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Sur le mecanisme de formation de la schistosite dans l'himalaya
Earth and Planetary Science Letters, 28 (1975) 144-154 © Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam - Printed in The Netherlands
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SUR LE MECANISME DE FORMATION DE LA SCHISTOSITE DANS L'HIMALAYA MAURICE MATTAUER
D~partement des Sciences de la Terre, Universit~ de Montpellier, Montpellier {France) Rdvision reque le 18 aofit, 1975
After recalling briefly the major geological characters of the Nepal Himalayas and the global evolution of the ttimalayan chain we stress the importance of three dominant and remarkably constant tectonic features in this chain: (1) a huge overthrust is seen everywhere to entail a visible throw of more than 100 km; (2) a shallow dipping cleavage develops over an observable thickness in excess of 15 km; and (3) in the underthrusting slab the stretching lineation keeps a similar direction constantly perpendicular to the local trend of the chain. We suggest that these features, especially the cleavage, can be explained in terms of a simple mechanical model, namely sunple shear on a crustal scale. This clearcut case could be used as a model for the origin of flattish cleavages in many orogens. After discussing other modes of formation for such cleavages (diapiric intrusion, extension) we show that the Himalayan model could apply to other chains. Apr~s avoir situ6 ta cha•ne de l'Himalaya dans son cadre g~n~ral et rappelfi les grands traits de son 6volution g6ologique au niveau du N@ai, nous montrons que cette chatne est essentiellement caract~ris~e, au point de vue structural, par: (1) un tr~s grand chevauchement, ayant une fl~che visible de plus de 100 kin; (2) le d~veloppement sur une @aisseur visible de plus de 15 km de schistositfi ~ pendage faible, et (3) l'existence, sous le chevauchement, d'une tr~s nette lin~ation d'allongement ayant une direction proche de Nord-Sud, c'est-~-dire perpendiculaire 5 la chaine. Dans ces conditions il apparait que le mdcanisme de formation de la schistosit~, correspond ~ du cisaillement simple se produisant '~ l'6chelle de l'6corce. Cet exemple assez clair conduit A se demander si l'on peut interprfiter les schistositfis subhorizontales de beaucoup de chaines suivant ce module himalayen. Apr~s avoir examin~ les autres modes de formation de schistosit6 fi pendage faible (distension et diapirisme) il apparait que le mod+le himalayen dolt ~tre assez facile A tester. I1 semble qu'il se rencontre dans plusieurs autres chabaes.
1. Introduction
publi6s sur l ' H i m a l a y a et e n u t i l i s a n t des o b s e r v a t i o n s que n o u s avons pu faire au Ndpal, au cours d ' u n e c o u r t e mission dans le m a s s i f de l ' A n n a p u r n a .
La c h a f n e de l ' H i m a l a y a est e s s e n t i e l l e m e n t caractdris6e, au niveau d u Ndpal, par u n 6 n o r m e c h e v a u c h e m e n l d o n t la fl+che visible a t t e i n d 100 k m et qui est sans c o n t e s t e le plus s p e c t a c u l a i r e c h e v a u c h e m e n t c o n n u . Or, h ce c h e v a u c h e m e n t , d o n t l'allure d ' e n s e m b l e est tr~s simple, est associ6e, sur u n e 6paisseur visible de plus de 15 k m , u n e schistosit6 o u u n e f o l i a t i o n subhorizontale.
2. Les g r a n d s traits d e la c h a i n e de l ' H i m a l a y a au
niveau du Nepal A r g a n d [1 ] et Wegener [36] s u p p o s a i e n t il y a d4j/l plus de 50 ans que la c h a i n e de l ' H i m a l a y a 6tait
C o m m e o n r e n c o n t r e des schistosit6s o u des foliations h o r i z o n t a l e s dans b e a u c o u p de c h a f n e s , il n o u s a paru i n t 6 r e s s a n t de d i s c u t e r le m 6 c a n i s m e de f o r m a t i o n des schistosit6s de l ' H i m a l a y a , qui p a r a f t assez clair, et d ' e s s a y e r de l ' a p p l i q u e r / l d ' a u t r e s rdgions. N o u s le ferons e n n o u s a p p u y a n t sur les t r a v a u x 144
due ~ l ' a f f r o n t e m e n t de d e u x c o n t i n e n t s . Apr6s u n g r a n d n o m b r e de t r a v a u x consacr6s/~ t o u t e u n e sdrie de transversales de la c h a i n e et p a r m i lesquels il f a u t s p d c i a l e m e n t citer ceux de Gansser [11,12] c e t t e id6e ne cessa de se r e n f o r c e r . R d c e m m e n t D e w e y et Bird [8] l ' o n t m o d e r n i s 6 e en l ' a d a p t a n t ~ la t e c t o n i q u e
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de plaques et en prenant dans l'Himalaya le type des chai'nes dites de collision. En fait la d6finition de ce type de chafne restait tr6s g6ndrale et le besoin s'est rite fait sentir de d6finir les chafnes himalayennes de fa~on plus exacte. De r~cents essais sont dus ~ Powel et Conaghan [28], puis Le Fort [19]. L'essai que nous pr6sentons envisage les choses d'un point de vue presque exclusivement structural, en d6taillant des idles d6jfi expos6es ailleurs [21 ] et en nous appuyant essentiellement sur les travaux r6cents de l'6quipe g6ologique franqaise du N6pal, et en particulier sur ceux de Colchen, Le Fort et Pecher [7,18,19,26]. En raison de l'6norme travail qui reste ~ faire sur le terrain, il est 6vident que le module d'6volution de la chafne que nous avons adopt6 dolt dtre considdr6 comme provisoire; il nous a cependant paru utile de pr6senter un sch6ma tectonique coh6rent, ne serait-ce que pour servir de base aux discussions qu'on ne manquera pas de consacrer, dans les ann~es ~ venir, ~ ce type de chaine.
2.1. Les diffOrentes Otapes de la formation de l'Himalaya (Fig. 1) 2.1.1. La p~riode oc~anique ant~-chafne Les r6sultats acquis ces derniSres ann6es en tectonique globale nous obligent & admettre qu'il existait, au M6sozoique, un tr~s large oc6an situ6 entre le continent asiatique au Nord et le continent indien au Sud. I1 ne reste presque rien de cet immense oc6an; les seuls t6moins qui en subsistent se trouvent dans une 6troite cicatrice correspondant ~ l'Ouest, ~ la haute vall6e de l'lndus [11] et se prolongeant vers l'Est par celle du Tsangpo. Lg affleurent en effet des roches basiques et ultrabasiques, associ6es g des s6diments marins du Jurassico-cr6tac~ comprenant des flyschs et des radiolarites. En fait cette zone de suture reste encore tr6s mal connue, et dans la partie est de la cha~ne, elle commence seulement ~ 6tre individualis6e
[s]. 2.1.2. La formation de la chafne transhimalayenne du Tibet Au Nord de la suture de l'Indus et du Tsangpo, on rencontre des terrains jurassiques et cr~tac6s pliss6s, travers6s par des intrusions granitiques et recouverts en discordance par des niveaux volcaniques (dont des
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L4 Fig. 1. Schema m o n t r a n t l'~volution possible du domaine himalayen depuis le M~sozoi'que. (1) Stade cr~tac~ m o n t r a n t une large zone oc~anique s'enfon~ant par subduction sous la chai'ne transhimalayenne. (2) Collision (d'~ge ~oc~ne probable). (3) F o r m a t i o n du MCT '~ l'Oligo-mioe~ne. (4) Etat actuel, apr~s formation du MBT. Sur cette figure, on a suppos6 qu'~ partir de la collision, la suture du Tsangpo et la chafne transhymalayenne restaient fixes; les chiffres indiqu~s correspondent donc •~ la valeur du raccourcissement absorb6 dans la cha~ne de l'Himalaya. En fait, on sait, q u ' a u Nord de cette suture, le continent asiatique a subi une importante d6formation [23] contemporaine de l'avanc~e du continent indien. A u x stades 3 et 4 il aurait donc fallu d~placer cette suture de plusieurs centaines de kilom~tres vers le Nord.
dacites et des and6sites) d'~ge c~nozoique et parfois attribu6s au Pal~og6ne [38] ; on suppose g6n6ralement qu'il s'agit d'une cha/ne d'~ge cr6tac6 [5]. On peut consid6rer qu'il s'agit lfi d'une cha~ne de type p6ripacifique [28]). Celle ci se serait form6e, comme les Andes, en bordure d'un oc6an, et au dessus d'une zone de subduction oc~anique (Fig. 1).
2.1.3. La collision Elle se produit lorsque le continent indien arrive au contact de la chai'ne transhimalayenne. C'est alors que se forme l'6troite suture de l'Indus et du Tsangpo off affleurent des Ophiolites et d'ofi partent des nappes de glissement [11]. En dehors du Kailas et r6cemment du Tsangpo [5] peu de choses sont encore connues sur sa structure de d6tail; ce serait pourtant capital, car aucun autre exemple de ce type de suture n'est connu au monde. En outre on ne connaft pas l'importance de la d6formation qui a alors affect6 la partie tout ~ fait
146 frontale du continent indien. Sur la Fig. 1 nous avons suppos6 qu'elle restait modeste. L'fige de cette collision reste encore mal connu; on peut envisager que les olistostromes du Cr6tacd sup6rieur en sont la premiOre manifestation, mais il est plus logique de consid6rer que la collision n'est vraiment effective qu"a partir du moment ott le domaine m a r i n a entiOrement disparu, c'est-~-dire "a l'EocOne qui coincide effectivement avec un changement pal~og6ographique important [11 ]. Cependant en raison de l'absence de d6pots cdnozoiques dans la zone du suture de l'lndus, la tectonique reste mal datde de sorte que l'on peut envisager que les mouvements se poursuivent jusque dans l'Oligoc0ne.
2.1.4. La formation du "main central thrust" (MCT) A une dpoque nettement post&ieure, puisqu'on la situe commun6ment au Mioc0ne (mais d'apr0s des donn6es g6ochronologiques r6centes [13] elle aurait d6but6 fi l'Oligoc0ne), il s'est form6, au sein du continent indien, un tr0s grand chevauchement qui, dans l'Himalaya central a 6t6 appel6 MCT [2,10 12,19,28]. Pr6cisons en les caract0res.
(a) Ce chevauchement correspond gl un cisaillement qui affecte l'Ocorce toute entiOre. En effet, le compartiment septentrional chevauchant a une 6paisseur observable qui atteind 15 km dont 5 km de Pr6cambrien cristallin et 10 km de Pal6ozoique M&ozoique. Quant au compartiment m6ridional chevauch6 dont la pattie sup6rieure est tr0s probablement surtout form6 de Pal6ozoique il montre une @aisseur visible de 5 km ~ 10 km (Fig. 2). S
MCT M BT ......
• ,.,
N
~ Haute c ~ r , e : ~
............
........
Km
Fig. 2. Coupe schdmatique ~ l'dchelle de l'6corce de l'Himalaya au niveau du N6pal Central. Barrd oblique = manteau; grisd = socle pr6cambrien; blanc = Pal6ozoi'que et Mdsozo~que; pointill6 = Mio-plioc6ne des Siwaliks; Tiret6 = schistositd ou foliation. Entre le MCT et le MBT nous avons dessin6 un seul chevauchement majeur; en fait la structure de ddtail de cette zone reste mal connue, et toute une s&ie de chevauchements et (ou) d6collements peuvent accompagner la d6formation d'ensemble reprdsent~e ici.
Or un accident affectant de telles 6paisseurs de terrains, se produit n6cessairement/l 1'6chelle de l'6corce toute entiere.
(b) Le MCT, qui est subhorizontal sur de grandes distances, a une flOche qui atteind 100 kin. Or, aussi bien le style de la d6formation qui est associ6e/~ ce contact que les paragen0ses du m6tamorphisme qui l'accompagne, conservent des caract0res/~ peu pros 6quivalents depuis la partie la plus interne jusqu'h son front [3]. On peut en conclure que ce cisaillement de l'6corce avait ~ l'origine un pendage faible. On est donc en pr6sence d'une v6ritable subduction continentale, offrant des analogies avec certaines zones de subduction ocdaniques [20].
(e ) Une dk/brmation plastique irks importante accompagne ce chevauchement [26]. Le hmg du MCT, amenant les gneiss du Pr~cambrien sur les schistes 6pizonaux du PalOozoique, la d6formation plastique est tellement importante que la faille elle mOme n'est pas visible sur le terrain; c'est une faille "ductile" ayant une 6paisseur de plusieurs centaines de m0tres; de la sorte on passe insensiblement, de haut en bas, des gneiss h disth0ne, aux schistes 6pizonaux. La d6formation plastique se manifeste par des plans d'anisotropie d'origine mOcanique, correspondant ~t une foliation darts les gneiss et h une schistosit0 darts les schistes, avec tousles intermOdiaires; foliation et schistosit6 sont subparall01es au MCT. Darts la zone de faille on remarque souvent des plans, subparall01es la foliation-schistosit6, qui montrent des traces de mouvements marqu6es par des stries parfois soulignOes par une chlorite verte rOtromorphique et tardive (estonite) [26] ;ces stries qui ont une direction N 20 peu pros perpendiculaire h la direction du MCT, sont pour le moment les seules traces claires du chevauchemerit vers le Sud. Le domaine de la schistositO et de la foliation n'est pas localis6 au MCT; il affecte une tranche de terrain observable de 15 h 20 km d'~paisseur totale. Au Sud tout le compartiment chevauch6 est affect6 par une schistosit6 de flux; au Nord dans le compartiment chevauchant le front sup&ieur de schistositd n'apparMt qu'h plus de 10 km au-dessus du MCT, et on y passe progressivement, de bas en haut, d'une foliation dans les gneiss du PrOcambrien, ~ une schistosit6 de
147 flux dans le Pal6ozofque; le front sup4rieur de schistosit6 se situe dans le M6sozoique [7]. Sur 20 km d'6paisseur on a donc, une schistositdfoliation manifestement li6e au fonctionnement du MCT puisque son intensit6 est maximum au niveau du MCT et qu'elle lui reste "~peu pres parall61e. On peut noter c'est cette schistosit6-foliation qui est responsable de l'allure monoclinale apparemment tr6s simplede de ces r6gions himalayennes. En fait, lorsqu'on examine la d6formation en d6tail, on constate rapidement que la tectonique est polyphas6e. Ainsi on peut souvent distinguer plusieurs schistosit6s, et plusieurs phases de plissement. A la suite des travaux de Colchen [7], Le Fort [18] et Pecher [26] on peut consid~rer qu'il existe 3 ou 4 phases. Cependant il existe toujours une phase 1 majeure, responsable de l'essentiel de la dOJbrmation et se manifestant par une schistositO ou une foliation S~, en moyenne parallele/t la stratification So; on ne voit qu'exceptionnellement des plis admettant S~ comme plan axial. La phase 2 se manifeste par une schistosit6 foliation $2, qui est pratiquement parall~le/t S~ de part et d'autre du MCT, mais qui arrive/~ lui 6tre l~gerement oblique quand on s'en 6carte; c'est g cette phase 2 que correspond la plupart des microplis visibles. Souvent on enest r6duit/t parler d'une phase 1-2, ce qui se comprend tout/t fait avec un chevauchement de cette ampleur dont la raise en place a pu durer plusieurs millions d'annees. La phase 3 correspond des plis/~ plans axiaux redress6s, nettement obliques h S1 et $2 et parfois soulign6s par une schistosit6 de st rain-slip $3.
{d) Ce chevauchement est dTzge oligo-miocOne. En l'absence de niveaux dat6s seule la g6ochronologie permet d'avoir une idle de l'fige du MCT en datant les min&aux du mdtamorphisme qui accompagne la d6formation plastique li6e au MCT. Or ces figes se situent le plus souvent entre 10 et 25 millions d'ann6es [2], ce qui nous situe nettement au Miocene. I1 n'en reste pas moins qu'il ne s'agit que d'figes apparents ponctuels faits ~ l'aide de la m6thode K - A r et que de ce fait la datation reste encore impr6cise. I1 faut,/~ notre avis, attendre des figes 39Ar- 4°Ar et Rb Sr sur les granites syn fi post tectoniques qui apparaissent dans la haute chaine [ 17]. L'un de ceux ci vient d'ailleurs de fournir un fige R b - S r de 28,8 millions d'ann6es. [19], c'est-h-dire Oligoc6ne su-
p6rieur; il montre que le MCT a d~j/l fonctionn6 avant le Mioc6ne. D'apr~s Le Fort ce granite est affect6 par la phase 2 et post6rieur ~ la phase 1 [17] ; dans ce cas le MCT se serait form6 ~ l'Oligoc+ne et aurait continu6 fonctionner au Mioc+ne, jusqu'/~ une date qui reste encore inconnue; on peut noter que si le mouvement le long du MCT s'est fait/~ la vitesse de 2 cm/an chiffre qui est tr6s raisonnable la dur6e totale de fonctionnement du MCT peut atteindre 10 millions d'ann6es.
2.1.5. Formation du "main boundary thrust" (MBT) C'est ainsi que l'on nomme le chevauchement probablement encore actif, qui am6ne en contact les formations m6tamorphiques septentrionales et le Mio-Plioc6ne des Siwaliks. Ce dernier est caract6ris6 par la pr6sence de plis isopaques sans schistosit6 et par l'existence de failles inverses fi pendages forts. Le MBT lui-m6me est g6n6ralement un accident redress4. Les plis, tels celui du Mahabharat qui, au Nord du MBT, replisse le MCT, se sont probablement form6s en m6me temps que le MBT. On peut consid4rer que les s6ismes de l'Himalaya sont localis6s sur le prolongement en profondeur du MBT (Fig. 2). 2.1.6. Conclusions On voit que la spectaculaire tectonique tangentielle de l'Himalaya ne correspond pas au chevauchement de la plaque indienne par la plaque asiatique, mais/l un chevauchement affectant la bordure nord de la plaque indienne; de plus cette subduction continentale est tout ~ fait distincte de la suture due/l la collision puisqu'elle se produit nettement au Sud de cette suture et qu'elle semble post6rieure. Les nappes de l'Himalaya ne sont donc pas/t proprement parler des nappes de collision; elles succ~dent/t la collision. On peut noter en outre que notre module (Fig. 2) diff~re tr~s nettement de celui qui vient d'6tre propos6 par Powel et Conaghan [28]. Le notre admet au niveau du N6pal un raccourcissement de 300 h 500 km alors que le leur admet environ 1500 km. Notre chiffre se d6duit de la coupe interpr6tative de la Fig. 2. On arrive au m6me ordre de grandeur l'aide du raisonnement g6n4ral suivant: dans l'Himalaya la compression a, en moyenne, au moins doubl6 l'6paisseur de l'6corce, en formant une racine de 30 kin. Comme la chafne a environ 250 km de large, on obtient ainsi un raccourcissement d'au moins 250 km.
148 En fait ce chiffre doit 6tre augment6 car la racine de la cha~ne d~passait certainement 30 kin; en effet, actuellement, sous la haute chafne la base de la croute se trouve probablement ~ 70 km, et ceci malgr6 une ~rosion tr~s importante qui, par endroit, a enlev6 au moins 10 ~ 20 km de terrain puisqu'on trouve actuellement en surface des roches/l disth~ne. On peut dans ces conditions facilement envisager 100 km de raccourcissement suppl6mentaire. On arrive encore ~un ordre de grandeur comparable en additionnant la valeur des diff~rents chevauchements; en effet, la fl~che du seul MCT doit atteindre 150/~ 200 km et celle du MBT 100 fi 150 km. On obtient ainsi entre 250 et 350 km de rapprochement; or il faut ajouter ce chiffre une valeur de d~ptacement correspondant la ddformation par cisaillement simple du compartiment situ~ entre le MCT et le MBT. Comme cette valeur atteind facilement 100 km on obtient un total de 350 h 450 km, c'est-fi-dire, notons le, un chiffre tout/~ fait comparable ~ celui calculi par Gansser [12]. ke chiffre de 1500 km est uniquement bas~ sur les r6cents r~sultats de la tectonique globale; les auteurs ont suppos6 que tout le mouvement relatif post collision entre la plaque indienne et ta plaque asiatique (qui se d~duit de l'~tude des anomalies magn6tiques des oc6ans atlantique et indien) avait 6t6 absorb~ au niveau de la cha]ne de l'Himalaya; de ce fait ils ont 6t6 amen6 g doubler l'~corce non seulement sous l'Himalaya mais aussi sous tout le Tibet, comme le firent ddj/~ Argand et Holmes. Ce raisonnement para~t h premiere vue irr~prochable; en effet m6me s'il subsiste des incertitudes sur l'fige de la collision, on sait ddsormais que depuis 40 millions d'ann6es la vitesse de rapprochement Inde-Asie est d'environ 5 cm/an [23] ; on obtient donc un raccourcissement atteignant respectivement 2000 km et 1250 km pour des collisions d'fige 6oc~ne supdrieur (40 millions d'ann6es) et d'gge miocene inf6rieur (25 millions d'ann6es). En r6alit~ ce raisonnement dolt ~tre nuanc6 dans la mesure o~ la d~formation r~sultant de la collision ne se produit pas seulement au niveau de l'Himalaya, mais aussi au sein du continent asiatique. Or on se trouve tr~s probablement dans ce cas; Molnar et Tapponnier [23] viennent en effet de montrer qu'une grande partie de l'Asie nord himalayenne, en particulier le Tien Shan, la Mongolie, et le Nord-Est de la Chine a subi d'importantes d6formations
rdcentes control6es par de grands d6crochements; ils envisagent qu'entre 500 et 1000 km de rapprochement aient pu 6tre ainsi absorb6s. Dans ces conditions il est clair qu'on ne peut plus se baser sur les donn6es de la tectonique globale pour d6terminer la valeur du raccourcissement correspondant la cha~ne de l'Himalaya. De la sorte les 6tudes tectoniques de la chaine reprennent toute leur importance.
3. Le m6canisme himalayen de gen6se des schistosites subhorizontales Nous avons vu que l'on rencontre dans l'Himalaya des schistosit~s ou des foliations qui sont horizontales, ou ~ pendage faible, qui apparaissent sur des distances transversales fi la chafne de 100 km et qui affectent une tranche de terrain de 20 km d'~paisseur (Fig. 4 et 5). Nous avons vu aussi que cette schistosit~-foliation S1 ou Sl-z ~tait li6e au fonctionnement du MCT. I1 est d6s lors ~vident qu'ici la gen6se de la schistosit~-foliation est li6e ~i un couple se produisant/t l'6chetle de l'~corce et que nous sommes en pr6sence d'une dOformation rotationnelle. On peut donc consid~rer que le m6canisme 61~mentaire appel6 cisaillement simple (simple shear) et dont les caract~ristiques sont bien connues [31,32] joue un r61e pr6dominant dans la gen~se de cette schistosit&
(1} La schistositO sous le MCT. Cette interpr6tation est particuli~rement claire pour les s6ries situ6es sous le MCT, qui montrent partout une lin6ation d'allongement, de direction remarquablement constante ~ peu pr6s perpendiculaire /~ la trace du MCT, en ayant une direction moyenne N 20 Est [26,19,14]. Des conglom6rats ou des microbr+ches intercal6es dans la s6rie permettent parfois d'avoir une idle de la forme de l'ellipsoide de d6formation (celle ci est d6termin~e lorsqu'on connait X / Y et Y/Z, X, Y e t Z 6tant respectivement le grand, le moyen et le petit arc de l'ellipsofde). Sur un affleurement (situ6 fi 6 miles h I'WNW de Pokara) nous avons par exemple observ6 un conglom~rat d~form~ avec X / Y proche de Y/Z et ayant des valeurs variant de 3/i 6. On peut ~galement avoir une id6e de l'ellipsoi'de de d6formation dans les intercalations de gneiss
149 oeill6s d'Uleri qui correspondent h d'anciens niveaux volcano-s6dimentaires schistos6s [26] dont les porphyroclastes on dt6 allong6s et parfois tron~onn6s. Dans les parties m6tamorphiques on a toujours une lindation min6ralogique, correspondant ~ l'allongement des mindraux; sur certains de ceux ci se greffent parfois des queues de cristallisations. Parfois enfin on remarque une lin6ation d'intersection, parall~le aux pr4c6dentes, g6ndralement soulign6e par des rods de quartz. On a ainsi sous le MCT une 6paisse s6rie qui est tr~s nettement allong6e dans une direction qui correspond ~ celle des stries chaudes qui soulignent le mouvement le long du MCT; cet altongement est de plus sub parall61e ~ la stratification, laquelle est remarquablement monoclinale et presque exempte de plis [26,18]. Nous pensons que dans ces conditions il est tout fait logique d'interpr6ter la d6formation des s6ries schistos6es comme due ~t un "cisaillement simple" d'6chelle plurikilom6trique provoqu6 par le fonctionnement du MCT; on peut consid6rer en outre que dans ce cisaillement simple la stratification 6tait proche du plan de glissement et que, de ce fait, il ne s'est pas produit de plissement; par contre il s'est certainement produit une multitude de glissements le long de cette stratification de sorte que la d6formation continue correspondant au cisaillement simple se combine avec une d6formation discontinue correspondant aux glissements, suivant un module qui a 6t6 discut6 par Schwerdtner [35]. 11 est probable en outre, qu'on ne soit pas en pr6sence de cisaillement simple tout ~t fait typique, mais d'un m6canisme o6 le cisaillement simple est seulement le m6canisme dominant et o6 par cons6quent Y ne reste pas invariant au cours de la d6formation.
3.1. Le probl&ne du plissement On est en pr6sence d'une s6rie tr~s d6form6e mais qui, malgr6 cela ne montre que tr~s peu de plis synschisteux comme l'a par exemple d6montr6 Pecher [26] par une cartographie d6taill6e du Sud de FAnnapurna. De plus les seuls plis qui se rencontrent sont de taille modeste, apparemment toujours plus petits qu'hectomdtriques; de la sorte on peut vraiment dire que le plissement joue un rSle presque n6gligeable si on consid~re le volume total des s6ries d6form4es. II
s'agit l~ d'un caract~re tectonique tout ~ fair remarquable qui nous parait extr6mement important. On peut noter en outre que la plupart des plis qui ont 6t6 signal6s ont des axes parall~les ~ la lin6ation d'allongement ce qui paratt ~ premi6re vue incompatible avec l'hypoth6se du cisaillement simple. 11 faut cependant d'abord noter que ces plis sont rares et qu'il en existe aussi qui sont perpendiculaires h la direction d'allongement. Enfin il est g4n6ralement tr6s difficile de s6parer les plis 1 et 2. Mais si l'on admet que l'on est en pr6sence d'un cisaillement off les vecteurs d6placements ne sont pas parall~les comme dans le cisaillement simple, mais 16g~rement convergents, on arrive facilement ~ expliquer ces plis. En effet dans ce cas il se produit un raccourcissement, non seulement suivant Z mais aussi suivant Y.
(2) La schistosit~ au-dessus du MCT. La d6formation des s6ries situ6es au-dessus du MCT est moins simple [7,2]. On ne trouve plus, comme sous le MCT, une lin6ation d'allongement g~n6ralis6e de direction N 20 Est, il est au contraire fr4quent de trouver une lin6ation d'allongement en gros parall61e au MCT c'esti-dire perpendiculaire ~ la pr6c6dente. La tectonique est nettement polyphas6e et, ~t partir d'une certaine distance du MCT, des structures pliss~es d'6chelle au moins kilom6trique apparaissent clairement. On trouve ainsi souvent des plis sub-isoclinaux dont le plan axial correspond h une schistosit6-foliation et dont les axes sont parall+les ~ la lin6ation d'allongement; il semble qu'il existe au moins 2 phases de plis isoclinaux synschisteux; $2 est souvent parall~le 8 $1. On rencontre d'importants plis tardifs post schistosit6-foliation, qui viennent parfois s6rieusement perturber l'allure monoclinale tr~s simple des schistosit6s-foliation $1 et $2. Une des caract6ristiques les plus marquantes des plis isoclinaux synschisteux est de montrer, darts la r6gion du Dauhlagiri, un d6versement vers le Nord [2] alors qu'on s'attendrait au contraire ~ un diversement vers le Sud, correspondant au chevauchement vers le Sud du MCT. Cette anomalie est difficile h expliquer si, comme on l'admet actuellement, ces plis correspondent h la phase 1. On peut ~t la rigueur envisager que la gravit6 air jou6 un r61e grace au plan inclin6 vers le Nord que formait la dalle du Tibet.
150
(3) Les relations entre les isogrades du mOtamorphisme et le MCT. On trouvera dans l'article de Le Fort
pas simples. En fait le m6tamorphisme commence seulement fi 6tre dtudi6 en d~tail, et, au N@al il faut attendre le rOsultat des 6tudes de Le Fort, Pecher et Brunel. Signalons en outre que l'on rencontre au-dessus du MCT, c'est-h-dire dans le compartiment chevauchant, des leucogranites et des pegmatites (parfois boudin6es) dont les relations pr6cises avec le m~tamorphisme et les diff&entes phases tectoniques sont en cours d'~tude.
[18] ainsi que dans la courte note de Pecher [26] une mise au point sur ce probleme. L'essentiel peut etre r6sumd ainsi: (a) Le mdtamorphisme est polyphasd comme la tectonique. On distingue au moins 3 phases de m6tamorphisme plus ou moins contemporaine des phases tectoniques. (b) Le compartiment chevauchant montre le mdtamorphisme le plus fort; fi la base on a des parageneses fi disthene, grenat et 2 micas. (c) Dans le compartiment chevauch6 le mdtamorphisme est plus faible car il n'est gdn&alement qu'@izonal (chlorite, muscovite) sauf fi proximit4 du MCT o/1 on rencontre des paragen+ses fi grenats et 2 micas. Le Fort et Pecher pensent que ces parageneses appartiennent fi un m6tamorphisme n4 avec des isogrades inverses, cette disposition anormale dtant due un effet dit de "fer fi repasser" qui, fi mesure qu'il avance, chauffe la partie sup&ieure de son substratum. Comme ce m~tamorphisme a g~om6trie tr6s spdciale n'est rattach~ par eux qu'~ la deuxieme phase de mdtamorphisme, elle m6me post&ieure fi la premiere phase de d6formation responsable de l'essentiel des schistosit4s-foliation, on voit que les choses ne sont
4. Complication du module himalayen La Fig. 1 montre les diff&entes 6tapes de formation de l'Himalaya. On voit qu'actuellement le MCT est tout fi fait inactif et que le mouvement se produit le long du MBT. Cette disposition peut ~ notre avis s'expliquer de fat;on assez simple. Le fonctionnement d'un MCT, c'est-fi-dire l'enfoncement d'une &orce continentale sous une autre, est un phdnomene de dur~e limitde: en effet, comme on l'a d6jh souvent signald [20], on ne peut pas enfoncer ind6finiment de l'dcorce continentale ldgere dans un mangeau de densitd plus forte; au bout d'un certain temps la valeur de la poussde d'Archimede devient suffisamment forte pour emp6cher tout nouvel
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Fig. 3. M6canisme possible de formation d'une chMne caract~ris~e fi la fois par une grande largeur et une schistosit~-foliation de faible pendage. Les stades 1 et 2 correspondent au MCT at au MBT de la chafne hhnalayenne actuelle; les stades 3 puis 4 correspondent g ce qui se produira si le continent indien continue de se ddplacer ~ la m6me vitesse, avec un taux de raccourcissement himalayen comparable. Dans ce cas, le continent indien est peu ~ peu repris dans une chMne dont le front avance.
151 enfoncement. Le MCT cesse alors de fonctionner et le syst0me se bloque. On pout consid&er qu'alors il se forme un nouveau grand cisaillement dans une zone plus fragile, c'est-fi-dire fi croute moins 6paisse, c'esti-dire encore dans une rOgion plus externe. On pout trOs logiquement consid&er que ce nouveau cisaillement correspond fi l'actuel MBT, qui serait en quelque sorte un MCT en train de se former; on pout ainsi considOrer que des schistosit~s et foliations subhorizontales se forment actuellement en profondeur le long de ce MBT et que les 6picentres de tremblements qui le jalonnent sont des tOmoins de son fonctionnement (Fig. 2). I1 est clair que si le continent indien continue ~ se rapprocher de l'Eurasie, pendant une dur6e suffisammerit longue, le MBT finira lui m0me par se bloquer, et qu'un nouveau cisaiUement se produira dans une zone encore plus externe. En gdn6ralisant ce mdcanisme on voit qu'il est thdoriquement possible de transformer tout le continent indien en chafne de montagne; celle ci sera form~e par toute une s6rie de cisaillements emboit6s; elle sera tr~s large, et 6videmment d'autant plus jeune que plus externe. Nous pensons qu'il s'agit 1,~ d'un type de chafne qui n'a pas encore ~td envisag6, et que ce module peut s'appliquer ~i des chai'nes anciennes caract6risdes ~ la lois par une grande largeur et par une s&ie de grands cisaillements gdn&ateurs de schistosit~s-foliations plates. Ce mod01e convient, ~ notre avis, "a certaines parties de la chaine hercynienne d'Europe occidentale qui comme on le sait est anormalement large et aux larges trongons de la chafne panafricaine (dont l'fige se situe aux alentours de 600 millions d'anndes). On peut d'ailleurs compliquer encore ce module de chafne himalayenne en invoquant des cisaillements plus nombreux et de plus petites dimensions, ce qui aboutit au sch6ma de la Fig. 3.
schistosit6s ou foliations horizontales sur des surfaces considOrables. Si l'on excepte le mdcanisme himalayen on ne peut alors invoquer que deux mdcanismes: le diapirisme et la distension. Dans le premier cas des schistosit6s subhorizontales peuvent se former au sommet d'un diapir; ce mod0le a ~td illustr6, expOrimentalement par Ran> berg [29,30] et gOologiquement par J.G. Ramsay [34]. Darts le cas d'une distension on est en prOsence de failles normales en surface; mais celles-ci passent n6cessairement vers le bas ~ des failles ductiles puis ~ une d&ormation plastique [9] ; il pout alors naftre une schistosit6 horizontale [4]. En fait le cisaillement simple himalayen et la distension sont toujours faciles h distinguer ~ I'aide des structures de compression ou de distension qui los accompagnent: de la sorte seuls les effets du diapirisme peuvent 6tre confondus avec ceux du cisaillement simple himalayen. Or, dans ces deux cas l'allure de la dOformation est tr~s diff&ente. Dans le type himalayen la direction d'allongement garde une direction ~ peu pros constante sur de tr~s grandes surfaces et cette direction est peu pros perpendiculaire ~ la direction de la chaine. De plus le cisaillement simple se fait partout dans le mOme sons, vers l'extOrieur de la chalne. Dans le type diapirique la direction d'allongement varie considOrablement ~ l'Ocbelle du dome diapirique [34].
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5. Discussion sur l'application du module himalayen d'autres r6gions Quortzttes
Une importante question consiste ~ savoir si ce mod+]e himalayen s'applique ~ d'autres chafnes, rOcentes ou anciennes, ou s'il s'agit d'un modele exceptionnel. Cette question se pose d'autant plus que l'on rencontre trOs souvent, dans les chaines, des
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Fig. 4. Coupe montrant Failure d'ensemblc de la schistositOfoliation $1 et de la stratification So de part et d'autre du MCT sur la transversale du Massif de l'Annapurna. D'aprOs [7,19,26]. On voit que la structure d'ensemble est extrOmement simple si l'on excepte les plis tardifs qui replissent So et S~.
152 sitds plates sur de grandes distances avec une direction d'allongement constante, l'argument le plus ddcisif est le plus souvent fourni par l'allure transversale de cette
direction d'allongernent par rapport gl la direction de la chafne.
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Dans l'Himalaya cela est vrai sur 1500 km, depuis le Bhutan fi l'Est [11] dans tout le N6pal [14- 19] et jusque dans le Garhwal ~ l'Ouest [16].
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5.1. Le problOme des plis parallOles glla lineation d 'allongem en t
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Fig. 5. Schema montrant l'allure de la d~formation majeure de part et d'autre du MCT. La forme des ellipsoldes de d~formation est seulement indicative, car aucune mesure precise n'a encore ~t~ faite. So = stratification; S~ = schistositfi et foliation; L~ = lin6ation d'allongement. (a)- (c) M~canismes possibles de la d6formation li6e au MCT. (a) cisaillement simple, (b) cisaillement simple combin~ avec du glissement suivant So, (c) cisaillement simple avec allongement suivant Y, (d) Exemple de d6formation progressive d'un granite par cisaillement simple (provenant de la pattie Sud du Massif Central et r~colt~ par P. Matte). La schistosit~ apparM't progressivement; elle fait d'abord un angle fort (d'environ 45 °) avec le plan de cisaillement; cet angle diminue ensuite au fur et '~ mesure que la d~formation augmente, jusqu'fi des valeurs faibles; l'allongement est alors tr?~snet. Cet ~chantillon fournit un module r~duit de la d~formation situde sous le MCT.
Th~oriquement il doit donc 6tre tout ~ fait possible, l'aide d'une 6tude d6taill~e de l'ellipsoide de d6formation, de distinguer les deux cas. En d~finitive, lorsqu'on est en pr6sence de schisto-
Rappelons qu'on a souvent consid6r6 que l'existence de plis ayant des axes parall~les/~ la lin6ation d'allongement, 6tait une objection/~ l'hypoth6se du cisaillement simple. En effet avec de tels plis l'hypoth~se la plus couramment retenue est celle d'un allongement provoqu6 par l'allure courbe des axes des plis, c'est-/~-dire du une virgation fi d6versements divergents et effectivement des exemples tr~s convaincants de ce type de m~canisme ont 6t6 d6crits [6,22]. Mais cette explication est loin d'6tre la seule. On connMt en effet beaucoup d'exemples de plis parall~les ~ la direction d'dcoulement de la mati6re et on en a fourni une explication depuis tr6s longtemps [6]. Nicolas et ses collaborateurs [24,25] viennent d'en d6crire de tr6s beaux exemples dans le Massif de Lanzo; pour expliquer cette g6om6trie, ces auteurs supposent tout simplement que X / Y est sup6rieur fi Y/Z. Un autre exemple qui pr6sente d'ailleurs l'avantage de fournir un mod61e r6duit de l'Himalaya (avec cependant des structures plus lin6aires) a 6t6 ddcrit en Ecosse sous le c61~bre chevauchement du Moine (6quivalent du MCT) par Wood [37]. L~ encore on rencontre des plis ~ la fois parallfiles au grand axe de l'ellipsoi'de de d6formation et parall~les fi la direction de mouvement du chevauchement; de plus ici l'allure de l'ellipsoide a 6t6 d6termin6e; ses axes sont dant le rapport 25-1-0,9, ce qui correspond effectiveinent un ellipsoide tr6s allong& Donc d'une faqon g6n6rale, il est clair que l'hypoth6se du cisaillement simple n'est pas incompatible avec l'existence de plis parall~les fi la direction de d6placement; de plus, comme d~jfi signal6, si on invoque des grands cisaillements correspondant/t des d6placements convergents o u divergents comme cela paraft tout fi fait possible, on peut arriver ~ former des ellipsoides de d6formation et des plis de formes tr~s complexes.
153
5.2. Conclusion
R~f&ences
A la suite des remarques ci-dessus, nous pensons que le module himalayen s'applique/l certains tron~ons de la chMne Scandinave, d o n t la lindation transversale [ 6 - 1 5 ] est pour nous t o u t ~ fait analogue/~ celle de l'Himalaya. Nous avons en outre montr6 [21 ] que le module himalayen pouvait 6tre assez bien appliqud au tron~on de chaine hercynienne du Massif Central frangais. Enfin, le tr~s grand c h e v a u c h e m e n t des Alpes autrichiennes dont l ' i m p o r t a n c e est attestde par la
1 E. Argand. La Tectonique de l'Asie, C.R. 13e Congr. G~ol. Int. 1922 (1924) 171 372. 2 P. Bordet et al., Recherches g6ologiques darts l'Himalaya du N~pal R~gion de la Thakkhola, C.N.R.S., Paris (1971) 279 pp. 3 M. Brunel, La nappe du Mahabharat, Himalaya du N~pal Central, C.R. Acad. Sci. 280 (1975) 551 554. 4 R. Caby, Low angle faulting, Boudinage, folds and other tension structures related to gliding tectonics in the Caledonian superstructures of Canning Land and Wegener Halvol (East Greenland), Groenlands Geol. Und. (1975) in press. 5 A. Chang Cheng and Cheng ltsi-Lan, Some tectonic features of the Mr. Jolmo Lungma area, Southern Thibet, China, Sci. Siniea 16 (1973) 257 265. 6 E. Cloos, Lineation a critical review and annotated bibliography, Geol. Soc. Am., Mere. 18 (1962) 122 pp. 7 M. Colchen, Tectonique polyphas~e darts le domaine tib6tain de la ChMne des Annapurnas (rdsum6), R6un. Sci. Terre, Paris, Mars (1973). 8 J.F. Dewey and J.M. Bird, Mountains belts and the new global tectonics, J. Geophys. Res. 75 (1970) 2625 2647. 9 J. Francheteau et P. Tapponnier, Mechanics of slowly accreting plate boundaries (en pr6paration). 10 W. Frank and G.R. Fuchs, Geological investigations in West Nepal and their significance for the Geology of the Himalayas, Geol. Rundsch. 59 (1970) 552- 580. 11 A. Gansser, Geology of the Himalayas (lnterscience, 1964) 289 pp. 12 A. Gansser, Himalaya, Mesoz. cenoz, orogenic belts, Geol. Soc., London, Spec. Paper 4 (1974) 267 278. 13 J. Hamet, P. Le Fort, C.J. All~gre, Datation 87Rb 87Sr sur roches totales et rapport SVSr/86Sr initial du granite du Manaslu (Himalaya), 3e R~un. Ann. Sci. Terre, Montpellier (1975). 14 S. Hashimoto, Geology of Nepal, Himalaya (Hokkaido University, 1973) 286 pp. 15 P.R. ttopper, The A lineation and the trend of the Calcdonides of northern Norway, Norsk. Geol. Tidsskr. 48 (1968) 261---268. 16 A.K. Jain, Structure and petrology ofmylonite and related rocks from the lesser Himalaya Garhwal, India, Geol. Rundsch. 64, 1 (1975) 230-248. 17 P. Le Fort, Les leucogranites h tourmaline dc l'Himalaya sur l'exemple du granite du Manaslu (N~pal Central), Bull. Soc. G6ol. France, 15, 5/6 (1973) 555 562. 18 P. Le Fort, ModUle thermique de la subduetion intracontinent'ale himalayenne (r6sum~), R6un. Ann. Sci. Terre, Nancy (1974) 253. 19 P. ke Fort, Himalaya: the collided range. Present knowledge of the continental arc, Am. J. Sci., in press. 20 X. Le Piehon, J. Francheteau, J. Bonnin, Plate Tectonics (Elsevier, 1973) 300 pp. 21 M. Mattauer, Existc-t-il des chevauchements de type himalayen dans la chaine hercynienne du Sud de la France (r~sum6), R~un. Ann. Sci. Terre, Nancy (1974) 279.
fen6tre des Hohe Tauern, semble lui aussi prdsenter des analogies avec l'Himalaya. Ainsi, il appara~t que le mdcanisme de type himalayen n'est pas un mdcanisme exceptionnel. I1 intervient assez souvent; ses conditions d'apparition restent cependant e n c o r e / t ddterminer.
6. Conclusions L ' H i m a l a y a nous fournit un module de chaine qui, a une certaine 6chelle, se r6v~le tr~s simple p u i s q u ' o n peut considdrer que l'essentiel de la d6formation correspond ~t du cisaillement simple qui se produit fi l'6chelle de l'6corce et qui accompagne un grand c h e v a u c h e m e n t crustal. Ce mod61e de ddformation semble g6n6ral et nous paraft pouvoir s'appliquer ~ de nombreuses chafnes ou tronqons de chafnes caractdris6s par des schistositds ou foliations subhorizontales supportant une lindation d ' a l l o n g e m e n t de direction ~ peu pros constante.
Remerciements Je remercie tr~s vivement M. Colchen, P. Le Fort, et A. Pecher, qui, darts le cadre de la R.C.P. N6pal m ' o n t invit6, en compagnie de J. Andrieux, files acc o m p a g n e r en N o v e m b r e 1973 lots d'une mission effectude dans le Massif de l ' A n n a p u m a . Nous avons eu sur le terrain de tr~s stimulantes discussions qui sont p o u r une grande part ~ l'origine de cet article. Ce manuscrit a 6t6 critiqu6 par F. Arthaud, P. C h o u k r o u n e , F. Proust et P. Tapponnier; j'ai eu, avec ce dernier, de pr6cieux 6changes de vue sur ia Tect o n i q u e de l'Asie.
154 22 P. Matte et A. Ribeiro, Les relations entre les directions d'allongement maximum et la direction de plissement dans les virgations de Galice et de Castille (r~sumfi), R6un. Ann. Sci. Terre, Paris (1973) 292. 23 P. Molnar et P. Tapponnier, Recent tectonics of Asia. Consequences of a continental collision, Science (1975), in press. 24 A. Nicolas, J.L. Bouchez et F. Boudier, Interpretation cin~matique des d~formations plastiques dans le Massif delherzolitedeLanzo, Tectonophysics 14 (1972) 143 171. 25 A. Nicolas et F. Boudier, Interpretation cin,~matique des pits dans les p~Sridotites alpino-types: application '~ d'autres domaines soumis "al'dcoulement plastique (r6sunr6), R6un. Ann. Sci. Terre, Nancy (1974) 298. 26 A. Pecher, M~tamorphisme et tectonique en r~gime de subduction intracontinentale. L'exemple du Massif des Annapurnas (r&umt~), R6un. Ann. Sci. Terre, Nancy (1974). 27 C.M. Powell et P.J. Conaghan, Polyphase deformation in phanerozoic rocks of the Central Himalayan gneiss, northwest India, J. Geol. 81, 2 (1973) 127-143. 28 C.M. Powel and P.J. Conaghan, Plate tectonics and the
Himalayas, Earth. Planet. Sci. Lett. 20 (1973) 1 12. 29 H. Ramberg, Model Studies of'Gravity Controlled Tectonics. Gravity-Tectonics (John Wiley, 1973) 49 66. 30 H. Ramberg, Gravity, Deformation and the Earth's Crust (Academic Press, 1967) 214 pp. 31 J.G. Ramsay, Strain variation in shear belts, Can. J. Earth Sci.(1970) 786 813. 32 J.G. Ramsay, Folding and Fracturing of Rocks (McGrawHill, 1967) 568 pp. 33 J.G. Ramsay, The measurement of strain and displacement in orogenic belts, Geol. Soc. London (1969) 43- 79. 34 J.G. Ramsay, The structure of the Chindamora batholitb, African Colloq., Leeds University, Janv. (1975). 35 W.M. Schwerdtner, A scale problem in paleostrain analysis, Tectonophysics 16 (1973) 47 54. 36 A. Wegener, La Gen~se des Continents et des Ocdans (Librairie Nizet et Bastard, Paris, 1937) 236 pp. 37 D.S. Wood, Pattern and magnitudes of natural strain in rocks, Phil. TransR. Soc. L o n d o n A 2 7 4 (1973) 373 382. 38 Atlas Myra (Moscou, 1964).
~] -I
SUR LE MECANISME DE FORMATION DE LA SCHISTOSITE DANS L'HIMALAYA MAURICE MATTAUER
D~partement des Sciences de la Terre, Universit~ de Montpellier, Montpellier {France) Rdvision reque le 18 aofit, 1975
After recalling briefly the major geological characters of the Nepal Himalayas and the global evolution of the ttimalayan chain we stress the importance of three dominant and remarkably constant tectonic features in this chain: (1) a huge overthrust is seen everywhere to entail a visible throw of more than 100 km; (2) a shallow dipping cleavage develops over an observable thickness in excess of 15 km; and (3) in the underthrusting slab the stretching lineation keeps a similar direction constantly perpendicular to the local trend of the chain. We suggest that these features, especially the cleavage, can be explained in terms of a simple mechanical model, namely sunple shear on a crustal scale. This clearcut case could be used as a model for the origin of flattish cleavages in many orogens. After discussing other modes of formation for such cleavages (diapiric intrusion, extension) we show that the Himalayan model could apply to other chains. Apr~s avoir situ6 ta cha•ne de l'Himalaya dans son cadre g~n~ral et rappelfi les grands traits de son 6volution g6ologique au niveau du N@ai, nous montrons que cette chatne est essentiellement caract~ris~e, au point de vue structural, par: (1) un tr~s grand chevauchement, ayant une fl~che visible de plus de 100 kin; (2) le d~veloppement sur une @aisseur visible de plus de 15 km de schistositfi ~ pendage faible, et (3) l'existence, sous le chevauchement, d'une tr~s nette lin~ation d'allongement ayant une direction proche de Nord-Sud, c'est-~-dire perpendiculaire 5 la chaine. Dans ces conditions il apparait que le mdcanisme de formation de la schistosit~, correspond ~ du cisaillement simple se produisant '~ l'6chelle de l'6corce. Cet exemple assez clair conduit A se demander si l'on peut interprfiter les schistositfis subhorizontales de beaucoup de chaines suivant ce module himalayen. Apr~s avoir examin~ les autres modes de formation de schistosit6 fi pendage faible (distension et diapirisme) il apparait que le mod+le himalayen dolt ~tre assez facile A tester. I1 semble qu'il se rencontre dans plusieurs autres chabaes.
1. Introduction
publi6s sur l ' H i m a l a y a et e n u t i l i s a n t des o b s e r v a t i o n s que n o u s avons pu faire au Ndpal, au cours d ' u n e c o u r t e mission dans le m a s s i f de l ' A n n a p u r n a .
La c h a f n e de l ' H i m a l a y a est e s s e n t i e l l e m e n t caractdris6e, au niveau d u Ndpal, par u n 6 n o r m e c h e v a u c h e m e n l d o n t la fl+che visible a t t e i n d 100 k m et qui est sans c o n t e s t e le plus s p e c t a c u l a i r e c h e v a u c h e m e n t c o n n u . Or, h ce c h e v a u c h e m e n t , d o n t l'allure d ' e n s e m b l e est tr~s simple, est associ6e, sur u n e 6paisseur visible de plus de 15 k m , u n e schistosit6 o u u n e f o l i a t i o n subhorizontale.
2. Les g r a n d s traits d e la c h a i n e de l ' H i m a l a y a au
niveau du Nepal A r g a n d [1 ] et Wegener [36] s u p p o s a i e n t il y a d4j/l plus de 50 ans que la c h a i n e de l ' H i m a l a y a 6tait
C o m m e o n r e n c o n t r e des schistosit6s o u des foliations h o r i z o n t a l e s dans b e a u c o u p de c h a f n e s , il n o u s a paru i n t 6 r e s s a n t de d i s c u t e r le m 6 c a n i s m e de f o r m a t i o n des schistosit6s de l ' H i m a l a y a , qui p a r a f t assez clair, et d ' e s s a y e r de l ' a p p l i q u e r / l d ' a u t r e s rdgions. N o u s le ferons e n n o u s a p p u y a n t sur les t r a v a u x 144
due ~ l ' a f f r o n t e m e n t de d e u x c o n t i n e n t s . Apr6s u n g r a n d n o m b r e de t r a v a u x consacr6s/~ t o u t e u n e sdrie de transversales de la c h a i n e et p a r m i lesquels il f a u t s p d c i a l e m e n t citer ceux de Gansser [11,12] c e t t e id6e ne cessa de se r e n f o r c e r . R d c e m m e n t D e w e y et Bird [8] l ' o n t m o d e r n i s 6 e en l ' a d a p t a n t ~ la t e c t o n i q u e
145
de plaques et en prenant dans l'Himalaya le type des chai'nes dites de collision. En fait la d6finition de ce type de chafne restait tr6s g6ndrale et le besoin s'est rite fait sentir de d6finir les chafnes himalayennes de fa~on plus exacte. De r~cents essais sont dus ~ Powel et Conaghan [28], puis Le Fort [19]. L'essai que nous pr6sentons envisage les choses d'un point de vue presque exclusivement structural, en d6taillant des idles d6jfi expos6es ailleurs [21 ] et en nous appuyant essentiellement sur les travaux r6cents de l'6quipe g6ologique franqaise du N6pal, et en particulier sur ceux de Colchen, Le Fort et Pecher [7,18,19,26]. En raison de l'6norme travail qui reste ~ faire sur le terrain, il est 6vident que le module d'6volution de la chafne que nous avons adopt6 dolt dtre considdr6 comme provisoire; il nous a cependant paru utile de pr6senter un sch6ma tectonique coh6rent, ne serait-ce que pour servir de base aux discussions qu'on ne manquera pas de consacrer, dans les ann~es ~ venir, ~ ce type de chaine.
2.1. Les diffOrentes Otapes de la formation de l'Himalaya (Fig. 1) 2.1.1. La p~riode oc~anique ant~-chafne Les r6sultats acquis ces derniSres ann6es en tectonique globale nous obligent & admettre qu'il existait, au M6sozoique, un tr~s large oc6an situ6 entre le continent asiatique au Nord et le continent indien au Sud. I1 ne reste presque rien de cet immense oc6an; les seuls t6moins qui en subsistent se trouvent dans une 6troite cicatrice correspondant ~ l'Ouest, ~ la haute vall6e de l'lndus [11] et se prolongeant vers l'Est par celle du Tsangpo. Lg affleurent en effet des roches basiques et ultrabasiques, associ6es g des s6diments marins du Jurassico-cr6tac~ comprenant des flyschs et des radiolarites. En fait cette zone de suture reste encore tr6s mal connue, et dans la partie est de la cha~ne, elle commence seulement ~ 6tre individualis6e
[s]. 2.1.2. La formation de la chafne transhimalayenne du Tibet Au Nord de la suture de l'Indus et du Tsangpo, on rencontre des terrains jurassiques et cr~tac6s pliss6s, travers6s par des intrusions granitiques et recouverts en discordance par des niveaux volcaniques (dont des
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L4 Fig. 1. Schema m o n t r a n t l'~volution possible du domaine himalayen depuis le M~sozoi'que. (1) Stade cr~tac~ m o n t r a n t une large zone oc~anique s'enfon~ant par subduction sous la chai'ne transhimalayenne. (2) Collision (d'~ge ~oc~ne probable). (3) F o r m a t i o n du MCT '~ l'Oligo-mioe~ne. (4) Etat actuel, apr~s formation du MBT. Sur cette figure, on a suppos6 qu'~ partir de la collision, la suture du Tsangpo et la chafne transhymalayenne restaient fixes; les chiffres indiqu~s correspondent donc •~ la valeur du raccourcissement absorb6 dans la cha~ne de l'Himalaya. En fait, on sait, q u ' a u Nord de cette suture, le continent asiatique a subi une importante d6formation [23] contemporaine de l'avanc~e du continent indien. A u x stades 3 et 4 il aurait donc fallu d~placer cette suture de plusieurs centaines de kilom~tres vers le Nord.
dacites et des and6sites) d'~ge c~nozoique et parfois attribu6s au Pal~og6ne [38] ; on suppose g6n6ralement qu'il s'agit d'une cha/ne d'~ge cr6tac6 [5]. On peut consid6rer qu'il s'agit lfi d'une cha~ne de type p6ripacifique [28]). Celle ci se serait form6e, comme les Andes, en bordure d'un oc6an, et au dessus d'une zone de subduction oc~anique (Fig. 1).
2.1.3. La collision Elle se produit lorsque le continent indien arrive au contact de la chai'ne transhimalayenne. C'est alors que se forme l'6troite suture de l'Indus et du Tsangpo off affleurent des Ophiolites et d'ofi partent des nappes de glissement [11]. En dehors du Kailas et r6cemment du Tsangpo [5] peu de choses sont encore connues sur sa structure de d6tail; ce serait pourtant capital, car aucun autre exemple de ce type de suture n'est connu au monde. En outre on ne connaft pas l'importance de la d6formation qui a alors affect6 la partie tout ~ fait
146 frontale du continent indien. Sur la Fig. 1 nous avons suppos6 qu'elle restait modeste. L'fige de cette collision reste encore mal connu; on peut envisager que les olistostromes du Cr6tacd sup6rieur en sont la premiOre manifestation, mais il est plus logique de consid6rer que la collision n'est vraiment effective qu"a partir du moment ott le domaine m a r i n a entiOrement disparu, c'est-~-dire "a l'EocOne qui coincide effectivement avec un changement pal~og6ographique important [11 ]. Cependant en raison de l'absence de d6pots cdnozoiques dans la zone du suture de l'lndus, la tectonique reste mal datde de sorte que l'on peut envisager que les mouvements se poursuivent jusque dans l'Oligoc0ne.
2.1.4. La formation du "main central thrust" (MCT) A une dpoque nettement post&ieure, puisqu'on la situe commun6ment au Mioc0ne (mais d'apr0s des donn6es g6ochronologiques r6centes [13] elle aurait d6but6 fi l'Oligoc0ne), il s'est form6, au sein du continent indien, un tr0s grand chevauchement qui, dans l'Himalaya central a 6t6 appel6 MCT [2,10 12,19,28]. Pr6cisons en les caract0res.
(a) Ce chevauchement correspond gl un cisaillement qui affecte l'Ocorce toute entiOre. En effet, le compartiment septentrional chevauchant a une 6paisseur observable qui atteind 15 km dont 5 km de Pr6cambrien cristallin et 10 km de Pal6ozoique M&ozoique. Quant au compartiment m6ridional chevauch6 dont la pattie sup6rieure est tr0s probablement surtout form6 de Pal6ozoique il montre une @aisseur visible de 5 km ~ 10 km (Fig. 2). S
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Fig. 2. Coupe schdmatique ~ l'dchelle de l'6corce de l'Himalaya au niveau du N6pal Central. Barrd oblique = manteau; grisd = socle pr6cambrien; blanc = Pal6ozoi'que et Mdsozo~que; pointill6 = Mio-plioc6ne des Siwaliks; Tiret6 = schistositd ou foliation. Entre le MCT et le MBT nous avons dessin6 un seul chevauchement majeur; en fait la structure de ddtail de cette zone reste mal connue, et toute une s&ie de chevauchements et (ou) d6collements peuvent accompagner la d6formation d'ensemble reprdsent~e ici.
Or un accident affectant de telles 6paisseurs de terrains, se produit n6cessairement/l 1'6chelle de l'6corce toute entiere.
(b) Le MCT, qui est subhorizontal sur de grandes distances, a une flOche qui atteind 100 kin. Or, aussi bien le style de la d6formation qui est associ6e/~ ce contact que les paragen0ses du m6tamorphisme qui l'accompagne, conservent des caract0res/~ peu pros 6quivalents depuis la partie la plus interne jusqu'h son front [3]. On peut en conclure que ce cisaillement de l'6corce avait ~ l'origine un pendage faible. On est donc en pr6sence d'une v6ritable subduction continentale, offrant des analogies avec certaines zones de subduction ocdaniques [20].
(e ) Une dk/brmation plastique irks importante accompagne ce chevauchement [26]. Le hmg du MCT, amenant les gneiss du Pr~cambrien sur les schistes 6pizonaux du PalOozoique, la d6formation plastique est tellement importante que la faille elle mOme n'est pas visible sur le terrain; c'est une faille "ductile" ayant une 6paisseur de plusieurs centaines de m0tres; de la sorte on passe insensiblement, de haut en bas, des gneiss h disth0ne, aux schistes 6pizonaux. La d6formation plastique se manifeste par des plans d'anisotropie d'origine mOcanique, correspondant ~t une foliation darts les gneiss et h une schistosit0 darts les schistes, avec tousles intermOdiaires; foliation et schistosit6 sont subparall01es au MCT. Darts la zone de faille on remarque souvent des plans, subparall01es la foliation-schistosit6, qui montrent des traces de mouvements marqu6es par des stries parfois soulignOes par une chlorite verte rOtromorphique et tardive (estonite) [26] ;ces stries qui ont une direction N 20 peu pros perpendiculaire h la direction du MCT, sont pour le moment les seules traces claires du chevauchemerit vers le Sud. Le domaine de la schistositO et de la foliation n'est pas localis6 au MCT; il affecte une tranche de terrain observable de 15 h 20 km d'~paisseur totale. Au Sud tout le compartiment chevauch6 est affect6 par une schistosit6 de flux; au Nord dans le compartiment chevauchant le front sup&ieur de schistositd n'apparMt qu'h plus de 10 km au-dessus du MCT, et on y passe progressivement, de bas en haut, d'une foliation dans les gneiss du PrOcambrien, ~ une schistosit6 de
147 flux dans le Pal6ozofque; le front sup4rieur de schistosit6 se situe dans le M6sozoique [7]. Sur 20 km d'6paisseur on a donc, une schistositdfoliation manifestement li6e au fonctionnement du MCT puisque son intensit6 est maximum au niveau du MCT et qu'elle lui reste "~peu pres parall61e. On peut noter c'est cette schistosit6-foliation qui est responsable de l'allure monoclinale apparemment tr6s simplede de ces r6gions himalayennes. En fait, lorsqu'on examine la d6formation en d6tail, on constate rapidement que la tectonique est polyphas6e. Ainsi on peut souvent distinguer plusieurs schistosit6s, et plusieurs phases de plissement. A la suite des travaux de Colchen [7], Le Fort [18] et Pecher [26] on peut consid~rer qu'il existe 3 ou 4 phases. Cependant il existe toujours une phase 1 majeure, responsable de l'essentiel de la dOJbrmation et se manifestant par une schistositO ou une foliation S~, en moyenne parallele/t la stratification So; on ne voit qu'exceptionnellement des plis admettant S~ comme plan axial. La phase 2 se manifeste par une schistosit6 foliation $2, qui est pratiquement parall~le/t S~ de part et d'autre du MCT, mais qui arrive/~ lui 6tre l~gerement oblique quand on s'en 6carte; c'est g cette phase 2 que correspond la plupart des microplis visibles. Souvent on enest r6duit/t parler d'une phase 1-2, ce qui se comprend tout/t fait avec un chevauchement de cette ampleur dont la raise en place a pu durer plusieurs millions d'annees. La phase 3 correspond des plis/~ plans axiaux redress6s, nettement obliques h S1 et $2 et parfois soulign6s par une schistosit6 de st rain-slip $3.
{d) Ce chevauchement est dTzge oligo-miocOne. En l'absence de niveaux dat6s seule la g6ochronologie permet d'avoir une idle de l'fige du MCT en datant les min&aux du mdtamorphisme qui accompagne la d6formation plastique li6e au MCT. Or ces figes se situent le plus souvent entre 10 et 25 millions d'ann6es [2], ce qui nous situe nettement au Miocene. I1 n'en reste pas moins qu'il ne s'agit que d'figes apparents ponctuels faits ~ l'aide de la m6thode K - A r et que de ce fait la datation reste encore impr6cise. I1 faut,/~ notre avis, attendre des figes 39Ar- 4°Ar et Rb Sr sur les granites syn fi post tectoniques qui apparaissent dans la haute chaine [ 17]. L'un de ceux ci vient d'ailleurs de fournir un fige R b - S r de 28,8 millions d'ann6es. [19], c'est-h-dire Oligoc6ne su-
p6rieur; il montre que le MCT a d~j/l fonctionn6 avant le Mioc6ne. D'apr~s Le Fort ce granite est affect6 par la phase 2 et post6rieur ~ la phase 1 [17] ; dans ce cas le MCT se serait form6 ~ l'Oligoc+ne et aurait continu6 fonctionner au Mioc+ne, jusqu'/~ une date qui reste encore inconnue; on peut noter que si le mouvement le long du MCT s'est fait/~ la vitesse de 2 cm/an chiffre qui est tr6s raisonnable la dur6e totale de fonctionnement du MCT peut atteindre 10 millions d'ann6es.
2.1.5. Formation du "main boundary thrust" (MBT) C'est ainsi que l'on nomme le chevauchement probablement encore actif, qui am6ne en contact les formations m6tamorphiques septentrionales et le Mio-Plioc6ne des Siwaliks. Ce dernier est caract6ris6 par la pr6sence de plis isopaques sans schistosit6 et par l'existence de failles inverses fi pendages forts. Le MBT lui-m6me est g6n6ralement un accident redress4. Les plis, tels celui du Mahabharat qui, au Nord du MBT, replisse le MCT, se sont probablement form6s en m6me temps que le MBT. On peut consid4rer que les s6ismes de l'Himalaya sont localis6s sur le prolongement en profondeur du MBT (Fig. 2). 2.1.6. Conclusions On voit que la spectaculaire tectonique tangentielle de l'Himalaya ne correspond pas au chevauchement de la plaque indienne par la plaque asiatique, mais/l un chevauchement affectant la bordure nord de la plaque indienne; de plus cette subduction continentale est tout ~ fait distincte de la suture due/l la collision puisqu'elle se produit nettement au Sud de cette suture et qu'elle semble post6rieure. Les nappes de l'Himalaya ne sont donc pas/t proprement parler des nappes de collision; elles succ~dent/t la collision. On peut noter en outre que notre module (Fig. 2) diff~re tr~s nettement de celui qui vient d'6tre propos6 par Powel et Conaghan [28]. Le notre admet au niveau du N6pal un raccourcissement de 300 h 500 km alors que le leur admet environ 1500 km. Notre chiffre se d6duit de la coupe interpr6tative de la Fig. 2. On arrive au m6me ordre de grandeur l'aide du raisonnement g6n4ral suivant: dans l'Himalaya la compression a, en moyenne, au moins doubl6 l'6paisseur de l'6corce, en formant une racine de 30 kin. Comme la chafne a environ 250 km de large, on obtient ainsi un raccourcissement d'au moins 250 km.
148 En fait ce chiffre doit 6tre augment6 car la racine de la cha~ne d~passait certainement 30 kin; en effet, actuellement, sous la haute chafne la base de la croute se trouve probablement ~ 70 km, et ceci malgr6 une ~rosion tr~s importante qui, par endroit, a enlev6 au moins 10 ~ 20 km de terrain puisqu'on trouve actuellement en surface des roches/l disth~ne. On peut dans ces conditions facilement envisager 100 km de raccourcissement suppl6mentaire. On arrive encore ~un ordre de grandeur comparable en additionnant la valeur des diff~rents chevauchements; en effet, la fl~che du seul MCT doit atteindre 150/~ 200 km et celle du MBT 100 fi 150 km. On obtient ainsi entre 250 et 350 km de rapprochement; or il faut ajouter ce chiffre une valeur de d~ptacement correspondant la ddformation par cisaillement simple du compartiment situ~ entre le MCT et le MBT. Comme cette valeur atteind facilement 100 km on obtient un total de 350 h 450 km, c'est-fi-dire, notons le, un chiffre tout/~ fait comparable ~ celui calculi par Gansser [12]. ke chiffre de 1500 km est uniquement bas~ sur les r6cents r~sultats de la tectonique globale; les auteurs ont suppos6 que tout le mouvement relatif post collision entre la plaque indienne et ta plaque asiatique (qui se d~duit de l'~tude des anomalies magn6tiques des oc6ans atlantique et indien) avait 6t6 absorb~ au niveau de la cha]ne de l'Himalaya; de ce fait ils ont 6t6 amen6 g doubler l'~corce non seulement sous l'Himalaya mais aussi sous tout le Tibet, comme le firent ddj/~ Argand et Holmes. Ce raisonnement para~t h premiere vue irr~prochable; en effet m6me s'il subsiste des incertitudes sur l'fige de la collision, on sait ddsormais que depuis 40 millions d'ann6es la vitesse de rapprochement Inde-Asie est d'environ 5 cm/an [23] ; on obtient donc un raccourcissement atteignant respectivement 2000 km et 1250 km pour des collisions d'fige 6oc~ne supdrieur (40 millions d'ann6es) et d'gge miocene inf6rieur (25 millions d'ann6es). En r6alit~ ce raisonnement dolt ~tre nuanc6 dans la mesure o~ la d~formation r~sultant de la collision ne se produit pas seulement au niveau de l'Himalaya, mais aussi au sein du continent asiatique. Or on se trouve tr~s probablement dans ce cas; Molnar et Tapponnier [23] viennent en effet de montrer qu'une grande partie de l'Asie nord himalayenne, en particulier le Tien Shan, la Mongolie, et le Nord-Est de la Chine a subi d'importantes d6formations
rdcentes control6es par de grands d6crochements; ils envisagent qu'entre 500 et 1000 km de rapprochement aient pu 6tre ainsi absorb6s. Dans ces conditions il est clair qu'on ne peut plus se baser sur les donn6es de la tectonique globale pour d6terminer la valeur du raccourcissement correspondant la cha~ne de l'Himalaya. De la sorte les 6tudes tectoniques de la chaine reprennent toute leur importance.
3. Le m6canisme himalayen de gen6se des schistosites subhorizontales Nous avons vu que l'on rencontre dans l'Himalaya des schistosit~s ou des foliations qui sont horizontales, ou ~ pendage faible, qui apparaissent sur des distances transversales fi la chafne de 100 km et qui affectent une tranche de terrain de 20 km d'~paisseur (Fig. 4 et 5). Nous avons vu aussi que cette schistosit~-foliation S1 ou Sl-z ~tait li6e au fonctionnement du MCT. I1 est d6s lors ~vident qu'ici la gen6se de la schistosit~-foliation est li6e ~i un couple se produisant/t l'6chetle de l'~corce et que nous sommes en pr6sence d'une dOformation rotationnelle. On peut donc consid~rer que le m6canisme 61~mentaire appel6 cisaillement simple (simple shear) et dont les caract~ristiques sont bien connues [31,32] joue un r61e pr6dominant dans la gen~se de cette schistosit&
(1} La schistositO sous le MCT. Cette interpr6tation est particuli~rement claire pour les s6ries situ6es sous le MCT, qui montrent partout une lin6ation d'allongement, de direction remarquablement constante ~ peu pr6s perpendiculaire /~ la trace du MCT, en ayant une direction moyenne N 20 Est [26,19,14]. Des conglom6rats ou des microbr+ches intercal6es dans la s6rie permettent parfois d'avoir une idle de la forme de l'ellipsoide de d6formation (celle ci est d6termin~e lorsqu'on connait X / Y et Y/Z, X, Y e t Z 6tant respectivement le grand, le moyen et le petit arc de l'ellipsofde). Sur un affleurement (situ6 fi 6 miles h I'WNW de Pokara) nous avons par exemple observ6 un conglom~rat d~form~ avec X / Y proche de Y/Z et ayant des valeurs variant de 3/i 6. On peut ~galement avoir une id6e de l'ellipsoi'de de d6formation dans les intercalations de gneiss
149 oeill6s d'Uleri qui correspondent h d'anciens niveaux volcano-s6dimentaires schistos6s [26] dont les porphyroclastes on dt6 allong6s et parfois tron~onn6s. Dans les parties m6tamorphiques on a toujours une lindation min6ralogique, correspondant ~ l'allongement des mindraux; sur certains de ceux ci se greffent parfois des queues de cristallisations. Parfois enfin on remarque une lin6ation d'intersection, parall~le aux pr4c6dentes, g6ndralement soulign6e par des rods de quartz. On a ainsi sous le MCT une 6paisse s6rie qui est tr~s nettement allong6e dans une direction qui correspond ~ celle des stries chaudes qui soulignent le mouvement le long du MCT; cet altongement est de plus sub parall61e ~ la stratification, laquelle est remarquablement monoclinale et presque exempte de plis [26,18]. Nous pensons que dans ces conditions il est tout fait logique d'interpr6ter la d6formation des s6ries schistos6es comme due ~t un "cisaillement simple" d'6chelle plurikilom6trique provoqu6 par le fonctionnement du MCT; on peut consid6rer en outre que dans ce cisaillement simple la stratification 6tait proche du plan de glissement et que, de ce fait, il ne s'est pas produit de plissement; par contre il s'est certainement produit une multitude de glissements le long de cette stratification de sorte que la d6formation continue correspondant au cisaillement simple se combine avec une d6formation discontinue correspondant aux glissements, suivant un module qui a 6t6 discut6 par Schwerdtner [35]. 11 est probable en outre, qu'on ne soit pas en pr6sence de cisaillement simple tout ~t fait typique, mais d'un m6canisme o6 le cisaillement simple est seulement le m6canisme dominant et o6 par cons6quent Y ne reste pas invariant au cours de la d6formation.
3.1. Le probl&ne du plissement On est en pr6sence d'une s6rie tr~s d6form6e mais qui, malgr6 cela ne montre que tr~s peu de plis synschisteux comme l'a par exemple d6montr6 Pecher [26] par une cartographie d6taill6e du Sud de FAnnapurna. De plus les seuls plis qui se rencontrent sont de taille modeste, apparemment toujours plus petits qu'hectomdtriques; de la sorte on peut vraiment dire que le plissement joue un rSle presque n6gligeable si on consid~re le volume total des s6ries d6form4es. II
s'agit l~ d'un caract~re tectonique tout ~ fair remarquable qui nous parait extr6mement important. On peut noter en outre que la plupart des plis qui ont 6t6 signal6s ont des axes parall~les ~ la lin6ation d'allongement ce qui paratt ~ premi6re vue incompatible avec l'hypoth6se du cisaillement simple. 11 faut cependant d'abord noter que ces plis sont rares et qu'il en existe aussi qui sont perpendiculaires h la direction d'allongement. Enfin il est g4n6ralement tr6s difficile de s6parer les plis 1 et 2. Mais si l'on admet que l'on est en pr6sence d'un cisaillement off les vecteurs d6placements ne sont pas parall~les comme dans le cisaillement simple, mais 16g~rement convergents, on arrive facilement ~ expliquer ces plis. En effet dans ce cas il se produit un raccourcissement, non seulement suivant Z mais aussi suivant Y.
(2) La schistosit~ au-dessus du MCT. La d6formation des s6ries situ6es au-dessus du MCT est moins simple [7,2]. On ne trouve plus, comme sous le MCT, une lin6ation d'allongement g~n6ralis6e de direction N 20 Est, il est au contraire fr4quent de trouver une lin6ation d'allongement en gros parall61e au MCT c'esti-dire perpendiculaire ~ la pr6c6dente. La tectonique est nettement polyphas6e et, ~t partir d'une certaine distance du MCT, des structures pliss~es d'6chelle au moins kilom6trique apparaissent clairement. On trouve ainsi souvent des plis sub-isoclinaux dont le plan axial correspond h une schistosit6-foliation et dont les axes sont parall+les ~ la lin6ation d'allongement; il semble qu'il existe au moins 2 phases de plis isoclinaux synschisteux; $2 est souvent parall~le 8 $1. On rencontre d'importants plis tardifs post schistosit6-foliation, qui viennent parfois s6rieusement perturber l'allure monoclinale tr~s simple des schistosit6s-foliation $1 et $2. Une des caract6ristiques les plus marquantes des plis isoclinaux synschisteux est de montrer, darts la r6gion du Dauhlagiri, un d6versement vers le Nord [2] alors qu'on s'attendrait au contraire ~ un diversement vers le Sud, correspondant au chevauchement vers le Sud du MCT. Cette anomalie est difficile h expliquer si, comme on l'admet actuellement, ces plis correspondent h la phase 1. On peut ~t la rigueur envisager que la gravit6 air jou6 un r61e grace au plan inclin6 vers le Nord que formait la dalle du Tibet.
150
(3) Les relations entre les isogrades du mOtamorphisme et le MCT. On trouvera dans l'article de Le Fort
pas simples. En fait le m6tamorphisme commence seulement fi 6tre dtudi6 en d~tail, et, au N@al il faut attendre le rOsultat des 6tudes de Le Fort, Pecher et Brunel. Signalons en outre que l'on rencontre au-dessus du MCT, c'est-h-dire dans le compartiment chevauchant, des leucogranites et des pegmatites (parfois boudin6es) dont les relations pr6cises avec le m~tamorphisme et les diff&entes phases tectoniques sont en cours d'~tude.
[18] ainsi que dans la courte note de Pecher [26] une mise au point sur ce probleme. L'essentiel peut etre r6sumd ainsi: (a) Le mdtamorphisme est polyphasd comme la tectonique. On distingue au moins 3 phases de m6tamorphisme plus ou moins contemporaine des phases tectoniques. (b) Le compartiment chevauchant montre le mdtamorphisme le plus fort; fi la base on a des parageneses fi disthene, grenat et 2 micas. (c) Dans le compartiment chevauch6 le mdtamorphisme est plus faible car il n'est gdn&alement qu'@izonal (chlorite, muscovite) sauf fi proximit4 du MCT o/1 on rencontre des paragen+ses fi grenats et 2 micas. Le Fort et Pecher pensent que ces parageneses appartiennent fi un m6tamorphisme n4 avec des isogrades inverses, cette disposition anormale dtant due un effet dit de "fer fi repasser" qui, fi mesure qu'il avance, chauffe la partie sup&ieure de son substratum. Comme ce m~tamorphisme a g~om6trie tr6s spdciale n'est rattach~ par eux qu'~ la deuxieme phase de mdtamorphisme, elle m6me post&ieure fi la premiere phase de d6formation responsable de l'essentiel des schistosit4s-foliation, on voit que les choses ne sont
4. Complication du module himalayen La Fig. 1 montre les diff&entes 6tapes de formation de l'Himalaya. On voit qu'actuellement le MCT est tout fi fait inactif et que le mouvement se produit le long du MBT. Cette disposition peut ~ notre avis s'expliquer de fat;on assez simple. Le fonctionnement d'un MCT, c'est-fi-dire l'enfoncement d'une &orce continentale sous une autre, est un phdnomene de dur~e limitde: en effet, comme on l'a d6jh souvent signald [20], on ne peut pas enfoncer ind6finiment de l'dcorce continentale ldgere dans un mangeau de densitd plus forte; au bout d'un certain temps la valeur de la poussde d'Archimede devient suffisamment forte pour emp6cher tout nouvel
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Fig. 3. M6canisme possible de formation d'une chMne caract~ris~e fi la fois par une grande largeur et une schistosit~-foliation de faible pendage. Les stades 1 et 2 correspondent au MCT at au MBT de la chafne hhnalayenne actuelle; les stades 3 puis 4 correspondent g ce qui se produira si le continent indien continue de se ddplacer ~ la m6me vitesse, avec un taux de raccourcissement himalayen comparable. Dans ce cas, le continent indien est peu ~ peu repris dans une chMne dont le front avance.
151 enfoncement. Le MCT cesse alors de fonctionner et le syst0me se bloque. On pout consid&er qu'alors il se forme un nouveau grand cisaillement dans une zone plus fragile, c'est-fi-dire fi croute moins 6paisse, c'esti-dire encore dans une rOgion plus externe. On pout trOs logiquement consid&er que ce nouveau cisaillement correspond fi l'actuel MBT, qui serait en quelque sorte un MCT en train de se former; on pout ainsi considOrer que des schistosit~s et foliations subhorizontales se forment actuellement en profondeur le long de ce MBT et que les 6picentres de tremblements qui le jalonnent sont des tOmoins de son fonctionnement (Fig. 2). I1 est clair que si le continent indien continue ~ se rapprocher de l'Eurasie, pendant une dur6e suffisammerit longue, le MBT finira lui m0me par se bloquer, et qu'un nouveau cisaiUement se produira dans une zone encore plus externe. En gdn6ralisant ce mdcanisme on voit qu'il est thdoriquement possible de transformer tout le continent indien en chafne de montagne; celle ci sera form~e par toute une s6rie de cisaillements emboit6s; elle sera tr~s large, et 6videmment d'autant plus jeune que plus externe. Nous pensons qu'il s'agit 1,~ d'un type de chafne qui n'a pas encore ~td envisag6, et que ce module peut s'appliquer ~i des chai'nes anciennes caract6risdes ~ la lois par une grande largeur et par une s&ie de grands cisaillements gdn&ateurs de schistosit~s-foliations plates. Ce mod01e convient, ~ notre avis, "a certaines parties de la chaine hercynienne d'Europe occidentale qui comme on le sait est anormalement large et aux larges trongons de la chafne panafricaine (dont l'fige se situe aux alentours de 600 millions d'anndes). On peut d'ailleurs compliquer encore ce module de chafne himalayenne en invoquant des cisaillements plus nombreux et de plus petites dimensions, ce qui aboutit au sch6ma de la Fig. 3.
schistosit6s ou foliations horizontales sur des surfaces considOrables. Si l'on excepte le mdcanisme himalayen on ne peut alors invoquer que deux mdcanismes: le diapirisme et la distension. Dans le premier cas des schistosit6s subhorizontales peuvent se former au sommet d'un diapir; ce mod0le a ~td illustr6, expOrimentalement par Ran> berg [29,30] et gOologiquement par J.G. Ramsay [34]. Darts le cas d'une distension on est en prOsence de failles normales en surface; mais celles-ci passent n6cessairement vers le bas ~ des failles ductiles puis ~ une d&ormation plastique [9] ; il pout alors naftre une schistosit6 horizontale [4]. En fait le cisaillement simple himalayen et la distension sont toujours faciles h distinguer ~ I'aide des structures de compression ou de distension qui los accompagnent: de la sorte seuls les effets du diapirisme peuvent 6tre confondus avec ceux du cisaillement simple himalayen. Or, dans ces deux cas l'allure de la dOformation est tr~s diff&ente. Dans le type himalayen la direction d'allongement garde une direction ~ peu pros constante sur de tr~s grandes surfaces et cette direction est peu pros perpendiculaire ~ la direction de la chaine. De plus le cisaillement simple se fait partout dans le mOme sons, vers l'extOrieur de la chalne. Dans le type diapirique la direction d'allongement varie considOrablement ~ l'Ocbelle du dome diapirique [34].
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5. Discussion sur l'application du module himalayen d'autres r6gions Quortzttes
Une importante question consiste ~ savoir si ce mod+]e himalayen s'applique ~ d'autres chafnes, rOcentes ou anciennes, ou s'il s'agit d'un modele exceptionnel. Cette question se pose d'autant plus que l'on rencontre trOs souvent, dans les chaines, des
Gneiss
C.alcoire
Fig. 4. Coupe montrant Failure d'ensemblc de la schistositOfoliation $1 et de la stratification So de part et d'autre du MCT sur la transversale du Massif de l'Annapurna. D'aprOs [7,19,26]. On voit que la structure d'ensemble est extrOmement simple si l'on excepte les plis tardifs qui replissent So et S~.
152 sitds plates sur de grandes distances avec une direction d'allongement constante, l'argument le plus ddcisif est le plus souvent fourni par l'allure transversale de cette
direction d'allongernent par rapport gl la direction de la chafne.
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Dans l'Himalaya cela est vrai sur 1500 km, depuis le Bhutan fi l'Est [11] dans tout le N6pal [14- 19] et jusque dans le Garhwal ~ l'Ouest [16].
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5.1. Le problOme des plis parallOles glla lineation d 'allongem en t
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Fig. 5. Schema montrant l'allure de la d~formation majeure de part et d'autre du MCT. La forme des ellipsoldes de d~formation est seulement indicative, car aucune mesure precise n'a encore ~t~ faite. So = stratification; S~ = schistositfi et foliation; L~ = lin6ation d'allongement. (a)- (c) M~canismes possibles de la d6formation li6e au MCT. (a) cisaillement simple, (b) cisaillement simple combin~ avec du glissement suivant So, (c) cisaillement simple avec allongement suivant Y, (d) Exemple de d6formation progressive d'un granite par cisaillement simple (provenant de la pattie Sud du Massif Central et r~colt~ par P. Matte). La schistosit~ apparM't progressivement; elle fait d'abord un angle fort (d'environ 45 °) avec le plan de cisaillement; cet angle diminue ensuite au fur et '~ mesure que la d~formation augmente, jusqu'fi des valeurs faibles; l'allongement est alors tr?~snet. Cet ~chantillon fournit un module r~duit de la d~formation situde sous le MCT.
Th~oriquement il doit donc 6tre tout ~ fait possible, l'aide d'une 6tude d6taill~e de l'ellipsoide de d6formation, de distinguer les deux cas. En d~finitive, lorsqu'on est en pr6sence de schisto-
Rappelons qu'on a souvent consid6r6 que l'existence de plis ayant des axes parall~les/~ la lin6ation d'allongement, 6tait une objection/~ l'hypoth6se du cisaillement simple. En effet avec de tels plis l'hypoth~se la plus couramment retenue est celle d'un allongement provoqu6 par l'allure courbe des axes des plis, c'est-/~-dire du une virgation fi d6versements divergents et effectivement des exemples tr~s convaincants de ce type de m~canisme ont 6t6 d6crits [6,22]. Mais cette explication est loin d'6tre la seule. On connMt en effet beaucoup d'exemples de plis parall~les ~ la direction d'dcoulement de la mati6re et on en a fourni une explication depuis tr6s longtemps [6]. Nicolas et ses collaborateurs [24,25] viennent d'en d6crire de tr6s beaux exemples dans le Massif de Lanzo; pour expliquer cette g6om6trie, ces auteurs supposent tout simplement que X / Y est sup6rieur fi Y/Z. Un autre exemple qui pr6sente d'ailleurs l'avantage de fournir un mod61e r6duit de l'Himalaya (avec cependant des structures plus lin6aires) a 6t6 ddcrit en Ecosse sous le c61~bre chevauchement du Moine (6quivalent du MCT) par Wood [37]. L~ encore on rencontre des plis ~ la fois parallfiles au grand axe de l'ellipsoi'de de d6formation et parall~les fi la direction de mouvement du chevauchement; de plus ici l'allure de l'ellipsoide a 6t6 d6termin6e; ses axes sont dant le rapport 25-1-0,9, ce qui correspond effectiveinent un ellipsoide tr6s allong& Donc d'une faqon g6n6rale, il est clair que l'hypoth6se du cisaillement simple n'est pas incompatible avec l'existence de plis parall~les fi la direction de d6placement; de plus, comme d~jfi signal6, si on invoque des grands cisaillements correspondant/t des d6placements convergents o u divergents comme cela paraft tout fi fait possible, on peut arriver ~ former des ellipsoides de d6formation et des plis de formes tr~s complexes.
153
5.2. Conclusion
R~f&ences
A la suite des remarques ci-dessus, nous pensons que le module himalayen s'applique/l certains tron~ons de la chMne Scandinave, d o n t la lindation transversale [ 6 - 1 5 ] est pour nous t o u t ~ fait analogue/~ celle de l'Himalaya. Nous avons en outre montr6 [21 ] que le module himalayen pouvait 6tre assez bien appliqud au tron~on de chaine hercynienne du Massif Central frangais. Enfin, le tr~s grand c h e v a u c h e m e n t des Alpes autrichiennes dont l ' i m p o r t a n c e est attestde par la
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fen6tre des Hohe Tauern, semble lui aussi prdsenter des analogies avec l'Himalaya. Ainsi, il appara~t que le mdcanisme de type himalayen n'est pas un mdcanisme exceptionnel. I1 intervient assez souvent; ses conditions d'apparition restent cependant e n c o r e / t ddterminer.
6. Conclusions L ' H i m a l a y a nous fournit un module de chaine qui, a une certaine 6chelle, se r6v~le tr~s simple p u i s q u ' o n peut considdrer que l'essentiel de la d6formation correspond ~t du cisaillement simple qui se produit fi l'6chelle de l'6corce et qui accompagne un grand c h e v a u c h e m e n t crustal. Ce mod61e de ddformation semble g6n6ral et nous paraft pouvoir s'appliquer ~ de nombreuses chafnes ou tronqons de chafnes caractdris6s par des schistositds ou foliations subhorizontales supportant une lindation d ' a l l o n g e m e n t de direction ~ peu pros constante.
Remerciements Je remercie tr~s vivement M. Colchen, P. Le Fort, et A. Pecher, qui, darts le cadre de la R.C.P. N6pal m ' o n t invit6, en compagnie de J. Andrieux, files acc o m p a g n e r en N o v e m b r e 1973 lots d'une mission effectude dans le Massif de l ' A n n a p u m a . Nous avons eu sur le terrain de tr~s stimulantes discussions qui sont p o u r une grande part ~ l'origine de cet article. Ce manuscrit a 6t6 critiqu6 par F. Arthaud, P. C h o u k r o u n e , F. Proust et P. Tapponnier; j'ai eu, avec ce dernier, de pr6cieux 6changes de vue sur ia Tect o n i q u e de l'Asie.
154 22 P. Matte et A. Ribeiro, Les relations entre les directions d'allongement maximum et la direction de plissement dans les virgations de Galice et de Castille (r~sumfi), R6un. Ann. Sci. Terre, Paris (1973) 292. 23 P. Molnar et P. Tapponnier, Recent tectonics of Asia. Consequences of a continental collision, Science (1975), in press. 24 A. Nicolas, J.L. Bouchez et F. Boudier, Interpretation cin~matique des d~formations plastiques dans le Massif delherzolitedeLanzo, Tectonophysics 14 (1972) 143 171. 25 A. Nicolas et F. Boudier, Interpretation cin,~matique des pits dans les p~Sridotites alpino-types: application '~ d'autres domaines soumis "al'dcoulement plastique (r6sunr6), R6un. Ann. Sci. Terre, Nancy (1974) 298. 26 A. Pecher, M~tamorphisme et tectonique en r~gime de subduction intracontinentale. L'exemple du Massif des Annapurnas (r&umt~), R6un. Ann. Sci. Terre, Nancy (1974). 27 C.M. Powell et P.J. Conaghan, Polyphase deformation in phanerozoic rocks of the Central Himalayan gneiss, northwest India, J. Geol. 81, 2 (1973) 127-143. 28 C.M. Powel and P.J. Conaghan, Plate tectonics and the
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