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Pergamon Joumal of African Earth Sciences, Vol. 24, No. 1/2, pp. 141-151, 1997 © 1997 Published by Elsevier Science Ltd All rights reserved. Printed in Great Britain PIh S0899-5362(97)00032-8 o8995362/97~17oo + o.oo AIt6ration d'un basalte triasique de la rdgion d'Elhajeb, Moyen Atlas, Maroc E. M. HAMIDI, B. BOULANGI~ et F. COLIN UM GECO, Universit6 d'Aix-Marseille Ill, Europ61e mdditerran6en de I'Arbois, BP 80, 13545 Aix- En-Provence cedex 4, France R6sum6--Le basalte triasique d'Elhajeb fait partie de la sdrie thold~tique associ~e I'ouverture de I'Atlantique. Ces basaltes sont formds de plagioclases (34%, labrador- bytownite), de pyrox~nes (28%, augite et pigeonite), de titanomagndtite (6%) et d'un verre. Apr(~s leur raise en place, ces basaltes enregistrent deux processus principaux: (1) des circulations de solutions hydrothermales auxquelles sont assocides des produits hypog(~nes (smectite, calcite, talc et quartz) dans les vdsicules et les fissures, et (2) I'altdration par les eaux mdtdoriques. Les premiers stades de I'alt6ration superg~ne des basaltes dans la saprolite cohdrente se traduisent par une transformation du verre en saponite Mg-Fe. Par la suite, les plagioclases et les pyrox(~nes sont pseudomorphosds respectivement par des montmorillonites AI et des saponites Mg-Fe. Dans la saprolite friable, les beidellites AI sont les seules argiles secondaires, auxquelles se rajoutent des oxydes de fer issus de I'altdration des pyrox(~nes au sommet de la saprolite friable et dans le sol. Ces diffdrences mindralogiques et g6ochimiques dans les produits secondaires sont li~es ~ une diffdrence de I'intensitd et des conditions de I'altdration dans chaque faci~.s du profil. © 1997 Published by Elsevier Science Limited. Abstract--The Elhajeb basalt is part of a tholeiitic volcanic series associated with the first stages of the opening of the North Atlantic. This basalt is composed mainly of plagioclase (34 vol% labradorite), clinopyroxene (28 vol%, augite and pigeonite), titanomagnetite (6 vol%) and glass. Two post-deposition processes have affected the Elhajeb basalt: (1) post-magmatic hydrothermal circulation inducing secondary mineral deposition of smectite, talc, quartz and calcite in vesicles and open fractures; and (2) weathering of basalt by meteoric water. The first step in the weathering of basalt induces the transformation of glass to Mg- Fe-saponite. In a second step, plagioclase and pyroxene are pseudomorphed by AI-montmorillonite and Mg-Fe-saponite, respectively, in coherent saprolite. In the friable saprolite, the AI-beidellite is the only secondary product, except for pyroxene, which is replaced by iron oxide at the top of the profile. Differences in weathering intensity and conditionin each part of the profile are responsible for chemical and mineralogical differences in the secondary products. ® 1997 Published by Elsevier Science Limited. (Received 20 September 1 995: revised version received 30 April 1996) INTRODUCTION Dans le domaine Atlasique, les affleurements actuels des basaltes triasiques sont peu apparents en raison des ddp6ts postdrieurs form6s de carbonates (Lias), bien que les couldes se soient largement 6tendues d'Agadir ~ Oujda et de Casablanca ~ Errachidia (Termier, 1948). Ces basaltes prdsents aussi sous forme de dykes sont considdrds comme Permo-Triasique sur des bases stratigraphiques (Termier, 1948) et paldontologiques. Des datations g6ochronologiques donnent des 8ges compris entre 160 et 200 Ma (Westphal et a/., 1979; Manspeizer, 1978; Sebai Journal of African Earth ~ciences 141

Altération d'un basalte triasique de la région d'Elhajeb, Moyen Atlas, Maroc

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Pergamon Joumal of African Earth Sciences, Vol. 24, No. 1/2, pp. 141-151, 1997

© 1997 Published by Elsevier Science Ltd All rights reserved. Printed in Great Britain

PIh S0899-5362(97)00032-8 o8995362/97 ~17oo + o.oo

AIt6ration d'un basalte triasique de la rdgion d'Elhajeb, Moyen Atlas, Maroc

E. M. HAMIDI, B. BOULANGI~ et F. COLIN UM GECO, Universit6 d'Aix-Marseille Ill, Europ61e mdditerran6en de I'Arbois,

BP 80, 13545 Aix- En-Provence cedex 4, France

R6sum6--Le basalte triasique d'Elhajeb fait partie de la sdrie thold~tique associ~e I'ouverture de I'Atlantique. Ces basaltes sont formds de plagioclases (34%, labrador- bytownite), de pyrox~nes (28%, augite et pigeonite), de titanomagndtite (6%) et d'un verre. Apr(~s leur raise en place, ces basaltes enregistrent deux processus principaux: (1) des circulations de solutions hydrothermales auxquelles sont assocides des produits hypog(~nes (smectite, calcite, talc et quartz) dans les vdsicules et les fissures, et (2) I'altdration par les eaux mdtdoriques. Les premiers stades de I'alt6ration superg~ne des basaltes dans la saprolite cohdrente se traduisent par une transformation du verre en saponite Mg-Fe. Par la suite, les plagioclases et les pyrox(~nes sont pseudomorphosds respectivement par des montmorillonites AI et des saponites Mg-Fe. Dans la saprolite friable, les beidellites AI sont les seules argiles secondaires, auxquelles se rajoutent des oxydes de fer issus de I'altdration des pyrox(~nes au sommet de la saprolite friable et dans le sol. Ces diffdrences mindralogiques et g6ochimiques dans les produits secondaires sont li~es ~ une diffdrence de I'intensitd et des conditions de I'altdration dans chaque faci~.s du profil. © 1997 Published by Elsevier Science Limited.

Abstract--The Elhajeb basalt is part of a tholeiitic volcanic series associated with the first stages of the opening of the North Atlantic. This basalt is composed mainly of plagioclase (34 vol% labradorite), clinopyroxene (28 vol%, augite and pigeonite), titanomagnetite (6 vol%) and glass. Two post-deposition processes have affected the Elhajeb basalt: (1) post-magmatic hydrothermal circulation inducing secondary mineral deposition of smectite, talc, quartz and calcite in vesicles and open fractures; and (2) weathering of basalt by meteoric water. The first step in the weathering of basalt induces the transformation of glass to Mg- Fe-saponite. In a second step, plagioclase and pyroxene are pseudomorphed by AI-montmorillonite and Mg-Fe-saponite, respectively, in coherent saprolite. In the friable saprolite, the AI-beidellite is the only secondary product, except for pyroxene, which is replaced by iron oxide at the top of the profile. Differences in weathering intensity and conditionin each part of the profile are responsible for chemical and mineralogical differences in the secondary products. ® 1997 Published by Elsevier Science Limited.

(Received 20 September 1 995: revised version received 30 April 1996)

INTRODUCTION Dans le domaine Atlasique, les aff leurements actuels des basaltes triasiques sont peu apparents en raison des ddp6ts postdr ieurs form6s de carbonates (Lias), bien que les couldes se soient largement 6 tendues d 'Agad i r ~ Oujda et de Casablanca ~ Errachidia (Termier, 1948). Ces

basaltes prdsents aussi sous forme de dykes sont considdrds comme Permo-Triasique sur des bases s t r a t i g r a p h i q u e s ( T e r m i e r , 1 9 4 8 ) et paldontologiques. Des datations g6ochronologiques donnent des 8ges compris entre 160 et 2 0 0 Ma (Westphal e t a/., 1979; Manspeizer, 1978; Sebai

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E. M. HAMIDI e t a l .

5 °20 ` 5o10 , 5 °00 4 °50 ' 4 ° 4 0 ' 4°30 '

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S A I S D E F E S

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I I I I - I I 5~20' 5~10 ' 5 " 0 0 4°50 ' 4°40 ' 4 °30 '

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Figure 1. Carte g6ologique du Moyen Atlas central au 1/100 000 (d'apr6s Martin 1966). *: site d'6tude; 1: socle Hercynien; 2: basalte Triasique; 3: carbonates du Lias; 4: couverture s6dimentaire Crdtac6; 5: basalte Quaternaire; 6: couverture Mio- Plioc~ne et Quaterniare.

eta / . , 1991). Leur mise en place est attribude une tectonique distensive associde & I'ouverture de I 'A t lan t ique (Manspeizer , 1989) . Les similitudes mindralogiques, gdochimiques et gdochrono-logiques permettent d'dtablir une correspondance gdndtique entre ces basaltes et les basaltes tholGl'tiques pdriatlantiques (Afrique, Amdrique du Nord; Bertrand et Coffrant, 1977; Bertrand et al . , 1982). Au Maroc, les basaltes du Trias ont fait I 'objet de travaux d' intdr6t mdtallogdnique (Termier and Termier, 1949), pdtrologique (Bertrand et Prioton, 1975; Bertrand et Westphal, 1977; Bertrand et al . , 1982) et tectonique (Beauchamp, 1988). L'dvolution post6rieure & leur raise en place est lide d'abord ~ une altdration hydrothermale engendran t , & des dchel les r6g iona les ,

d ' importantes variat ions min6ralogiques et gdochimiques (Cogney et al . , 1974; Sadiki, 1991), puis ~ une al t6rat ion m6tdor ique superg(~ne fonction des variations climatiques.

Le but de ce travail est dans un premier temps de faire la part des alt6rations hydrothermale et superg~ne dans la transformation des basaltes du Trias du Moyen Atlas. La caract6r isat ion min6ralogique et gdochimique des mindraux secondaires lids 8 I'altdration superg6ne dans le profil vertical, permettrait d'dtablir un gradient d'altdration dans le profil, gradient qui sera confront6 6 ce qui a dt6 d6crit sous d'autres types de c l imats . Par la su i te , les processus g6ochimiques de transformation des min6raux du basalte seront compldtds par une dtude de la chimie des eaux dans le bassin d'Elhajeb.

142 Journal of African Earth Sciences

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Alteration d'un basalre triasique de la r~gion d'Elhajeb

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B : Basal te S : Sol

S C : Saprol i te cohdrente Z C : z o n e calc i t isde

S F : Saprol i te fdable MF : Macro f issure

. . . . . 4 0 m -

B

Figure 2. Profil d'alt~ration du basalte dans la rdgion d'Elhajeb.

O B J E T S E T M E T H O D E S

S i t u a t i o n e t d e s c r i p t i o n d u pro f i l

Le domaine atlasique s'dtend du NE au SW entre les parall61es 34 ° et 31 o Nord (Kabbaj et Combe, 1977). II est subdivisd en deux ensembles, le Haut et le Moyen Atlas. Ce dernier est formd de terrains carbonat6s (Jurassique) formant des reliefs tabulaires b I'ouest et pliss~s ,~ I'est. Le secteur dtudid est situ~ en bordure septentrionale du Moyen Atlas tabulaire. La r6gion est soumise bun climat de transition entre une zone montagneuse

forte prdcipitation (1100 mm an "1) et la plaine du

Sa'='s b faible pluviosit6 (moins de 600 mm an-l). Les 6chantillons ont 6t6 pr61ev6s sur un profil

situ~ dans la r6gion d'Elhajeb (Fig. 1). Ce profil, surmontd par des carbonates conglomdratiques tertiaires, est profond de 46 m. Les 6 m supdrieurs sont ddgagds par des travaux de terrassement, au pied desqueis un puits a 6t6 ford pour la recherche d'eau (profond de 45 m). DanS le mOme puits, des 6chantillons d'eau baignant le basalte frais et le basalte altdr6 ont dtd prdlev6s. L'ensemble de la coupe comprend de bas en haut: la roche m~re, la saprolite consti tude d'une saprolite coh6rente et d'une saprolite friable, et le sol (Fig. 2).

i) La roche m~re est un basalte doldritique, de couleur noir~tre, parcouru par un rdseau de fissures• Ces fissures sont totalement remplies d'un produit clair formd de quartz et de calcite. Ce basal te pr6sente quelques gdodes ou v6sicules, de dimensions variables allant du millim~tre b quelques centim~tres, emplies d'un produit blanc ,~ quartz, calcite et argile.

ii) La saprolite coh6rente, d'une ~paisseur de 35 m, de couleur vert-noir~tre ~ vert-jiaun~tre, se caract~rise par la conservation de la structure lithologique de la roche m~re, soulignde par la continuit~ des fissures. Ces fissures, larges de que lques m i l l im~ t res b une d iza ine de centim~tres, sont emplies de quartz, de calcite et d'un produit noir~tre mangan~sif~rel

i i i) La saprolite friable, d 'une ~paisseur de 5 m, se diff6rencie de la saprolite coh6rente par sa couleur brun-jaune. Les structures primaires sont encore largement conserv6es, soulign~es par la continuit6 du syst~me fissural. La partie sup6rieure de cette saprolite est impr~gn~e de calcite sur une ~paisseur de 50 cm. La limite i n f~ r ieu re de p ~ n ~ t r a t i o n de la ca lc i te , for tement contrSl~e par le syst~me fissural, est irr6guli~re. A 1,5 m de la surface, une macrofissure, d'une largeur de 60 cm renferme des reliques de basaltes alt~r6s, de couleur rouge ou jaun~tre, enrob6s dans une matrice blanche const i tu te de calcite et de silice. Les bords des fissures sont tapiss6s d'une fine p611icule ( < 1 mm) d ' u n p r o d u i t no i r mangan~sif~re.

iv) Le sol, pr~sente macroscopiquement deux horizons:

a) un horizon inf~rieur brun rouge,~tre, de faible ~paisseur (15 cm) b dominante argileuse, avec des fragments de calcaire de taille r6duite, et dans lequel le syst~me racinaire apparait peu d~velopp~,

b) un horizon sup~rieur, d'une ~paisseur de 15 cm, contenant des graviers calcaires de taille cen t im~ t r i que enrob~s darts une mat r ice

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E. M. HAM~D~ et al.

Tableau 1. Compositions moyennes des mindraux primaires et de leur produits d'altdration dans la saprolite cohdrente et dans la saprolite frioable

Verre Pla?ioclase 1 (8) 2 (8 ) 3 (8) 4 (10) 5(10) 6(10)

B SC SF B SC SF Si02 50 ,28 45,98 41,83 49,21 49,57 44,23 A1203 14,81 5,45 26,47 30,43 21,28 27,1 FeO 8,68 0 0 0,52 0 0 IFe203 0 14,48 7,88 0 2,77 1,96 MgO 9,32 15,99 3'58 0,21 4,01 1,64 iTi02 0,73 0,81 0,03 0,01 0,06 0,03 MnO 0,05 0,07 0,02 0,02 0,01 0,01 CaO 4,21 1,88 2,15 15,42 2,2 1,85 Na20 2,29 0,21 0,09 2,52 0,11 0,05 K20 0,33 0,24 0,02 0,14 0,21 0,02 total 90,7 83,68 81,31 98,57 79,94 76,88

Si - 3,49 3,156 3,72 3,4 A/ - 0,45 0,87 0,28 0,6 Fe3+ - 0,06 O 0 0

au~ite piReonite 7a(9) 18a(lO) 7b(8) 8b(8) 9(8) 10(10)

B SC B SC base S F Sommet SF 51,84 47,05 53,34 49,89 40,81 16,88 1,96 8,75 0,63 3,61 25,41 13,82 8,17 9,37 14 ,29 11,76 O 0

0 0 0 0 7,8 30,56 18,05 17,11 25,37 19,45 3,51 1,19 0,35 0 0,13 0,12 0,17 1,08 0,22 0,01 0,32 0,02 0,04 0,29 16,86 1,15 4,53 0,89 1,9 0,8 0,16 0,08 0,07 0,1 0,08 0,04 0,01 0,14 0 0,18 0,02 0 98 83,7 98,73 86 ,07 79,04 62,14

3,58 - 3,75 3,14 - 0,42 - 0,25 0,86 0 - 0 0 -

AI 0,04 1,46 I'53 1,86 Fe3+ 0,76 0,44 0,15 0,I 1

Fe2+ 0 0 0 0

Mg 1,78 0,4 0,44 0,4

Ca 0,15 0,17 0,17 0,16 Na 0,03 0,01 0,01 0,01 K 0,02 0 0,02 0

I, 4 ct7 : min~raux sains du basalte (13) 2, 5 et 8 : produits d'alt~rafion darts la saprolke coh~rente (SC) 3, 6, 9 et 10 : produits d'alt~ration clans la saprolite friable (SF) (x) : hombre d'analyses

O,38 - O,07 1,44 0 - 0 0,46

0,6 0,74 0

1,94 - 2,15 0,4

0,09 - 0,07 0,16 O,01 0,02 0,01 0,01 - 0,02 0

granulaire argilo-calcaire, et dans lequel les racines sont abondantes.

M6thodes d'6tudes La caract6risation min6ralogique a dt6 faite par d i f f ract ion de rayons X. L'apparei l (Phil ips PW1 70) est dquipd d 'une anode en Co et d 'un monochromateur de C. Les analyses ont port6 sur des 6chant i l lons bruts en poudre et sur les fract ions argileuses (< 2 mm) sdpardes et montdes en agrdgats orientals. Les min~raux extraits & I'aide de l iqueurs denses ont fait I 'objet d 'une observat ion au MEB. L 'dtude pdtrographique, mende sur une trentaine de lames minces de roches saines et altdrdes, a dtd compldtde par des comptages de points et par des a n a l y s e s p o n c t u e l l e s , ~ la microsonde dlectronique CAMEBAX, sur les m i n d r a u x p r i m a i r e s et l eu rs p r o d u i t s d 'al tdrat ions. Enfin, les analyses chimiques globales ont dt6 fa i tes par spec t romdt r ie d'dmission ~ source plasma (ICP). Pour les eaux, les dchanti l lons sont f i l trds sur le terrain

0,2 mm et le pH a 6td mesurd in s i tu . Les a n a l y s e s c h i m i q u e s on t 6 td f a i t e s par dlectrophor~.se (anions) et ~ I'ICP (cations).

MINI~RALOGIE ET GIEOCHIMIE DU BASALTE ET DE LA SAPROLITE

Le basalte Dans le basalte sain d'Elhajeb, deux types de t e x t u r e s se d i s t i n g u e n t n o t a m m e n t par I ' a b o n d a n c e du verre qui rep rdsen te respectivement 44% et 24% de la roche totale. Le basalte le plus pauvre en verre, a une texture dol6ritique dans laquelle la taille des cristaux at te in t quelques centaines de microns. La paragen~se min6rale est form6e de plagioclases (34%), de pyrox6nes (28%) et de mindraux opaques (6%). Le reste (8%) est constitud des produits des vdsicules formdes d'argiles, de silice et/ou de calcite.

Les analyses ponctuelles ~ la microsonde de chacune de ces phases et le calcul des formules s t ruc tu ra les mon t ren t que les fe ldspa ths

144 Journal of African Earth Sciences

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Altdration d'un basalte triasique de la rdgion d'E/hajeb

MR3

C~ladonite

l l l i t ~

2R3 Chlorite 3R2 produit d'alt6ration du plagioclase

produit d'alt6ration du pyrox~ne

R2 = Mg + Mn + Fell," R3 = Fel l l + Al + Ti et M = Na + K + 2Ca

~ Produits d'alt~rations des pyrox~nes "x~<~. Produits d'alt~ration des feldspaths plagioclase

Figure 3. Composit ion des produits d'al t~rat ion des plagioclases et des pyrox~nes, dans la saprolite cohdrente, dans le diagramme MR3-2R3-3R2 de Velde (1979).

appartiennent & la s6rie labrador-bytownite (tableau 1, analyse 4). Dans les pyrox~nes, deux phases mindrales distinctes coexistent: I'augite (Woas.o~; Ensz29; Fslz82) (tableau 1, analyse 7a) et la pigeonite (Wo~,la; En71,11; Fsl 9,76) (tableau 1, analyse 7b). Les min6raux opaques sont des titanomagn6tites.

Dans la roche saine, la pigeonite montre un d6but de transformation en phyllosilicate fibreux et bir6fringent. L'analyse de ce produit et le calcul des formules structurales (sur une base de 11 atomes d'oxyg/~ne), en consid6rant le Fe total sous forme de Fe203, montre qu'il s'agit d'une saponite Mg-Fe (Fig. 3). Dans ce m~me 6chantillon, le verre se t ransforme 6galement en saponi te microcristalline. En effet, ces plages de verre ont des compositions (tableau 1, analyse 1 ) diff6rentes des verres de basaltes thol6i'tiques (Noack, 1979; Thomassin, 1984) ou des verres synth6tiques (Crovisier, 1989). Ces diffdrences g6ochimiques, marqu6es par la perte de certains dl6ments, principalement Ca dont la composition dans les verres sains avoisine 11%, sont li6es ~ un d6but d'alt~ration de ce verre.

La saprolite Dans la saprolite, les min6raux primaires sont partiellement ou totalement alt6r6s. Les spectres

A I 2 0 3

v ~ Fe 2 0 3 75 50 25 M g O

[] Plagioclase

} Produits d'alt6ration des plagioclases

(1): alt6ration des plagioclases dens la saprolire friable (2): alt6ration des plagioclases darts la saprolite coh6rente

Figure 4. Composi~bn des produits d'altdration des feldsapths plagioclases clans la saprolite dans un diagramme AI203- Fe203-MgO.

de diffraction de rayons X des argiles d'alt6ration sont typiques de smectites. L'altdration des mindraux du basalte commence dans la saprolite cohdrente et s'intensifie dans la saprolite friable et dans le sol. Cette transformation de nature pseudomorphique permet une 6tude des diverses produits argileux form6s ~ partir de I'alt6ration des min6raux primaires. Dans ce facies, des produits argileux de transfert ont dt6 identifi6s dans les fissures et dans les v6sicules.

La transformation des mindraux dans la saprolite Les plagioclases commencent ~ s'alt6rer dans la saprolite coh6rente. Les produits d'ailtdration sont argileux, incolores ~ jaune clair en lumi~re naturelle et de teintes grises en lumi~re polarisde analys6e. Une relique du min6ral sain persiste souvent au sein de ces plages argileuses pseudomorphiques. A partir de microanalyses e f fec tudes sur ce p rodu i t , les formules structurales sont calcul6es sur une base de 11 atomes d'oxyg~ne en prenant le fer total sous forme de Fe203 (tableau 1, analyse 5). La majeure partie des sites octa6driques (72%) est occup6e par AI, les sites restant 6tant partag~s entre Mg (20%) et Fe (8%). La charge interfoliaire est compens6e essentiellement par des ions Ca 2.. Le produit d'altdration du plagioclase est une argile diocta6drique telle que d6finie par Weaver et Pollard (1975). Ces analyses port6es dans un

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E. M. HAMIDI et al.

AI203

Fe 2 03 75 50 25 MgO

*' PyroxEne °} A Produits d'alt~ration des pyrox~nes []

(1) alteration des pyrox~nes clans la saprolite friable (2): alt~-adon des pyrox~nes darts la saprolite cnMrente

Figure 5. Composi t ion des produ i ts d 'a l t~ra t ion des pyrox~nes, dans la saprolite, clans tin diagramme AI203- Fe203-MgO.

diagramme ternaire MR3-2R3-3R2 (Velde, 1985), se situent dans le champ correspondant aux montmorillonites (Fig. 3). Cette transformation du plagioclase en smectite AI se retrouve dans la saprolite friable et dans le sol, cette smectite est une beidellite (forte charge t~tra6drique), elle est plus alumineuse, moins magn~sienne et moins ferrif~re (tableau 1, analyse 6) que la montmorillonite fortune dans la saprolite coh~rente (Fig. 4).

Los pigeonites, d6j~ marqu6es par un d~but d'alt6ration dans la roche observ~e la plus saine, continuent & se transformer dans la saprolite coh~rente, alors que les augites montrent les premiers stades d'alt6ration. La coexistence du produit d'alt6ration avec une relique du min6ral primaire permet de suivre la filiation min6ral primaire- min6ral secondaire.

Le produit d'alt6ration de la pigeonite est une argile fibreuse tr~s bir~fringente. Los fibres forment souvent une couronne autour du cristal primaire ou le long des fissures intra-cristallines. Los formules structurales calcul~es (tableau 1, analyse 8b), le Fe total 6tant consid6r6 sous forme de FeO, montrent que dans les t6tra~dres, la substitution en AI est en moyenne de 0,25 Eq. et que les s i tes octa(~driques sont majoritairement occup~s par Mg (72%), AI ne repr6sentant que 3%. Cette argile correspond aux argiles triocta6driques telles que d6finies par Foster

AI203

50/ \50

Fe203 75 50 25 MgO

C) Saponite Mg-Fe (saprolite coh6rente)

• Montmorillonite AI (saprolite friable)

Figure 6. Composition des produits d'altdration du verre, dans la saprolite, dans un diagramme AI203-Fe203-MgO.

(1960) et ~ une saponite dans le diagramme ternaire MR3-2R3-3R2 (Velde, 1985) (Fig. 3).

Les augites s'alt&ent dans la saprolite coh6rente en formant deux types de produits secondaires argileux de cristall init6 et de bir~fringence diff6rentes, qui peuvent coexister dans un m~me cristal. Ces argiles, riches en MgO, ont des compositions chimiques similaires riches en MgO (tableau 1 analyse 8a). Les formules structurales montrent que la substitution t6tra6drique en AI est 6levee (0,42), et les sites octa~driques sont principalement occup~s par Mg (74%). Ces argiles triocta~driques sont des saponites-Mg. Dans la saprolite friable, les produits d'alt~ration des pyrox~nes correspondent & des beidellites (tableau 1, analyse 9) ,h la base et ~ un m~lange argile-oxydes de fer au sommet du facies et dans le sol (tableau 1, analyse 10) (Fig. 5). Ces oxydes de fer sont des goethites formant des cloisons ferrugineuses qui d61imitent des vides de dissolution.

Dans la saprolite coh6rente, comme dans la roche saine, le verre s'alt~re en une saponite Mg-Fe (tableau 1 analyse 2). Dans la saprolite friable et dans le sol, le produit d'alt~ration du verre devient plut6t alumineux (Fig. 6) et correspond & une beidellite. La titanomagn~tite ne montre aucune t ransformat ion dans la saprolite et se maintient sous forme de petits cristaux Iosangiques align6s et ramifi6s.

Les produits hypog~nes (dans les fissure et v~sicules). En plus des produits secondaires argileux li6s & I'alt6ration superg~,ne des min~raux primaires du

146 Journal of African Earth Sciences

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Alteration d'un basalte triasique de la r6gion d'Elhajeb

Tableau 2. Compositions moyennes des produits argileux de transfert dans la saprolite coh6rente et dans la saprolite friable

Fissures V~sicules Saprofite coh~rente Saprolite friable "" Saprolite coh~rente

1 (10) 2 (6 ) 3(8)' 4 (6 ) 5 (3 ) 6(1) 7(8) 8(10) 9 (11) SiO2 40,45 47,81 44,58 46,69 47,79 41,88 50,51 48,14 57,89 AI203 8,81 26,50 10,73 26,36 14,82 5,65 13,77 26,15 1,69 FeO 11,89 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 12,83 Fe20 3 0,00 3,13 25,80 1,72 20 ,63 11,99 16,43 4,34 0,00 MgO 15,25 2,76 7,21 2,33 1,55 18,00 3,31 4,89 20,54 Ti02 0,03 0,00 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,00 0,00 MnO 0,02 0,01 0,02 0,01 0,00 0,00 0,01 0,00 0,02 CaO 1,51 1,86 2,01 1,94 2,88 1,37 2,47 1,02 0,13 Na20 0,16 0,06 0,06 0,06 0,12 0,13 0,05 0,04 0,06 K20 0,28 0,06 0,I0 0,04 0,00 0,05 0,02 0,05 0,03 Total 78,40 81,89 87,95 79,18 87,80 77,89 84,97 84,22 93,26

S i 3,39 3,46 3,26 3,48 3,49 3,39 3,67 3,40 3,97 AI 0,61 0,54 0,74 0,52 0,51 0,54 0,33 0,60 0,03 :e 3 + 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,07 0,00 0,00 0,00

AI 0,26 1,71 0,19 1,79 0,76 0,00 0,84 1,55 0,I I Fe 3 + 0,00 0,17 1,42 0,09 I, 13 0,73 0,90 0,25 0,00 :e2+ 0,83 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,74 M 8 1,91 0,30 0,79 0,26 0,17 2,15 0,36 0,52 2,10

!Ca 0,14 0,14 0,16 0,16 0,22 0,12 0,19 0,08 0,01 ]Na 0,02 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 K 0,03 0,01 0,01 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,01

$aprollte friable 10 (8) II (7)

= i

35,90 41,14 17,67 16,91 0,00 0,00

24,17 18,43 2,01 2,18 0,04 0,03 0,03 0,07 1,85 2,58 0,09 0,12 0,06 0,I I 79,44 79,76

2,91 3,25 1,09 0,75 0,00 0,00

0,60 0,82 1,48 1,09 0,00 0,00 0,24 0,26

0,16 0,22 0,01 0,02 0,01 0,01

I : argiles des fissures a remplissage min~ralogique mixte 2, 3, 4 et 5 : argiles des fisures unffonn~ment argileuse 6 et 10 : argi]e de centre des v~sicules 7 et 11 : argile de bordure des v~iscules 8 : v~sicule d'argiles en rosettes 9 : talc (x) :nombre d'analyses

basalte, des argiles pr6cipit6es & partir de slutions tardi-magmatiques, ont ~t6 identifi~es dans les fissures et les v6sicules.

Les fissures, de dimensions millim(~triques infra-mil l im6triques en largeur, sont trans- cristall ines. Elles sont emplies de produits argileux associ~s ou non & de la calcite et /ou de la silice.

Dans les fissures ~ remplissage min~ralogique mixte, la phase argileuse est microcristalline. Les microanalyses indiquent une composi t ion moyenne de ces argiles correspondant ~ celle d'une saponite Mg-Fe (tableau 2, analyse 1).

Dans les f issures uni form~ment emplies d'argile, celle-ci, microcristalline, pr~sente deux phases distinctes: I'une claire et I'autre vert olive. Cette diff6rence de teinte se refl~te dans les compositions chimiques (tableau 2, analyses 2 et 3). En effet, I'argile claire a des teneurs en AI20 z de 23-28%, en FeO de 2-4% et en MgO de 2-3%.

Au contraire, I'argile vert olive a des teneurs en AI203 plus faibles (10%) mais des teneurs 61ev6es en MgO (7%) et surtout en FeO (23%). Les formules structurales calcul~es montrent que I'argile vert olive est une smectite diocta6drique ferrif~re, alors que I'argile claire est une smectite diocta6drique avec 80% des sites octa6driques occup~s par AI. Dans les deux cas, la charge du feuillet est compens6e par une charge interfoliaire essentiellement form~e de Ca.

Dans la saprolite friable, I'abondance et la dimension des fissures ainsi que leur rernplissage min6ralogique sont les m~mes que dans la saprolite coh6rente. L'analyse de certaines argiles, dans la m£~me fissure, donne deux types d'argiles qui sont: une montmorillonite (tableau 2, analyse 4) et une saponite Fe (tableau 2, analyse 5). Compar6es aux produits 6quivalents dans la saprolite coh6rente, les argiles de fissures dans la saprolite friable sont plus riches en AI20 3 (Fig. 7).

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E. M. HAMIDI et al.

Al203

Fe 2 03 I • Mon~aodllomte A1 MgO Saprofite coh6rente [ • Sapomte Fe-Mg

SaproHte friable ~ 0 Montmofillomte A1 [ [] Sapomte Fe-A1

Figure 7. Comparaison des produits argileux de fissures dans les deux facies de la saprolite.

Les vdsicules, de formes variables, prdsentent des d imens ions mi l l im6 t r iques ~ infra- mill imdtriques. Ces vdsicules peuvent 6tre totalement emplies d'argiles ou prdsenter des remplissages mixtes. L'argile occupe alors la bordure de la vdsicule dont la centre est siliceux ou calcitique. Dans I'ensemble, quatre types d'argile de vdsicules ont 6td analysds: I'argile de bordure des v6sicules mixtes (tableau 2, analyse 7), deux types d'argiles (microcristalline et en rosette) dans des v6sicules compl6tement argileusas (tableau 2, analyses 6 et 8) et enfin le talc (tableau 2, analyse 9) formant le c'fur de certaines v6sicules mindralogiquement mixtes.

Las argiles en rosette (tableau 2, analyse 8), ident i f ides un iquement dans la saprol i te coh6rente, correspondent 8 des beidellites AI. Les autres correspondent ~ des saponites Mg- Fe. Darts la saprolite friable et dans le sol, les argi les des vds icu les mont ren t des enrichissements importants en AI203 et en Fe203 (tableau 2, analyses 10 et 1 1 ).

EVOLUTION DE L'ALTI~RATION DANS LE PROFIL D'ELHAJEB

Du basalte au sommet de la saprolite friable, I'alt6ration des mindraux primaires (pyrox6nes et p lagioclases) donne des p rodu i ts ch im iquement e t /ou m in6ra log iquement diff6rents. Ainsi, quill s'agisse des produits de transformation des mindraux ou des produits de

rempl issage, la tendance gdoch imique correspond /~ un enrichissement en AI et ~ un appauvrissement en Mg et Fe. Cette variation g6och imique accompagne la success ion min6ralogique des saponites Mg-Fe dans la saprolite cohdrente ~ la beidellite AI dans la saprolite friable. Un autre type d'altdration des pyrox6nes apparait au sommet de la saprolite marqu6 par une concentration du fer sous forme de goethite. Ces diff6rences min6ralogiques et gdochimiques cor respondent , soi t ~ des variations dans les conditions d'altdration entre la base et le sommet du profil soit, ~ I'dvolution des premiers produits d'altdration directe (pr6s du f ront d 'a l t6rat ion et dans la saprol i te coh6rente) en surface.

Dans la saprolite cohdrente, I'alt6ration des p lagioc lases et des py rox6nes montre fr6quement une association du mindral primaire et du min6ral secondaire. Pour les pyrox6nes, la distinction peut se faire par les teneurs en AI et Fe entre le produit de transformation d'une augite et celui d'une pigeonite. Mais d'une mani6re globale, les produits d'altdration des pyrox6nes sont des saponites Fe-Mg. Pour les plagioclases, les p rodu i ts d ' a l t d ra t i on sont des montmorillonites alumineuses. Cependant, la pr6sence d'AI203 dans les saponites Fe-Mg issues de I'altdration des pyrox6nes et de MgO dans les montmorillonites issues de I'alt6ration des fe ldspa ths marquent des dchanges g6ochimiques inter-mindraux par le biais des solutions d'altdration.

Dans la saprolite friable et dans le sol, les produi ts d 'a l tdrat ion et de t ransfer t sont homog6nes et correspondent ~ des beidellites. Tousles produits sont fortement enrichis en AI203. Ainsi, la composition chimique du mindral primaire semble ne pas influencer la chimie des produits secondaires et la m6moire gdochimique n 'es t pas conservde. Le processus d'enrichissement en AI au sommet de profil a dtd 6voqud par Proust (1983) darts un profil d'alt6ration sur amphibolite sous climat tempdr6. L 'auteur a associd cet te a luminisat ion I'ouverture du syst6me. Dans le cas pr6sent, le calcul de la porositd par la m6thode des densit6s montre que la porositd de 1 5% dans la saprolite coh6rente atteint 40% darts la saprolite friable. Une telle porositd, reprdsentde essentiellement par de la macroporositd de fissures ouvertes, permet un bon drainage et un renouvellement continu des solutions. La transformation des mindraux primaires dans un tel environnement tend ~ concentrer les 616merits les moins mobiles (AI et Fe) dans les produits d'altdrations alors

148 Journal of African Earth Sciences

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A/tdration d'un basalte triasique de la r~gion d'Elhajeb

Tableau 3. Donn6es chimiques des eaux m6t6oriques du bassin d'Elhajeb

Echantillon Puits PI Puits PI Puits PI

Puits 1>2

Puits P2

Puits P2

Source S1

Source S1

Source $2

pH Aicalinit~ HCO3" el" SO42" NO3" Ca 2+ Mg 2+ 8,31 5,04 4,21 0 ,68 0,37 0 ,45 1 ,10 1,41 8,52 5,47 4,54 0 ,69 0 ,39 0 ,44 1,12 1,54 8,26 5,32 4,47 0,70 0 ,39 0 ,43 1 ,10 1,41

Na+ K + H4SiO4 0,76 ' O,{J'2 0,25' 0,78 0,02 0,27

0,77 0,02 0,26 i

8,49 4,28 4,01 0,26 0,08 0,38 1,17 0,75 0,28 0,03 0,27

8,44 4,63 4,36 0 ,27 0,08 0 ,38 1,15 0 ,79 0 ,28 0,04 0,22 8,58 3,81 3,53 0 ,25 0 ,08 0 ,36 1,15 0 ,91 0 ,27 0,02 0,21

8,37 5,70 5,15 0 ,35 0 ,22 0,56 1,27 1,54 8,32 5,77 5,23 0 ,36 0 ,22 0 ,53 1,15 1,37

0,24 0,03 0,26 0,25 0,03 0,26

8,21 6,20 4,53 1 ,09 0 ,80 0 ,42 1,12 2 ,33 0 ,80 0,17 0,28

PI : eau de pails faisant panic du profd d'alt~ration 1>2 : autre pails dans tree saprolite basaltique S1 et $2 : sources dans des sapmlites basaJtiques

des basaltes (3 pr~l~vements espae~s de 15 jours)

+

+

0 m

25

20

15

10

0

.. ~ Ca-smectite Gibbsite Kaolinle ~ ,

' I J I I

-6 -5 -4 -3 -2 -1

log(H4SiO4)

O Eau de puits de la base du profd

Autres puits et sources du bassin d'Elhajeb

Figure 8. Stabilitd des min~raux secondaires argileux dans le bassin d'Elhajeb dans le diagramme ~tablis par Droubi et al., 1976.

que les alcalins et les alcal ino-terreux sont lessiv6s et migrent pour une partie (notamment Ca et Mg) lat6ralement ou ~ la base du profil. L'ensemble du profil parait ainsi correspondre

des syst6mes d'alt6rations diffdrents ~ chaque sous-faci6s de la saprolite avec des produits AI- Mg-Fe ~ la base et des produits AI-Fe au sommet et dans le sol. Cette succession min~ralgique

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Eo M. HAMID I e t al.

rappel le cel les mont rdes pour I ' a l td ra t ion superg~ne de roches basiques sous d'autres types de climats (Nahon et al., 1982; Ildefonse, 1980; De Kimpeetal . , 1987; Colin eta/., 1990).

Une relation de succession de ces syst~,mes est moins dvidente. En effet, ceia supposerait que la saprolite friable rdsulte d'une 6volution de la saprolite coh6rente, c'est-~-dire que les saponites Fe-Mg se transforment en beidellite Al. L'absence de reliques de min6raux primaires dans la saprolite friable ne permet pas d'6tablir un lien direct entre mindral primaire et le produit d'alt6ration. Cependant, la forme de ces cristaux originels est conserv(~e, ce qui montre qu'il s'agit d'une pseudomorphose comme dans la saprolite coh6rente. Ainsi, les oxy-hydroxydes de fer issus de I 'a l t6 ra t ion des pyrox~,nes fo rmen t un cloisonnement ferrugineux rappelant les clivages et les fissures intramin~raux du pyrox~ne dont ils proviennent directernent. II est difficile de penser & une double pseudomorphose des min~raux primaires jusqu'aux produits alumineux et ferrugineux de la saprolite friable en passant par I'intermddiaire des saponites Mg-Fe de ia saprolite coh~rente. De plus, les gains en AI ne peuvent s 'exp l iquer que par d ' impor tan ts transferts t~ partir d'une source externe au profil. La difference de compositions chimiques des produits d'alt~ration paratt donc bien li~e ~ une difference de I' intensit~ de I'alt~ration entre la base et le sommet du profil.

GI~OCHIMIE DES EAUX DE NAPPE ASSOCII~ES AUX BASALTES

Des analyses ont 6td fa i tes sur les eaux, associ6es ~ ce profil, prdlevdes dans le m~me puits o~J basalte et saprolite coh6rente ont 6td dchantiilonnds. Ces eaux sont particuli(~rement riches en Ca et Mg et en bicarbonates (Tableau 3). Les concentrations en Ca, Mg et Na sont trop 61evdes pour que ces dldments aient comme unique source le basalte. Ces dchantil lons sont dgalement tr~s concentrds comparativement aux donndes des eaux drainant des basaltes et leurs produits d'altdration dans le bassin du Parana (Brdsil) (Benedetti et al., 1994) et dans le Nord Est de I'lslande (Gislason et Eugster, 1987). Dans le bassin d'Elhajeb, le sommet de la colonne stratigraphique est formd par des carbonates du Lias surmontant la s6rie tr iasique formde de d6p6ts argilo-6vaporitiques et de basalteo Les hauts p la teaux ca rbona td , qui son t t r6s karstiques, re(~oivent de fortes prdcipitations, et forment un grand rdservoir d'eau pour les plaines voisines (Sa'l's). Le basalte affleure uniquement

au niveau des ruptures de pentes de ces plateaux. Ainsi, les eaux qui vont atteindre les basaltes, traversent d'abord les carbonates puis la sdrie argilo-~vaporitique. Elles vont alors se charger notamment en Ca et Mg issus des carbonates, et en Na, K, CI et SO 4 provenant des argiles et des ~vaporites. Ainsi, les fortes concentrations mesur~es dans les eaux de la nappe proviennent de sources diverses et il est alors d i f f ic i te d 'd tab l i r un bi lan prdcis de I ' a l t d r a t i o n du basa l te et de la v i tesse d'alt6ration. Dans ces eaux, I'dtablissement des d i ag rammes de s tab i l i t ~ des m ind raux secondaires montrent que les smectites sont stables (Fig. 8) dans ce type d'environnements. Cette conclusion va dans le mSme sens que les caract6risaions mindralogiques faites dans le profil d'altdration des basaltes.

CONCLUSION Apr~s leur raise en place, les basaltes triasiques d'Elhajeb ont dtd soumis ~ une al tdrat ion h y d r o t h e r m a l e se m a n i f e s t a n t par des cristal l isat ions secondaires (argiles, silice et calcite) dans les vdsicules et les fissures. En surface, le basalte est soumis ~ une alt6ration m(~t6orique caractdrisde par des ndoformations d'argiles AI (montmorillonite) dans la zone non satur6e (saprolite friable et dans le sol), exception faite du produit d'ait6ration des pyrox~nes au sommet du profil. Par contre, dans la zone satur~e (saprol i te cohdrente) , les produi ts d'alt6ration sont principalement des saponites Mg-Fe pour les pyrox6nes et le verre, alors que les plagioclases se transforment sous les m~mes conditions en montmoril lonites AI. II est ainsi clair que dans le profil d'Elhajeb, les paragen~ses mindrales secondaires sont influencdes par la composition du mindral primaire, mais aussi par I ' i n t e n s i t d de I ' a l t 6 r a t i o n ( c o n d i t i o n s physicochimiques du milieu). A la base du profil ( sapro l i te coh6 ren te ) , les c o n d i t i o n s de confinement dans un milieu satur6 sont rdunies, et la mobilit~ des dl~ments est faible. Ainsi, les teneurs relatives des dl~ments chimiques dans les min(~raux primaire sont respectdes dans les produits secondaires. En revanche, dans la partie non saturde du profil (saprolite friable et sol), le milieu est ouvert avec de fortes porositds. Les alcalinoterreux et les alcalins sont lessiv6s grace

un bon drainage vers le bas du profil. Seuls les dl6ments peu mobiles, en I'occurrence AI et Fe, sont retenus dans les produits secondaires. La succession mindralogique et gdochimique des produits secondaires darts le profil d'Elhajeb

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Altdration d'un basalte triasique de la rdgion d'Elhajeb

rappelle celles ddcrites dans d'autres contextes climatiques pour les roches basiques. Au delt~ de ces conclusions pr61iminaires, le profil d 'E lha jeb fa i t encore objet de t r a v a u x notamment sur les bilans des mouvements de mati~res et des tra(~ages isotopiques de I'origine de certaines dldments concentr6s dans le profil.

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