1 Introduction

In the northwestern part of the Hercynian Moroccan Meseta (Fig. 1), a volcanic complex is interbedded within the Middle Cambrian (‘Acadian’) ‘Schistes à paradoxydes’ series [6,18]. The volcanic series includes andesites, trachyandesites, cinerites, pyroclastic tuffs, breccia and pillow lavas [6,24,34]. The volcanic centre was located in the Oued Rhebar structural horst [6,18]. Fourteen geochemical analyses of major elements carried out on these extrusive rocks had made it possible to suggest (in spite of a loss of ignition going up to 12%) a calc-alkaline tendency [6,8,34]. New (12) major, trace and rare-earth element analyses (Table 1) make it possible to better characterize the magmatic affinity, nature and origin of the Oued Rhebar magma. Chemical analyses of the studied rocks (R1 to R18) were carried out at the Granada University (Spain). The major elements were performed by X-Ray fluorescence and the trace elements by ICP-MS (Table 1).

2 Geological setting

3 Petrography and geochemistry

In the Zr/TiO₂–Nb/Y diagram [31], the analysed volcanic rocks plot in the fields of andesites and trachyandesites (55% < SiO₂ < 62%; Fig. 2).

The CVOR rocks are also characterized by high contents in Y (9–35 ppm), Zr (80–170 ppm) and in Th (2–3 ppm). The low Hf/Th (<3) ratios are the same than those from volcanic arc calc-alkaline basalts [32]. This can be also demonstrated in the Ti/100–Zr–Y.3 diagram [23] (Fig. 3). The Th/U and Th/Ta ratios (>1) are closer to those in rocks originated in an orogenic context [15].

Fig. 4 shows chondrite-normalized REE patterns [19]. All the analysed rocks samples display fractionated light REE (LREE) and flat heavy REE (HREE) (4.95 < La/Yb < 27.07). Patterns are similar to those from calc-alkaline series. Some samples show a negative Eu anomaly, which may suggest plagioclase fractionation [7]. HREE patterns are weakly enriched indicating probably the existence of garnet in the source region (Fig. 4).

In a primitive mantle-normalized plot [29] (Fig. 5), all volcanic samples exhibit similar patterns. They are parallel and fractionated (LILE/HFSE > 10 ratio) and display Nb, Ta and Zr relative depletions typical of calc-alkaline orogenic and/or metasomatized mantle magmas. These anomalies and the high Ba/Nb ratios (>30) [12] are similar to those from orogenic andesites.

4 Discussion and conclusion

Dans la Meseta côtière, partie nord-occidentale de la Meseta hercynienne marocaine, dans la vallée de l'oued Rhebar et les thalwegs voisins (Fig. 1), un complexe de roches volcaniques est interstratifié dans la formation des Schistes (grauwackes) à Paradoxides, datée du Cambrien moyen ( « Acadien ») [6,16]. Il s'agit, au voisinage de l'ancienne mine (FePb) de l'oued Rhebar, d'une série volcano-sédimentaire avec andésites, trachyandésites, cinérites, tufs pyroclastiques, brèches, formations à pillow-lavas et conglomérats [6,24,34]. Ce sont les produits d'un appareil volcanique d'émission localisé sur le horst de l'oued Rhebar [6,16], caractérisé par un volcanisme trachyandésitique intermédiaire à acide, explosif et aérien synchrone de la sédimentation acadienne [24,34].

Quatorze analyses géochimiques d'éléments majeurs et d'éléments traces effectuées sur ces roches volcaniques avaient conduit à proposer, malgré une perte au feu allant jusqu'à 12%, une tendance calco-alcaline pour ces roches [6,8,34]. Dans cette note, nous présentons douze nouvelles analyses chimiques d'éléments majeurs, traces et terres rares (Tableau 1), qui permettent de mieux caractériser l'affinité magmatique, la nature et l'origine du magma parental et d'en déduire le cadre géodynamique. L'étude est établie à partir des éléments en traces supposés immobiles lors des processus d'altération hydrothermale et de métamorphisme (Ti, Y, Nb, Ta, Zr, Th, U, Hf et terres rares).

Les analyses chimiques des échantillons (R1 à R18) représentatifs (andésites et trachyandésites) ont été effectuées à l'université de Grenade (Espagne). Les éléments majeurs ont été dosés par fluorescence X et les éléments en traces par ICP-MS (Tableau 1).

Sur le bord nord-est immédiat du complexe volcanique de l'oued Rhebar (CVOR), un gisement à faunes du Cambrien moyen a été décrit dans les alternances grauwackes–pélites de la formation des Schistes à Paradoxides [6]. Cette formation correspond à une sédimentation marine à granulométrie fine à la base, grossière vers le haut (quartzite d'El Hank) [6], sous l'effet de courants tractifs, et où abondent les feldspaths, en relation avec le volcanisme étudié [24,34]. Les nombreuses figures sédimentaires (stratifications entrecroisées notamment) observées dans les grauwackes de la formation, au voisinage du CVOR et aussi dans les tufs, témoignent d'un dépôt de faible profondeur.

Le CVOR, allongé selon une direction NE–SW, est bordé à l'est par une formation chaotique (Fig. 1), dilacérée par la schistosité régionale et où on reconnaît des blocs quartzitiques (<80 cm) et pélitiques dans une matrice grauwackeuse, et à l'ouest par une formation conglomératique, schistosée, mal classée et où abondent les galets quartzitiques (centimétriques à décimétriques) dans une matrice grauwackeuse. Ce conglomérat jalonne cartographiquement, surtout à l'ouest, la limite du CVOR, changeant rapidement d'épaisseur (5 à 150 m). Ces relations stratigraphiques indiquent un âge Cambrien moyen pour le CVOR, plutôt qu'un âge Néoprotérozoïque, tel qu'on l'a suggéré récemment [8].

La sédimentation dans un milieu à faible profondeur d'eau, les dépôts chaotiques et la nature sub-aérienne du volcanisme associé suggèrent une paléogéographie en haut fond, préfigurant le horst structural actuel de l'oued Rhebar, [2,6,24–27], un haut fond ou horst paléogéographique allongé selon une direction NE–SW, porteur de volcans subaériens et bordé par des aires de sédimentation peu profondes, mais subsidentes. Cette structure extensive est considérée comme étant la terminaison nord du graben ouest-mésétien du Cambrien moyen mis en évidence dans la Meseta occidentale–centrale [2,6,24–27]. Les failles NE–SW participant à la genèse de ce graben se prolongeraient depuis le Haut Atlas occidental jusque dans la région de l'oued Rhebar. La genèse des dépôts chaotiques du CVOR serait due à ces accidents dont l'activité créait des écroulements et des écoulements gravitaires de type debris flow.

Le graben ouest-mésétien indique un épisode de rifting avorté (sans océanisation) au Cambrien moyen [2,22,24–27]. La distension synsédimentaire aurait débuté au sud dans l'Anti-Atlas, dès le Cambrien inférieur, et se serait achevée plus au nord dans la Meseta occidentale (Meseta côtière et Maroc central) au Cambrien moyen–supérieur [25] par l'arrivée des quartzites d'El Hank. Cette distension est accompagnée d'un volcanisme connu à Sidi Said Maachou (100 km plus au sud) [11,20], à l'oued Rhebar et dans la partie sud-est du Maroc central et la Meseta orientale [21,22]. Le CVOR serait donc le témoin volcanique de l'activité tectonique extensionnelle du Cambrien.

La déformation régionale hercynienne est ici en relation avec la zone de cisaillement NE–SW d'El Haj Thami [1,5,16,34] (Fig. 1), un des principaux accidents NE–SW hercyniens de la Meseta, hérités des structures extensives synchrones de la sédimentation acadienne [2,24–27]. La déformation hercynienne y est distribuée en couloirs cisaillants sub-méridiens, où le plissement et la schistosité sont plus importants qu'entre les couloirs [5,16,34]. La déformation dans les composantes du CVOR dépend de leur emplacement vis-à-vis des couloirs de cisaillement et de la compétence des roches. Ainsi, les formations chaotiques des bordures est et ouest sont dilacérées (surtout la partie ouest) par la schistosité régionale (NE–SW). Les roches volcaniques (andésite et trachyandésite) et les produits pyroclastiques ne montrent que rarement une schistosité, contrairement aux grauwackes et tufs [5,16,34].

Malgré le métamorphisme de faciès schiste vert de bas degré qui affecte toute la série [6,16,24,26,34], la texture originelle et les caractères primaires des minéraux ont été préservés dans les roches volcaniques étudiées. Elles ont une texture microlitique (vitreuse, fluidale, vacuolaire) porphyrique et comprennent une paragenèse minérale composée de plagioclase, sanidine, quartz, clinopyroxène en reliques, amphibole brune, biotite, oxydes de fer, chlorite et calcite.

Le plagioclase, en phénocristaux et microphénocristaux, présente un zonage oscillatoire ou complexe, maclé simple et albite, agglomérés en syneusis, plus ou moins orienté, parfois entouré d'albite ou recoupé de fractures remplies de séricite, de calcite et d'oxyde de fer.

La mésostase comprend essentiellement plagioclase et minéraux opaques. Les minéraux accessoires sont l'apatite aciculaire et le zircon. On relève une absence totale d'olivine, d'orthopyroxène et de néphéline. Les minéraux ne sont pas orientés dans les échantillons sélectionnés.

Dans le diagramme Zr/TiO₂–Nb/Y [31], les roches volcaniques analysées ont des compositions andésitiques à trachyandésitiques (55% < SiO₂ < 62% ; Fig. 2). Leurs teneurs en éléments compatibles sont faibles, MgO < 4%, Ni < 27 ppm, V varie entre 157 et 70 ppm, Cr < 50 ppm, attestant leur caractère assez évolué et correspondant à la rareté de la phase ferro-magnésienne. Les teneurs en alumine entre 16 et 19% sont cependant élevées et sont celles rencontrées dans les roches calco-alcalines. Les teneurs en titane (<1%, sauf dans les échantillons R16 et R16,1) sont les valeurs généralement admises pour les laves calco-alcalines. Les valeurs du calcium, relativement faibles (2% en moyenne) s'opposent à celles du sodium, plutôt hautes, traduisant une albitisation des plagioclases, comme en témoigne le pourcentage en albite normatif (24–68%). Les teneurs en fer sont élevées, et en rapport avec la présence d'hématite (hématite normative 4–12%). De l'acmite normative est omniprésente dans toutes les roches (0 à 7,49%). Les teneurs de l'hypersthène magnésien varient de 3,57 à 12,39%. Il y a absence totale de néphéline normative.

Les roches du CVOR sont également caractérisées par des teneurs assez élevées en Y (9–35 ppm), Zr (80–170 ppm) et en Th (2–3 ppm). Les faibles valeurs des rapports Hf/Th (<3) les apparentent aux basaltes calco-alcalins des arcs volcaniques [32]. Ceci est aussi démontré dans le diagramme Ti/100–Zr–Y.3 [23] (Fig. 3). Les rapports Th/U et Th/Ta (>1) sont similaires à ceux des roches rencontrés dans les contextes orogéniques [15].

Dans le diagramme des terres rares (REE) normalisées aux chondrites [19], les spectres sont parallèles et enrichis en terres rares légères (LREE) par rapport aux terres rares lourdes (HREE) (4,95 < La/Yb < 27,07). Quelques échantillons montrent une anomalie négative en Eu compatible avec l'accumulation des plagioclases [7]. Les HREE sont modérément fractionnées, ce qui suggère la présence du grenat résiduel dans la source (Fig. 4).

Dans les diagrammes multi-éléments normalisés au manteau primitif [29], les spectres sont parallèles et fractionnés (rapport LILE/HFSE > 10) et montrent des anomalies négatives en Nb, Ta et Zr, typiques des magmas orogéniques calco-alcalins et/ou issus du manteau métasomatique (Fig. 5). Ces anomalies, en plus des rapports Ba/Nb élevés (>30) [12], sont les mêmes que celles rencontrées dans les andésites orogéniques.

Pour les roches étudiées, les teneurs en Al₂O₃, TiO₂ et le fractionnement des LREE par rapport aux HREE, en plus des différents diagrammes géochimiques utilisés, conduisent tous au même résultat : les roches volcaniques de l'oued Rhebar sont comparables aux roches calco-alcalines générées dans les contextes orogéniques. Elles ont des rapports La/Nb assez élevés pour qu'elles soient liées à des régions sources situées dans le manteau lithosphérique continental [13,28]. Ces rapports La/Nb, utilisés normalement pour distinguer entre les sources mantelliques lithosphériques et asthénosphériques [9,30], sont tous supérieurs à 1,5 (5,2) et sont en accord avec une participation lithosphérique. Les rapports La/Ta, supérieurs à 26, suggèrent une source lithosphérique contaminée par la croûte continentale [17]. L'anomalie en Nb négative confirme cette hypothèse. Le volcanisme d'âge Cambrien moyen de la Meseta marocaine, tantôt tholéiitique (à Bou Acila) [22], tantôt alcalin (à Sidi Said Maachou et dans la Haute Moulouya) [20,21], ou encore calco-alcalin (ce travail), reflète une hétérogénéité de la composition de la source lithosphérique, et probablement aussi, différents taux de fusion partielle du manteau.

Malgré le caractère calco-alcalin des vulcanites mises en place pendant cette époque, il ne semble pas que l'on puisse invoquer un lien génétique avec une subduction de croûte océanique. La paléogéographie, au Cambrien moyen de cette partie de la Meseta, est marquée par la présence d'un rift qui n'a jamais atteint le stade d'océanisation et indique plutôt un environnement intraplaque continental [2,25–27]. Ceci conduirait à attribuer l'anomalie négative en Nb, qui peut être rencontrée dans les domaines continentaux en distension [3], ainsi que la signature orogénique calco-alcaline, à la fusion partielle, en contexte extensionnel, d'un manteau métasomatisé (effet de source, [4]) lors d'une subduction ancienne d'âge Antécambrien, vraisemblablement Panafricain [10,14,25,26,33].

Ces résultats, d'ordre géochimique, contribuent à mieux caractériser le passage de l'orogenèse panafricaine à la période d'ouverture des bassins paléozoïques marocains.