Journal of African Earth Sciences, Vol. 2, No. t, pp. 51 to 55, 1984 0731-7247/84 $3.00 + 0.00 Printed in Great Britain © 1984 Pergamon Press Ltd.

Le volcanisme alcalin Tertiaire et Quaternaire du Moyen Atlas (Maroc): chronologie K/Ar et cadre g6odynamique

C . H A R M A N D * e t J . M . CANTAGRELt

* Facultd des Sciences, Ddpar tement des Sciences de la Terre, Universitd Mohamed V, B.P. 1014-Rabat, Maroc and ? Universitd de Clermont II et C.N.R.S. LA 10, 5 rue Kessler 63038, Clermont-Ferrand, Cedex, France

(Received 8 December 1983)

R6sum6---L'dtude gdochronologique par la mdthode K/Ar de la province volcanique du Moyen Atlas et de la vallde de Haute Moulouya met en dvidence trois pdriodes de magmat i sme alcalin. La plus ancienne, localisde sur la bordure Nord-Est du Haut Atlas est d'fige Eocene; elle serait lide au massif carbonatit ique du Bou Agrao. Au Miocene moyen et supdrieur (entre 15 et 6 Ma environ) un volcanisme diffus affecte I 'ensemble du Moyen Atlas; il est contemporain d 'une phase alpine majeure de l 'orog6ne rifain. Enfin, au cours du Quaternaire moyen s'ddifie pendant 1,3 Ma une "chaine volcanique" s 'a l longeant scion une direction N. 170 sur pr6s de 120 kin. La mise en place, en rdgime compressif , serait due ~ une extension secondaire perpendiculaire ft la direction de convergence des plaques Europe et Afrique.

A b s t r a e t - - A geochronological survey (K-Ar ) of the volcanic area of Mid Atlas and Haute Moulouya valley exhibits three stages of alkali magmat ism. The oldest volcanics are located along the northern boundary of High Atlas mountains . Their ages are Eocene, and they are thought to be related to the syeni te-carbonat i te complex of Bou-Agrao. Dur ing mid and late Miocene (between 15 and 6 m.y.) a scattered volcanic activity occurs in the Mid Atlas, s imultaneously with the Rif orogenesis and the uplift of central Morocco. Then, during mid Quaternary (1.84).5 m.y.) a volcanic chain is emplaced along a N. 170 trending axis almost 120 km long. During this compression phase, the magma uprising occurs in secondary tension fractured zones on account of the European-Af r i can plates collision.

INTRODUCTION

Au MAROC, le Moyen Atlas a dtd le si6ge d'une activitd volcanique importante au cours des temps Neog6ne et Quaternaire. En effet, pr6s d 'une centaine de centres 6ruptifs ont dtd ddnombr6s et cartographids (Martin 1973), sur une superficie d'environ 1500 km z. Les pro- duits 6mis sont pour l'essentiel des basanites et des basaltes alcalins (s.s.) associds ~ des ndphdlinites (_+mdlilitiques) en proportion subordonnde. A cet ensemble est rattachde une occurence d'ijolite: la "tal- zastite" (Termier et al. 1948).

Le but de cet article est de pr6ciser l'~ge du mag- matisme de cette province alcaline h l'aide de donndes g6ochronologiques nouvelles et de situer ces dpisodes volcaniques par rapport aux dvdnements tectoniques affectant cette r6gion. Ce travail s'int6gre dans une dtude plus gdndrale (voicanologie et pdtrographie) entreprise par l 'un d'entre nous (C.H.).

plissd" culminent 8 pr6s de 3000 m; sur celles-ci s'6par- pillent une dizaine de volcans prolongeant l'axe N. 170. Enfin au Sud, s6parant le Moyen Atlas du Haut Atlas, la vallde de la Haute Moulouya reprdsente un graben dont les bordures sont soulign6es par de nombreux pointe- ments voicaniques. Sur et ~ proximitd de l'accident des Ait Oufella (accident sud-moyen atlasique) sont implantds les c6nes de scories constituant la terminaison de l'axe N.170. L'appareil le plus m6ridional est le volcan de Tourguejid, il repose, au coeur de la vallde, sur un niveau quaternaire ancien: s6quence 5 (Dutour 1983). En outre, la bordure sud de la vallde est soulignde par de nombreux culots de tr6s petite taille (quelques dizaines de m 2) alignds le long de l'accident nord atlasique et orientals N. 80.

RAPPEL DES DONNEES CHRONOLOGIQUES ANTERIEURES

PRESENTATION DE LA PROVINCE ETUDIEE (FIG. 1)

Le substratum antd-volcanique se subdivise en trois ensembles morphologiques distincts. Au Nord s'dldve, au-dessus de la plaine du Sa~ss, le causse calcaire liasique dont les diverses sous-unitds s'dchelonnent ~ des altitudes comprises entre 1200 et 1800 m. C'est dans cette rdgion que l'on rencontre la densitd maximale des points d'dmissions: c6nes de scories et maars mor- phologiquement bien conservds et group6s selon une direction gdndrale N. 170. Au centre, contrastant avec les plateaux du Causse, les rides du "Moyen Atlas

Donn~es stratigraphiques

Au Nord-Ouest, les couldes issues du Djebel Outgui (Fig. 1) s'intercalent entre les formations not6es q6 (qua- ternaire ancien) et q3 (quaternaire moyen) de la plaine du Salss (carte gdologique au 1/100 000 e, E1Hajeb 1975). A l'Ouest, les couldes provenant du causse D'Azrou et s'dpanchant largement dans la vall6e de l 'oued Tigrira (Fig. 1) sont recouvertes latdralement par les ddp6ts de pente tensiftiens (Beaudet 1969). Le Tensiftien qui con- stitue l '"dtage" terminal du Pleistoc6ne moyen a un ~ge estimd entre 140000 et 80000 ans. D'apr~s Beaudet (1971) il correspondrait ~t la pdriode du Riss.

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52 C. HARMAND et J. M. CANTAGREL

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Fig. 1. (a) Carte structurale de la r6gion 6tudi6e. (1) Massif primaire; (2) Haut Atlas; (3) Moyen Atlas "tabulaire" (causse); (4) moyen Atlas "plisse' ; (5) Bassins Mio-plio-quaternaires; (6) coul6es; (7) ages en millions d'ann6es (M.a.); (8) failles; (9) axes de plis synclinaux, anticlinaux; (10) volcans. (b) Agrandissement de la zone du djebel Hebri. (1) C6nes de scories;

(2) maars; (3) coul6es; (4) ages en M.a.

Cet fige ant6-tensiftien est confirm6 par Martin (1973) pour le paroxysme de l'activit6 volcanique. Cependant cet auteur estime que celle-ci se poursuit au cours du pluvial tensiftien. Cette interpr6tation bas6e sur l 'obser- vation d'une seule formation se r6v~le erronn6e. En effet, la formation d 'Azougouarh, entre le djebel Hebri et Michlifen, (x = 5%'; y = 33o23'30 '') est interpr6t6e "d'apr6s le faci6s des d6p6ts amonts" comme "un c6ne de d6jection tensiftien interstratifi6 avec des cendres

volcaniques, puis recouvert par elles" (Martin 1973, p. 454). D'apr6s son sch6ma (ibid. fig. 72) l 'auteur admet que les cendres proviennent du volcan Lechmine In'ket- tane. De nombreux crit~res: position de la formation, pendage, nature des bombes tremp6es et des fragments arrach6s ~ d'anciennes coul6es, permettent de confirmer cette provenance non seulement pour les "cendres", mais aussi pour les "blocs". Nos observations permettent d ' interpr6ter cette formation comme un d6p6t pyroclas-

Volcanisme du Moyen Atlas, Maroc 53

Tableau 1. Donn6es radiom6triques ant6rieures ~ cette 6tude. Previous radiometric data

Localisation Age en M.a. R6f. bibliographique

Sill d'lmzigu6ne 14 + 2 Choubertetal. (1965) E1Kettarate 10 + 0,5 Jaegeretal. (1973)

9,7 + 0,5 JebelTahabri t (ouest) 1,8_+0,1 Bellon (1976) Jebel El Koudiat 1,5 _+ 0,3 Jebel Hebri 1,1 + 0,1

tique d'origine phr6atomagmatique constitu6 essentiel- lement de retomb6es a6riennes. En cons6quence, cette br6che de maar ne peut donc pas 6tre dat6e h l'aide des arguments d'6tagements des niveaux quaternaires utilis6s par J. Martin. Par contre, d'apr~s les crit~res t6phrochronologiques, ce maar serait 16g6rement ant6rieur h la coul6e issue du djebel Tahabrit dat6e 0,8 ___ 0,25 Ma [Fig. l(b), Tableau 2]. Une activit6 volcanique tr6s r6cente (d'~ge tensiftien) ne semble donc pas v6rifi6e.

Mesures radiom~triques (Tableau 1 )

Les donn6es ant6rieures ~ cette 6tude obtenues par Bellon (1976) confirment un age Quaternaire moyen pour trois des appareils volcaniques (Tableau 1). D'autre part les valeurs mesur6es au sill d'Imzigu6ne dans la r6gion de Khenifra (Choubert et al. 1965) et sur la coul6e d'E1 Kettarate dans le bassin de Skoura (Jaeger et al. 1973), respectivement h l'Ouest et ~ l'Est de la zone 6tudi6e, sugg~rent qu'une grande partie du Moyen Atlas a pu 6tre le lieu d'un magmatisme diffus, de caract6re alcalin, au cours du Mioc6ne moyen.

NOUVELLES DONNEES RADIOMETRIQUES

Les r6sultats de quatorze nouvelles d6terminations radiom6triques K/Ar sont ici pr6sent6s. Les donn6es analytiques, la localisation des points de pr616vement et la nature des 6chantillons 6tudi6s sont report6s dans le Tableau 2. Les techniques analytiques ont 6t6 d6crites en d6tail par ailleurs (Cantagrel 1973, Cantagrel et

Baubron 1983), enfin les glges K/Ar ont 6t6 calcul6s avec ies constantes suivantes: A(4°K/3 -I) = 4,962 x 10-1°an-I; A ( a ° K e ) + A ' ( a ° K e ) = 0 , 5 8 1 x 10-1°an-~; 4°K = 0,01167 atome %.

Discussion

Parmi ces r6sultats, l'~ge nettement individualis6 de la m61an6ph61inite de Zebzate apparente le volcanisme jalonnant I'accident Nord Atlasique au massif de sy6n- ite-n6ph61inique---carbonatite de Bou-Agrao dans le Haut Atlas de Midelt (Jeremine 1949, Agard 1956) d'age 6oc~ne. En effet, des ages voisins de 40 M.a. ont 6t6 obtenu sur des biotites de ce massif (Rb-Sr et K-Ar, Chariot et al. 1967). I1 pourrait repr6senter la phase terminale (J. L. Klein, com. orale) de cet 6pisode vol- canique jusqu'~ l'Oligoc~ne tout ~ fait inf6rieur. Ce magmatisme dont Zebzate est le seul appareil actuelle- ment dat6 ne serait donc pas strictement localis6 au Sud de l'accident nord atlasique comme il 6tait classiquement reconnu. Un tel fait devra sans doute 6tre pris en compte pour pr6ciser le jeu de cet accident au tertiaire inf6rieur.

Aucun 6v6nement volcanique ne semble plus affecter la r6gion jusqu'au Mioc6ne moyen. Par contre les roches du groupe 2 (Tableau 2) s'6cheionnent au cours du Mioc6ne moyen et sup6rieur pendant pr6s de 9 M.a. Elles peuvent 6tre regroup6es en fonction des crit6res suivants:

(i) ces roches sont tr6s d6ficitaires en silice (SiO2 < 40%; 14 < D.I. < 19) (Harmand, 6tude p6trographique en pr6paration),

(ii) leur mode de gisement similaire: culots de quel- ques centaines de m6tres de diam~tre, largement 6rod6s et d6nu6s de projections, ce qui souligne leur anciennet6 par rapport aux formations du groupe 3 (Tableau 2).

Un cas particulier est pr6sent6 par le petit massif annulaire de Talzast. Ce dernier est en effet, constitu6 de trois venues de nature p6trographique diff6rente mais g6n6tiquement li6es (successivement m61an6ph6- linite, micromelteigite, ijolite) a 6t6 le si6ge une activit6 p6renne durant pr6s de 5 M.a., sur une zone tr6s localis6e (0,20 km z) (Harmand 1984).

Tableau 2. Nouvelles donn6es radiom6triques (K-Ar) New radiometric data (K-Ar)

Gpe R6f6rences 6chantillons K % Ar40* Ar atm % Age en M.a.

R.9863 Melanephelinite de Zebzat

R.9865 Neph. ~ mel. , Bekrit (5°14 ' , 3304 ') R. 10239 Nephelinite Tasfait (502'30 ", 32048 ') R. 10238 Neph. , piton d ' l ,g. Azougouach (505 ' , 33°2 ') R.9068 Melanephel in i te R.9067 Micromelteigite Talzast (5°17 ',33°12 ' ) R.8882 Ijolite

R.9864 Basalte, All ou Ahmed (5°3 ' , 33°14 ') R.941 1 Neph. J. Tourguejid (5°5 ' , 32044 ') R.9410Neph. R.9065 Basanite, J. Hebri (5°9'; 33°21') R.9066 Basanite, J. Tahabrit (centre) (5°8'; 33°22 ') R. 10240 Basalte, J. Larays (4053 ' , 33o3 ') R. 10237 Basalte L. Air el Haj (5°4'30 ", 33o23 ')

0,618 1,51 72,67 35 __+ 3

1,28 1,297 60,91 14,6 + 0,8 0,954 0,957 75,3 14.5 __+ 1,5 1,25 1,00 77,8 11,5 --_ 1,0 0,747 0,548 53,6 10,6 __+ 0,5 1,35 0,717 66,86 7,6 __+ 0,5 1,45 0,594 75,15 5,9 __+ 0,6

0,763 0,094 95,48 1,8 __+ 0,6 0,717 0,079 95,0 1,60 __+ 0,5 0,671 0,0724 91,77 1,56 -+ 0,45 1,02 0,093 87,57 1,3 -+_ 0,3 0,916 0,0506 95,71 0,8 + 0,25 1,28 0,053 92,6 0,60 + 0,2 1,31 0,047 92,9 0,50 + 0,15

AE$ 2:I-D

54 C. HARMAND et J. M. CANTAGREL

Les figes mesurds sur les roches du groupe 3, confir- ment l'~ge ant6-tensiftien pr6cddemment reconnu. Bien que peu pr6cises ~ l'dchelle des ph6nom6nes quater- naires, les datations des volcans E1 Koudiate (au Nord) et Tourguejid (au Sud) permettent de fixer une limite chronologique entre les formations q6 et q3 du Saiss, et un g~ge minimal du niveau V de haute Moulouya (Sald- tien, Dutour 1983) de l'ordre de 1,5-1,6 M.a.

L'6dification de la "cha~ne volcanique" moyen atlasique dure plus d'un million d'annfes (gtges extr6mes: 1,8 h 0,5 M.a.), essentiellement pendant l'Amirien (Quaternaire moyen) sans que les donndes actuelles ne permettent de mettre en 6vidence une dven- tuelle migration des centres druptifs en fonction du temps. De plus il faut souligner l'absence de produits diff6rencids, ce qui plaide en faveur de r6alimentations magmatiques successives sans stockage crustal impor- tant.

LE VOLCANISME DU MOYEN ATLAS DANS SON CADRE GEODYNAMIQUE

Replac6 dans le cadre de la convergence Europe- Afrique, le volcanisme alcalin ndog6ne et quaternaire du Moyen Atlas se met en place pendant deux phases majeures de serrage de l'arc bdtico-rifain.

Au Langhien-Serravallien (=de 15 ~ 11 M.a.) a lieu une phase importante de plissement avec d6veloppe- ment d'une schistositd (N. 120) et rejeu en ddcrochement senestre des accidents N. 40-70 (Frizon de Lamotte 1982). La localisation des appareils miocbnes, sur des accidents N. 40-60, tdmoignerait, dans l'avant-pays, d'une rdactivation de ceux-ci, lors du paroxysme tec- tonique rifain, pendant l'exhaussement du Maroc cen- tral (Morel et al. 1983).

Deux des figes mioc6nes obtenus sur le complexe de Talzast (Tableau 2) ne peuvent 6tre rattach6s ~ cette phase. Cependant I'un d'entre eux (7,5 + 0,5 M.a. cor- respondant h la micromelt6igite) pourrait 6tre contem- porain de la br6ve phase compressive fini tortonienne (8 M.a.) reconnue au Maroc (Guillemin 1976) et en Alg6rie (Thomas 1979).

Pendant le Quaternaire moyen et jusqu'~ l'dpoque actuelle, une phase de d6formation affecte la plus grande partie de l'arc de Gibraltar. Les mesures microtec- toniques, les axes de plis et le jeu des d6crochements indiquent une direction de raccourcissement g6ndral NNW-SSE. Cette phase serait situ6e aux environs de 1,5 M.a. et se poursuivrait jusqu'h l'actuel (Bousquet 1977). L'examen de la r6partition de la s6ismicit6 naturelle (Hatzfeld et al. 1977) a permis de mettre en 6vidence l'existence au Maroc d'un lin6ament sismique important. Depuis l'accident du Nekor au Nord, ce lin6ament prend en 6charpe le Moyen Atlas et se pour- suit dans le Haut Atlas jusqu'h Agadir (Fig. 2). L'dtude des m6canismes au foyer montre le long de cette ligne: l'existence d'une part, d'un axe de pression voisin de l'horizontale et d'orientation comprise entre N-S et NW-SE, d'autre part, le coulissage senestre suivant un

(/ \ . ' ' - " ,

Fig. 2. Carte sismique du Maroc. N--Nekor, R--Rabat, A--Agadir. BM--Beni-Mellal. Seismicity map of Morocco.

plan de faille NE-SW (Agadir, 29/02/1960). De plus, l'existence de sdismes interm6diaires (100 h 150 km) a 6td reconnue dans le Moyen Atlas et l'Atlas de Beni- Mellal (Hatzfeld et Frogneux 1981).

En raison de l'important recouvrement lavique, il n'est gu6re possible d'observer les relations entre frac- turation du substratum et volcans quaternaires. Cepen- dant h proximit6 de la zone volcanis6e, les accidents majeurs dessinent une virgation de N. 30-40 ~ N. 60-70. Cette direction N. 60-70 est 6galement celle de plusieurs alignements volcaniques, celui du djebel Tahabrit par exemple [Fig. l(b)].

La contrainte maximale (o- 1) NNW-SSE (d6finie par les donn6es microtectoniques et sismiques) n'est pas compatible avec un jeu d6crochant le long d'accidents N. 60-70. Dans la zone de blocage qui en r6sulte, l'intensit6 des contraintes serait maximale mettant en tension l'ensemble de la crofite et affectant la lithosph6re jusqu'~ des profondeurs de l'ordre de 150 km (s6ismes intermddiaires). La compression pourrait 6tre absorbde par une extension secondaire (Tapponier 1977) orthogonale h o-l, selon le mod61e proposd sur la Fig. 3.

Dans un tel sch6ma, les ouvertures sont petites, nom- breuses et localisdes ~ la zone de relais entre accidents, ce qui se traduit par l'absence de dykes importants et la pr6sence d'un grand nombre de volcans monog6niques selon un pseudo-alignement des centres druptifs simu- lant une vaste fente de tension N. 170.

Ces fractures permettent une remont6e rapide des magmas alcalins ce que semble indiquer I'absence de produits diff6rencids, la pr6sence dans certains voicans de nombreuses enclaves p6ridotitiques (Moukadiri 1983) ou le grand volume de laves fluides parfois mis en place. Par exemple, la coulde du djebel Tamarakoit se prolonge sur pr6s de 120 km [Fig. l(a)].

La fracturation se ddveloppant simultan6ment sur l'ensemble de la zone de blocage, il n'y a logiquement pas de r6partition 6vidente des points d'6mission en fonction du temps. Un tel syst6me fonctionne tant que le r6gime compressif se maintient avec une intensit6 suffisante (durant 1,3 M.a. environ dans le cas du Moyen Atlas).

Volcanisme du Moyen Atlas, Maroc 55

Fig. 3. ModUle g6odynamique de mise en place du volcanisme quater- naire. Geodynamical scheme for quaternary basaltic volcanism from

Moyen Atlas.

CONCLUSION

Trois p6riodes distinctes d'activit6 volcanique ont 6t6 mises en 6vidence dans le Moyen Atlas marocain. La plus ancienne (35 M.a.) est localis6e le long de l'accident Nord Atlasique. La seconde phase, entre 15 et 6 M.a. est plus diffuse, dispers6e sur l'ensemble de la r6gion, elle s'6tend probablement plus h l'Est dans le Rekhame et plus ~ l'Ouest sur la Meseta centrale. Les appareils volcaniques sont situ6s sur des accidents d6crochants senestres N. 40-60 r6activ6s pendant le paroxysme tec- tonique rifain. La troisi~me phase enfin est d'fige quater- naire entre 1,8 et 0,50 M.a.

Le volcanisme r6cent du Moyen Atlas constituerait un exemple de magmatisme alcalin mis en place ~t la faveur de distensions secondaires engendr6es par le jeu de grands cisaillements crustaux et ce dans le contexte en compression r6sultant de la convergence des plaques europ6enne et africaine.

Ce module ne pr6sume pas bien sOr, de la g6n~se des magmas basaltiques 6mis mais il en autorise le drainage depuis les zones profondes de la lithosphere. I1 remet ainsi en question l'id6e souvent admise selon laquelle la pr6sence de roches alcalines traduirait n6cessairement l'existence d'une phase tectonique distensive impor- tante.

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