la cuvette de Champ Flore. Pétrographiquement, ces laves sont bien reconnaissables grâce à la présence de gros phénocristaux de quartz (certains peuvent être centimétriques). FIG.6 CARTE GEOLOGIQUE SIMPLIFIEE REGION DE CHAMP-FLORE MORNE-ROUGE (d'après D. Westercamp)
1 2 3Km.
Produits de l'édifice récent de la Montagne Pelée
Formations sedimentares du lac de Champ-Flore
Produits de l'édifice intermédiaire de la Montagne Pelée LE PRECHEUR Cendres indurées
Produits de l'édifice ancien de la Montagne Pelée
Dacites des Pitons du Carbet
Andésites sombres du Morne Jacob
Failles
S*. PIERRE - 22 -
1.1.3. - Les produits de l'édifice ancien de la Montagne Pelée
Des lahars appartenant à l'édifice ancien de la Montagne Pelée sont visibles au Nord-Ouest du secteur étudié. Ils sont formés principalement de blocs d'andésite grise à hypersthène.
Au Nord-Est de Champ Flore, l'ancienne Pelée s'édifie sous forme de coulées pyroclastiques indurées à soudées. Ces dernières forment des pentes douces (Savane Simonet, Savane Périnelle) qui s'enfoncent sous les formations plus récentes de Champ Flore.
1.2. - LES FORMATIONS DE LA CUVETTE DE CHAMP FLORE
Dans la cuvette de Champ Flore, on distingue de bas en haut :
1.2.1. - Des argiles très fines
Elles sont de teinte, gris-bleue de type lacustre. La nature réductrice de ces dépôts a permis la conservation de bois interstratifié à différents niveaux. Ces argiles sont bien visibles à l'altitude de 43O-44O m à plusieurs emplacements :
. Rivière François en amont de l'Habitation Mackintosh, . à proximité de l'Habitation Petite Cécile, . sous le Morne Essentes.
Sur ces argiles lacustres, repose un niveau de tourbe épais d'une vingtaine de centimètres.
1.2.2. - Des cendres plus ou moins indurées
La majeure partie de ces produits explosifs se présente à l'affleurement sous forme de faciès remaniés sur pente.
Par contre, sur les hauteurs qui bordent la cuvette, ils sont régulièrement stratifiés avec des niveaux plus ou moins épais suggérant une mise en place par retombées aériennes (Morne Balisier et Morne Chalvain). La puissance totale de ces retombées peut atteindre 6 à 8 m dans certaines zones, mais l'érosion rapide rend souvent l'évaluation des épaisseurs difficile. Ce sont principalement des niveaux à matrice de cendres libres formés de fragments fins de ponces, de lithiques et de cristaux. Ces produits montrent une induration postérieure à leur mise en place.
Dans la matrice cendreuse de granulométrie très fine (1/8 mm à 2 mm) sont emballés des blocs de ponces et des fragments lithiques plus grossiers (2 mm à plusieurs centimètres). Les blocs de ponces peu vésicules montrent la minéralogie suivante : plagioclase, orthopyroxène, clinopyroxène, hornblende verte et minéraux opaques. - 23 -
Les fragments lithiques sont variés et constitués d'andésites sombres type Morne Jacob et d'andésites claires prophyriques à hornblende.
Certains niveaux se caractérisent par une abondante proportion de fragments lithiques (près de 80 %, estimation à l'affleurement). La granulométrie des fragments lithiques est alors relativement homogène d'un niveau à l'autre. Certains niveaux sont constitués de fragments de taille décimétrique tandis que d'autres montrent des blocs de faible granulométrie, de l'ordre du centimètre ou du millimètre. Jamais aucun bois carbonisé n'a été échantillonné dans ces dépôts.
La faible granulométrie de cette formation (mise en place par retombées aériennes) ainsi que la présence de fragments lithiques arrachés au substratum, suggèrent l'existence d'un violent dynamisme éruptif qui pourrait être dû à des arrivées d'eau dans l'appareil.
Cette formation cendreuse, qui affleure dans la cuvette de Champ Flore, n'a, d'après les levés géologiques de D. Westercamp, jamais été reconnue autre part sur l'île.
On peut alors envisager l'existence d'un appareil volcanique enfoui dans la cuvette, mais les diverses campagnes géophysiques viennent infirmer cette hypothèse.
Un doute subsiste quant à l'origine de ces dépôts. Toutefois, leur origine, très probablement extérieure à la cuvette, conduit à éliminer l'hypothèse d'une source de chaleur à l'aplomb de Champ Flore.
1.2.3. - La nuée ardente de Fond Marie Reine
Dans la partie occidentale de la cuvette de Champ Flore, des nuées ardentes appartenant à l'édifice intermédiaire de la Montagne Pelée sont venues recouvrir les dépôts cendreux précédemment décrits. Vers le Sud-Ouest, ces nuées barrent la rivière Capot et un lac -le lac de Champ Flore- se forme en amont.
1.2.4. - Les formations volcanosédimentaires du lac de Champ Flore
Dans le lac de Champ Flore, se déposent des argiles sableuses très fines, homogènes de bas en haut, exceptée la présence des passées tourbeuses. A la base de ces argiles lacustres, sont visibles des niveaux à gros galets jusqu'à plusieurs dizaines de centimètres de diamètre (notamment des galets de dacites des Pitons du Carbet). La taille des blocs ainsi que l'importance de ce remplissage (visible sur plusieurs kilomètres carrés) laissent supposer l'existence d'une importante phase de démantèlement peu avant la mise en place du lac. Nous verrons qu'il s'agit d'effondrements selon des failles normales orientées NW-SE et N-S. - 24 -
1.2.5. - Les produits de l'édifice récent de la Montagne Pelée
L'édifice récent de la Montagne Pelée commence à se mettre en place il y a 13 5OO ans environ, après une période de repos de l'ordre de 6000 ans (cf. la carte géologique à 1/20 000e du volcan - Westercamp, Traîneau, BRGM, 1983).
Le volcan alterne des éruptions de type plinien à ponces et des éruptions péléennes à nuées ardentes. Ces produits sont surtout visibles dans la partie septen- trionale de la cuvette de Champ Flore. Il s'agit principalement des nuées ardentes de Balisier Calave, de Morne Rouge et de la coulée de ponce P3.
Sur le reste de la zone étudiée, affleurent, sur de faibles épaisseurs, des produits ponceux mis en place par retombées aériennes résultant des éruptions pliniennes successives.
2 - LA TECTONIQUE DE LA REGION DE MORNE ROUGE (Fig. 6)
Les systèmes de failles reconnues dans la région de Morne Rouge montrent beaucoup de similitudes avec les systèmes de la région du Lamentin. On peut en effet mettre en évidence les directions suivantes :
. des failles NE-SW (et NNE-SSW),
. des failles NW-SE,
ces deux directions constituent des systèmes majeurs ;
. des failles N-S,
cette dernière direction est plus ancienne mais semble encore contrôler pour une bonne part l'évolution tectonique dans la région.
2.1. - LES FAILLES NE-SW
Des failles orientées NE-SW reliant St Pierre et la Pointe Raisiniers séparent le bloc Pelée du reste de la Martinique. Les travaux de D. Westercamp ont montré l'importance de cette direction tectonique. Une "marche d'escalier", haute d'une centaine de mètres à certains endroits, a pu être mise en évidence grâce à l'étude des écoulements pyroclastiques. Ces derniers sont en effet repoussés vers le Nord au fur et à mesure que s'accroit l'enfoncement relatif du bloc Pelée par rapport au bloc Martiniquais central.
La complexité de ce mouvement effondrant et cisaillant auquel s'ajoute la diversité des matériaux tectonisés (pyroclastites et coulées de laves) amènent la formation d'un système complexe de failles plus ou moins parallèles (cf. carte). - 25 -
A l'Est d'Ajoupa-Bouillon, les failles sont orientées NNE-SSW et tendent à prendre une direction N-S. Il est probable que ce changement de direction soit lié à une réactivation des fractures N-S plus anciennes.
Dans la partie méridionale de la région étudiée, on retrouve la direction de fracturation NE-SW. Ces failles sont très spectaculaires de part et d'autre du bourg de Fonds Saint Denis et sont à l'origine de la vallée très encaissée de la rivière du Carbet.
2.2. - LES FAILLES NW-SE
Le Mont Conil, la Montagne Pelée, les Pitons du Carbet ainsi que la région de Champ Flore-Morne Rouge sont situés sur l'axe du volcanisme récent. Cet alignement volcanique est principalement contrôlé par l'activité de failles normales orientées NW-SE.
Les accidents transverses NE-SW présents sur la totalité de l'île découpent l'alignement volcanique en plusieurs tronçons. Le tronçon qui fait l'objet de cette étude (Champ Flore-Morne Rouge) est ainsi limité au Nord et au Sud par les accidents transverses précédemment décrits.
L'importance de l'accident transverse nord, ainsi que la disparité des âges obtenus par datation absolue entre les produits du tronçon Pelée et ceux du tronçon Morne Rouge semblent indiquer que chacun des deux tronçons est indépendant de l'autre. Cette hypothèse conduirait alors à considérer la zone Champ Flore-Morne Rouge comme un système totalement isolé du bloc Pelée. Cette question sera réexaminée plus loin à la faveur des données relatives aux minéralisations hydro therm a les.
La dépression de Champ Flore est, comme au Lamentin, liée à une tectonique d'effondrement, c'est-à-dire liée à la mise en place d'un graben. Ce graben montre une géométrie plus complexe que celui du Lamentin. En effet, l'effondrement s'effectue selon les failles normales de direction NW-SE ainsi que le long de failles normales orientées N-S. Ces deux types de fractures forment des relais en échelon (cf. carte). La direction N-S n'est pas spécifique du graben mais a rejoué fortement lors de la phase tectonique responsable de la naissance des failles NW-SE.
Le graben de Champ Flore montre, outre sa morphologie complexe, une dissymétrie importante d'un flanc à l'autre. Il possède en effet, à sa bordure est, des failles bien marquées avec d'importants rejeux apparents, de l'ordre de la centaine de mètres (Crête du Cournan). Le flanc ouest est par contre moins bien développé. Il n'apparait nettement que dans la région du Morne Balisier.
2.3. - LES FAILLES N-S
Comme au Lamentin, la tectonique d'orientation N-S, bien qu'ancienne, semble jouer un rôle prépondérant dans l'évolution de la région, puisqu'elle influe fortement sur le mode d'effondrement du graben. - 26 -
Ces failles, très denses dans la partie méridionale, semblent donner au graben un sens d'allongement N-S dans la région du Quartier Champ Flore (cf. Gérard et al, 1980).
Dans la partie Ouest de la région étudiée, le cours de la Rivière Grand-Fond très encaissé et très rectiligne semble être contrôlé par un système de failles E-W, bien qu'il n'existe aucune évidence directe de ces dernières. Dans cette région, les vallées bien marquées ont canalisé les divers écoulements pyroclastiques vers l'Ouest.
Il est probable que cette région serve également de déversoir vers la mer à une partie des eaux souterraines infiltrée dans le vaste bassin versant que constitue la cuvette de Champ Flore.
2.4. - CONCLUSION A L'ETUDE TECTONIQUE
L'étude tectonique a montré que la région de Champ Flore est située au croisement des failles NW-SE, N-S et, en moindre mesure, NE-SW. Cette particularité peut rendre cette région a priori intéressante d'un point de vue géothermique, d'autant plus que des processus d'effondrement ont permis l'installation d'un graben. Mais, contrairement à la région du Lamentin, aucun produit volcanique n'accompagne sa mise en place. Il ne serait donc probablement pas dû à une tectonique profonde, ayant permis la remontée de produits magmatiques (depuis la profondeur).
3 - LES MINERALISATIONS HYDROTHERMALES
3.1. - REPARTITION (Fig. 7)
Comme dans le prospect du Lamentin, une cartographie des minéralisations hydrothermales a été effectuée. Elles se mettent en place à la faveur des grands accidents NW-SE et N-S et en moindre mesure NE-SW.
L'étude de terrain semble indiquer une seule phase de minéralisation. Il s'agit essentiellement de dépôts siliceux et de pyrite et en moindre mesure d'argile. Ces minéralisations sont surtout visibles dans la partie méridionale de la zone étudiée, c'est-à-dire au sein des andésites du Morne Jacob (voir carte de répartition).
Au Nord, les observations deviennent plus difficiles par suite des recou- vrements dûs aux éruptions récentes de la Montagne Pelée.
Il apparaît toutefois que les minéraux d'altération sont présents au sein des formations de cendres indurées mises en place il y a au moins 40 000 ans (Rivière Madame entre Quartier Champ Flore et Quartier Fond Marie Reine). Dans ces matériaux meubles, la progression des fluides hydrothermaux plus diffuse, ne laisse que peu de traces. , FIG. 7 LA TECTONIdUE ET LES MINERALISATIONS HYDROTHERMALES DE LA REGION DE MORNE-ROUGE
3Km. MONTAGNE Argile • Pyrite
Travertin siliceux ••* Filon de silice
LE PRECHEUR
MORN RIXJGE
Sf. PIERRE - 28 -
3.2. - OBSERVATIONS MACROSCOPIQUES
Les minéralisations siliceuses se présentent, comme au Lamentin, sous deux formes : des travertins et de l'opale (ou calcédoine). Les travertins sont plus fréquents que l'opale. Ils sont trouvés à proximité immédiate des accidents de direction NW-SE, dans la partie SE du prospect, entre Quartier Propreté et Petit Paradis (fig. 7 ). Ils forment à l'affleurement de petits monticules très érodés témoignant de l'activité de sources thermales. Dans la rivière d'Argent (altitude 405 m), les mylonites formés par le jeu des failles NW-SE sont cimentées par ces travertins. L'opale (ou la calcédoine) se trouve en remplissage de fissures ou de vacuoles dans la roche mère.
L'échantillonnage effectué a aussi permis de mettre en évidence, dans la partie SE du prospect, de la pyrite. Elle se présente en placage dans la roche. Elle est très abondante dans les andésites sombres de la rivière Blanche. La pyrite peut également être trouvée noyée dans la masse des travertins et des filons de silice amorphe témoignant alors d'une origine à partir d'un même fluide hydrothermal.
Les argiles d'origine hydrothermale surtout visibles au microscope (cf. paragraphe suivant) sont présentes sur la totalité du prospect.
3.3. - OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES
Un total de 21 lames minces a permis d'observer les effets des fluides hydrothermaux sur les roches constituant le soubassement de la cuvette de Champ Flore, c'est-à-dire essentiellement les andésites sombres du Morne Jacob.
Il apparaît que l'hydrothermalisme provoque, comme au Lamentin, la néoformation d'un minéral argileux au sein des roches hôtes. Cette argile est le plus souvent cristallisée et forme de petites lamelles. Elle est incolore à vert brunâtre plus ou moins foncée selon les échantillons.
La néoformation de cette argile semble libérer de la silice puisqu'on trouve très souvent en association des microfilonnets de . quartz et/ou de calcédoine cryptocristallins.
L'étude des lames minces confirme ainsi l'existence de zones peu hydro- thermalisées dans la région septentrionale (Morne Rouge, Morne Balisier) et des zones plus hydrothermalisées à l'extrémité SE de la région étudiée.
Au Nord, les andésites sombres sont saines et montrent une minéralogie stable. On peut toutefois signaler de temps à autre, au sein des roches du Morne Balisier, la présence de petits pointements argileux dans la pâte et de microfilonnets de silice.
Plus au Sud, la quantité d'argile et de silice augmente dans les roches (ces deux phases minérales sont souvent en association avec la pyrite). Dans l'échantillon MC 83, prélevé à proximité de l'Habitation Mackintosh, les phénocristaux (de pyroxenes) sont même déstabilisés en argile. - 29 -
Dans l'extrême Sud, outre la déstabilisation des pyroxenes, il y a recristal- lisation des phénocristaux de plagioclase en une mosaïque de petits cristaux de quartz engrenés les uns dans les autres (MC 35, MC 104). De l'épidote a été observé en lame mince dans cette zone (rapport BRGM 82 SGN 192 GTH).
A l'Ouest du Quartier Champ Flore (Quartier Parnasse, Savane Liotier), les phénomènes hydrothermaux sont peu développés. L'état d'altération des roches est comparable à celui des roches du Morne Balisier, c'est-à-dire présence de temps à autre de microfilonnet de silice. De la pyrite a toutefois été observée dans l'échantillon MC 107 prélevé dans la rivière Grand Fond (altitude 340 m).
3.4. - CONCLUSION SUR L'HYDROTHERMALISME
L'étude hydrothermale de la région du Morne Rouge permet de délimiter deux zones :
. au Sud-Est, une zone minéralisée (silice + pyrite + argile). Ces minéralisations vont en augmentant en direction des Pitons du Carbet (D. Westercamp, rapport BRGM 82 SGN 192 GTH) ;
. au Nord-Ouest, une zone peu minéralisée ou seule est présente une argile en association avec quelques microfilonnets de silice.
Dans chacune des zones considérées, il n'y a qu'une seule phase de minéralisation, probablement déjà ancienne. Les minéralisations montrent d'impor- tantes marques d'érosion.
Les minéralisations hydrothermales semblent, contrairement au Lamentin, être moins dépendantes des structures du graben NW-SE (les limites des aires de minéralisation sont transverses au sens d'allongement du graben). - 30 -
4 - CONCLUSION GENERALE
La présente étude semble montrer que le tronçon Montagne Pelée et le tronçon Champ Flore-Morne Rouge sont deux systèmes géologiques différents. L'absence, ou plutôt la rareté, des minéralisations hydrothermales dans la partie nord de la région étudiée est un argument important pour rechercher la source de chaleur, non pas au Nord au niveau de la Montagne Pelée, mais beaucoup plus au Sud.
Cette source de chaleur pourrait être liée à la mise en place des Pitons du Carbet, la remontée des fluides chauds se faisant à la faveur des failles NW-SE responsables de l'effondrement du graben (l'âge du graben est proche de celui des Pitons).
Les résultats de la prospection des teneurs en mercure dans les sols sont en accord avec les résultats présentés. Les anomalies de mercure uniquement détectées à proximité immédiate des Pitons illustreraient la présence d'un dôme de chaleur en cours de refroidissement (les Pitons sont datés à 1 MA).
En conclusion, les indices de l'existence d'un réservoir géothermique ne sont pas aussi évidents que dans la région du Lamentin. Toutefois, la réelle potentialité géothermique de la région ne pourra être discutée qu'à la lumière des données géochimiques et géophysiques (programme 1984). - 31 -
BIBLIOGRAPHIE - 32 -
ANDREIEFF P., BELLON H-, WESTERCAMP D. (1976) - Chronometrie et stratigraphie comparée des édifices volcaniques et formations sédimentaires de la Martinique. Bulletin du BRGM, section IV, n° k.
CORMY G., DEMIANS D'ARCHIMBAUD J., SURCIN J. (1970) - Prospection géothermi- que aux Antilles Françaises, Gaudeloupe et Martinique. In : U.N. Symposium on the Development and Utilization of Geothermal Resources, Pisa 1970, 2, part 1. Geothermics Spec. Issue, 2 (1).
GERARD A., WESTERCAMP D., BOUYSSE Ph., DUBREUIL G., VARET J. (1981) - Etude géophysique préliminaire à une évaluation du potentiel géothermique des Antilles Françaises (Martinique-Guadeloupe). Documents du BRGM.
IUNDT F. (1982) - Prospection des teneurs en mercure dans les sols de la Martinique. Rapport BRGM 82 SGN 1O33 GTH.
ROSTOV I. (1969) - Zoning in the development of the volcanogenic zeolites. N. Jb. Miner. Abh., Ill, 3, pp. 264-278.
ROSTOV I. (1970) - Tectono-magmatic significance of zeolites in the Srednogorian zone and the Rhodopes. Bulgarian Academy of Sciences. Geochem. Miner, and Petro., Vol. XIX, pp. 235-241.
MARINELLI G. (1968) - Rapport sur les formations volcaniques de la Guadeloupe et de la Martinique et sur leurs altérations. EURAFREP Co. (non publié).
RANÇON J.Ph. (1981) - Les minéraux hydrothermaux : une application possible dans l'exploration et le développement de la géothermie dans l'île de la Réunion. In Evaluation du potentiel géothermique de l'île de la Réunion. Géologie et Géophysique. Rapport BRGM 81 SGN 669-GTH.
RANÇON J.Ph. (1982) - Contribution à l'étude des minéralisations hydrothermales liées à un système géothermique récent dans l'île de la Réunion. Thèse 3ème cycle, Université Paris XI, 225 p.
RANÇON J.Ph. (1982) - Les minéralisations hydrothermales : un guide pour la prospection géothermique du Massif du Piton des Neiges. Rapport BRGM 82 REU 27.
VERZIER P., WESTERCAMP D. (1982) - Aspects hydrogéologiques des zones du Lamen- tin et du Morne Rouge. Rapport BRGM 82 SGN 1O33 GTH. - 33 -
WALKER G.P.L. (1960) - Zeolites zones and dyke distribution in relation to the structure of the basalts of Eastern Iceland. Journal of Geology, 68, pp. 515-527.
WESTERCAMP D. (1972) - Contribution à l'étude du volcanisme en Martinique. Thèse 3ème cycle, Université de Paris Sud, Orsay, 278 p.
WESTERCAMP D. (1976) - Pétrologie de la dacite à grenat de Gros Ilet, Martinique, Petites Antilles Françaises. Bulletin du BRGM, section IV, n° 4.
WESTERCAMP D., MERVOYER B. (1976) - Les séries volcaniques de la Martinique et de la Guadeloupe. Bulletin du BRGM, section IV, n° 4.
WESTERCAMP D. (1978) - Une contribution à l'évaluation du potentiel géothermique de l'île de la Martinique : relations entre les phénomènes hydrothermaux anciens et récents et les structures volcano-tectoniques profondes et de surface. Rapport BRGM 78-ANT-33.
WESTERCAMP D. (1979) - Diversité, contrôle structural et origines du volcanisme récent dans l'arc insulaire des Petites Antilles. Bulletin BRGM IV (3/4), 211-226.
WESTERCAMP D., TAZIEFF H. (1980) - Guide géologique régional (Martinique et Guadeloupe). MASSON (1980).
WESTERCAMP D. (1981) - Distribution and volcano-structural control of zeolites and other amygdale minerals in the island of MARTINIQUE. FWI. Journal of volcanology and geothermal research 11 (1981), 353-365.
WESTERCAMP D. (1982) - Premiers éléments vers la sélection de sites géothermiques en Martinique. Rapport BRGM 82 SGN 192 GTH.
WESTERCAMP D., TRAINEAU H. - Carte géologique de la Montagne Pelée, 1/20-000, BRGM, 1983.
WESTERCAMP D. - Carte géologique de l'île de la Martinique, 1/50 000, BRGM, (à paraître). - 34 -
ANNEXE - 35 -
BUREAU DE RECHERCHES GEOLOGIQUES ET MINIERES S e r v ice Géologique National
Departement M. G. ñ. Section Isotopes N-'Ref :M 43S6 Demandeur : Chauve 1 on V.-Ref : Provenance : Mart i ni que
RESULTATS H-ETUDES
GEOCHRONOLOGY
Identifie r o f t h e s- am p 1 e MC 21 to-;: 1 Radiogenic argon 4 S,m oies g-1 : QS8E-11 40 fi r,s p i k e c o rre c t ed,mo 1e s g-1 : 642E-16 36 fir,spike corree ted,mo 1 es g-l: 797E-13 Radiogenic '/.'. 12.71 Convent i onal T,18 E 6 years: 8 1-1 --i
Identifie r o f t he s am p1e MC 64 Ky.: 1.0Le1u Radiogenic argon 49,mol es g-l: 2.3S2E-11 40 fir,spike corree ted,mol es g-l: 1.020E-10 36 fit-,fit-,sp spik ..e. .corree ted, mol es g-l: 2.631E-13 Radi ogeni c ':: 23. 18 Conventional T,10 E 6 years: 13.44
Identifier of the sample : MC 64 K>;: 1.01 Radiogenic argon 40,mol es g-l: 3.5Ö3E-11 40 fir,spike corrected,mol es g-l: 1.148E-10 36 fir,spike corrected,mol es g-l: 2.675E-13 Radiogenic '/.'. 30.57 Conventional T,10 E 6 years: 19.39 - 36 -
I dent if i er of tht sa MC 127 K:.: 1.55 Radiogenic argon 48,mole; g-l: 7.169E-12 48 fir,spik e corree ted,mol es g-l: 9.794E-12 36 fir, spike correct ed, mol es g— 1 : S. 5? IE-15 •Radiogenic % 1 69.17 Conventional T, 1C E 6 years :
I d e n t i f i e r o f t. h * s am p 1 s MC 127
F\ '• a 1 a •-' •_• Rad i ogen i c argon 48, mo les- g- 1 r 6.32QE-12 46 fir,spike corree ted,mol es g-l: 9. 135E-12 36 fir,spike corrected,mol es g-l: 7.S24E-15 Radiogenic ''.'. 69.63 Convent i onal T, 1 0 E 6 years: 2.53
I d e n t i fi e r of t h e sam p1e MC 128 KÎÎ: 1.2 Radiogenic argon 48,mol es g-l: , 575E-12 46 fir,spike corrected,mol es g-l: , 6S9E-11 36 fir,spike corree ted,mol es g-l: , 196E-14 Radiogenic ":: 28.28 Convent i onal T,1Û E 6 years: :.68
Errors on the age are when radiogenic percent is > 78 7 > 4@, < 78 20 :•; > 28, < 48 58 X > 18,< 20 78 % > .5, < 18 Orleans le,
J-C Eaubron
BP 6889 F-45860 Orleans Cedex Tel :<38>638801 Telex:ERGM fi 788258 F
fiNRLYTlCfiL UNCERTfilNTIES
Minerals or whole rocks samples of .1 to 1 g(.3 to .6 mm) were heated for two to four days at 158 oC in a hight vacuum Pyrex line, flrgon was extracted with a high-frequency oven and purified with 2 fil<'Zr traps. The i sot op i c ratios were measured with a VG-MM 1288 mass spectrometer working in static, The spike is a 99.Sï. 38 fir. Potassium was titrated by fifi.spectrophotometry. The constants used are those of the 25 th. IGC. DfTE Ol/O?/83
ANALYSES GENEF:-V¡_E3 PAR FLUORESCENCE X
ECH NO SIO2 AL2O2 FE203 FEO CAO MGO NA20
ÍC21 57.20 IS , 13 2. 12 5.39 1 . ¿9 2.75 iC64 55.28 17.26 3 . OV 6.O7 7.52 3. 19 2.59 MC1O5 53,22 17,56 2.55 4,31 7.24 3 . O3 2.18 ÍC1O8 5O.67 14.'>6 1C.4O O. 22 7 .96 2.62 O. 82 ICIO? 61,17 17.15 4 , 91 1.94 6.42 2,45 3.42 ICI 17 58, OÍ 19 .30 4.28 i .69 7 .53 1 .78 2 .96 "¡C127 59 . 7-5 16. ñO 5, 37 *"* • 12 5.37 2.S7 2. 74 *1C128 59.95" 16.31 3.44 3.88 5.87 2.79 2.73 -ÍC13O 58.63 17.32 5.62 1 . 94 ÍJ : 74 3 .20 2, 47 ICI 31 56.9V ' 17 .51 4.Ó1 3.O5 7.45 3.64 2.47 *iC132 57.11 ' 1 7 . tric? 3.06 4 . 45 7.23 3. 69 2.35 •1C133 56.95 1 7 . 34 4, 97 2 .55 7 .06 3 . 28 2.51 "1C134 59. 31 . 17 .06 4 . 47 2.3 5 6.91 3, O4 2.39
£CH NO K2D 102 F 2 05
*1C21 1 . A2 14 O. 9O O « 21 2 . 73 1CÓ4 1 .OS O 18 0 . 9 O O , 12 1 .67 -•C1O5 1 ,33 r> , •Ï s. C .73 O, O 9 r¡ 15
iCIOS O. 27 '•> . 12 " 1 .OÍ -1 r 1O 11 . 11 •ICIO« 1 , 0-- 1 i O, Í2 to ^59 -ÎC117 1 .32 O , 1O O. 59 0 . O7 ,82 "ÍC127 l. é^ /\ 12 O. 67 0 . -t 2_ •1C128 1 .69 O. 13 0.69 o. 11 1 .55 jr -i 30 1 , 53 o. 11 - ^ * -^ £ C- .oe . Oó -ÍC131 1 .32 o. 14 0.60 0 . O7 .-3B 1C132 1.-ÄO o. 14 O . 5 9 0 4 07 • .20 •1C133 1.3-1 o. 1*3 O. 65 0 , O 7 1 ,79 "¡C134 1 .72 0. 12 O.6C . 0. OS 1 .97 FIG. 8 CARTE D'ECHANTILLONNAGE DE LA REGION DU LAMENTIN
3Kat
MC89,90
FORT- DE - FRANCE MC67,68,69l70,71.72,73. 4.75.76.77.78.79.80.81.82
LES TROIS-ILETS
. MC112 MC113 vO>
FIG. 9 CARTE D'ECHANTILLONNAGE DE LA REGION DU MORNE ROUGE MONTAGNE i 3Ka.
LE PRECHEUR
MC58
MC122 MC121 MORN
ROU.&E #MC127 . MC63 MC93 .MC60
. MC109 . MCS9 m MO6 .MC116 • HC11° .MC37 .MC117 .nan /IC97 * MO9 MC128 .MC98 MC62. .MC61 . MC108 .MC99 MC107 .MC101.MC103 .MC104 #MC102 Sf. PIERRE •aaaaaa •BBBaaa aaaaaaiaaaaaaaaaHBiHiMiaaa>aHHaH>aaf>NHataaaamtaaaaaaaaaaaaa>aaaaaaaaaa*aa>aaiiai aaiaaa •aaBB •aaiaia • ••••a
•aaa i •••• • •aaaa a ••BB •a »i laaaaaaaaaaataaaiaaaaaaaai aa a aa aaaa ••aaaaaaa aaaaa aaa a •••••••••••••••••a•••••••••• Ba • BB Baaa ••• aaa • ••• a BBB aaaa a BBB ••aaaaaaaaaaiaaaiaaiaaiaaaaaai •>• aiaa aaa a •aaaaaa ••••••••••••••••••••••i aaa aaaa aaaaaaa a aaaa ana laaMaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaitaai •>• aaaa aaaaaa • a . *a»a a •aaaaaa B BBBBBI •aaaaaaiaaa ••••ala •aataaanauaafaanaa a aa naaaaaaaaaa BBBB • a Baaaaaaaaa •a a a»a«aaaaaaaa»aaaiaaaaaaaaa a BB maataaaaaa •••*
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