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Géologie de la Corée du Nord – Le Précambrien

Monts Kumgang. @ Uwe Brodrecht, photo recadrée / Flickr / CC BY-SA 2.0.

On ne peut évidemment pas parler de la Corée du Nord sans parler aussi de la Corée du Sud, les deux pays faisant partie d’une même péninsule. Pour toute frontière naturelle, il n’y a que l’estuaire du fleuve Han à l’ouest, réunion de deux rivières qui prennent leur source l’une au Nord et l’autre au Sud. Du côté ouest, la péninsule est séparée de la Chine par la mer Jaune, dont la profondeur moyenne est de 48 mètres. C’est donc une plaine inondée faisant partie de la plaque eurasiatique, qui doit son nom au limon apporté par le fleuve Jaune.

La mer du Japon, appelée mer de l’Est ou Orientale par les Coréens, a en revanche un caractère océanique. Sa profondeur est de 1 752 mètres en moyenne et elle atteint les 3 742 mètres. C’est un bassin arrière-arc : elle doit son existence à la subduction de deux plaques océaniques sous l’Eurasie, celle des Philippines et celle du Pacifique. Le Japon, qui faisait partie de l’Eurasie jusqu’il y a une quinzaine de millions d’années, s’en est détaché. La subduction l’a en quelque sorte tiré vers le sud pendant qu’un plancher océanique se formait entre lui, la Corée et la Chine. Le détroit de Corée, séparant actuellement la péninsule coréenne de l’ouest du Japon, s’est ouvert il y a 2 millions d’années.

La mer du Japon, la péninsule coréenne et le Japon. NASA, domaine public.

Trois massifs archéens

La partie orientale de la Chine a été formée par la réunion de deux petits continents : le craton sino-coréen, qui remonte à l’Archéen (de 4 à 2,5 milliards d’années), et le bloc de Chine du Sud, plus récent car il date du Protérozoïque (de 2,5 à 0,5 Ga). La zone de collision est constituée d’anciennes montagnes appelées la ceinture orogénique Qingling-Dabie-Sulu. Elle s’étend sous la mer Jaune dans une direction ouest-est et l’on pourrait s’attendre à la retrouver en Corée mais cela demande à être confirmé, pour des raisons qui sont évidement politiques. Des géologues chinois ont cependant effectué une publication dans Earh-Science Reviews, grâce à une collaboration avec l’Institut de géologie de l’Académie des Sciences de la République populaire démocratique de Corée et des collègues de Corée du Sud.

On distingue trois massifs continentaux dans la péninsule coréenne. Le massif de Rangnim (NM sur les cartes) en Corée du Nord, datant de l’Archéen et du Paléoprotérozoïque (de 2,5 à 1,6 Ga). La ville de Rangnim a été bâtie dessus. Il y a aussi des granitoïdes et des roches supracrustales du Protérozoïque. Ces dernières se sont formées sur la croûte continentale et ne proviennent pas de ses profondeurs comme les granitoïdes. Au sud du pays, s’étend le bassin sédimentaire de Phyongnam (PB), où se trouve la capitale Pyongyang. Il est partiellement séparé du massif de Gyeonggi, (GM) situé en Corée du Sud autour de Séoul, par une zone appelée la ceinture d’Imjingang (IB). C’est là qu’est la grande ville de Kaesong, en Corée du Nord, à seulement sept kilomètres de la frontière. Au sud du massif de Rangnim, s’étendent la ceinture d’Ogcheon (OB), le bassin sédimentaire de Taebaeksan (TB), puis le massif de Yeongnam (YM). Enfin, le bassin de Gyeongsang (GSB) est bordé au sud-est par la mer du Japon.

Unités litho-structurelles de la Corée d’après Zhai Mingguo et al., 2019. Explications dans le texte.

Le massif de Rangnim, socle de la Corée du Nord

La première leçon de l’étude est que le massif de Rangnim possède bien des caractéristiques communes avec celle du craton de Chine du Nord. Le nom de « craton sino-coréen » est par conséquent justifié. Pour commencer, certains roches de la partie occidentale et centrale du massif de Rangnim, appelé le sous-massif de Rangnim, remontent à l’Archéen. Elles forment le complexe de Rangnim. Ce sont majoritairement des gneiss résultant du métamorphisme de tonalites et de granites, ainsi que des granites gneissiques. Les tonalites ressemblent aux granites mais elles sont plus riches en calcium. Elles sont caractéristiques de la croûte continentale archéenne. Ces roches sont les granitoïdes cités ci-dessus. Les gneiss tonalitiques constituent le socle sur lequel reposent les sédiments du bassin de Phyongnam, dans la plupart des affleurements examinés. Les âges mesurés vont jusqu’à 3 Ga et l’on décèle un épisode important de création de croûte continentale vers 2,78 Ga.

Le sous-massif de Kwanmo (KM)a été défini comme la partie orientale du massif de Rangnim. Il est voisin du massif de Hambuk (DMJ), lequel s’approche jusqu’à 120 km de Vladivostok. Le complexe de Kwanmo comprend des roches archéennes : des gneiss et des granites, mais aussi des roches supracrustales (le groupe de Musan, du nom d’une ville ville proche de la frontière sino-coréenne) dont des formations ferrifères rubanées datées à 2,7-2,5 Ga. Constituées de couches alternées d’oxyde de fer et de silice, elles se sont déposées sur le plancher d’une mer par oxydation des ions ferreux que l’eau contenait. L’émission d’oxygène par des organismes photosynthétiques en est sûrement responsable.

Ce sous-massif a le même âge que celui de la partie occidentale mais il a une histoire différente : il est une ceinture de roches vertes et de granites. Les roches supracrustales archéennes se présentent généralement ainsi. Elles ont toutes été métamorphisées. Le groupe de Musan comprend également des gneiss à biotite (mica noir), des schistes à deux micas, des schistes à mica à et quartz et des quartzites. Il est considéré comme un prolongement du groupe d’Anshan en Chine – du nom d’une grande ville située à proximité de la mer Jaune. Ces sédiments s’étaient peut-être déposés sur un micro-continent qui s’est agrégé à l’une des parties du futur craton sino-coréen à la fin de l’Archéen.

L’assemblage du craton sino-coréen

Le massif de Rangnim comprend également des roches métamorphiques du Paléoprotérozoïque. Celles du groupe de Machollyong ont été faiblement métamorphisées. Elles s’étendent entre les sous-massifs de Rangnim et de Kwanmo. On en a conclu que ceux-ci ont été séparés par un rift. D’abondantes laves s’y sont épanchées au début du Paléoprotérozoïque, puis le rift est devenu un petit océan semblable à la mer Rouge, où des carbonates ont sédimenté sur une grande épaisseur. Ils ont été recouverts à la fin de cette période par les produits de l’érosion de montagnes voisines (des sédiments terrigènes). Lors du métamorphisme, ces sédiments ont été transformée en marbre, en schiste à quartz et en amphibolite constituant la formation de Songjin. Par-dessus, reposent les roches de la formation de Puktaechon : dolomites (carbonate de calcium et de magnésium) et roches pyroclastiques témoins d’éruptions volcaniques. Le groupe de Namdaechon comprend du marbre, qui est du calcaire métamorphisé, du schiste à quartz, du quartzite et du conglomérat, constitué de galets soudés. Cela montre qu’il y avait des montagnes dans les environs et des cours d’eau capables de les éroder.

Granite rapakivi de type pyterlite.

Les roches du groupe de Jungsan, au sud du sous-massif de Rangnim, ont été plus fortement métamorphisées. Elles sont étroitement associées à des granites du Paléoprotérozoïque. Elles ont subi des températures de 700 °C à 850 °C et des pressions pas très élevées, qui signifient qu’elles ont été enfouies à une trentaine de kilomètres de profondeur. Ce chauffage a entraîné la fusion partielle de certaines roches. D’anciennes argilites riches en aluminium sont devenues de la khondalite, constituée de grenat, de silimanite ou kyanite (des silicates d’alumine), de feldspath plagioclase ou potassique, de quartz et de biotite. Il y aussi du gneiss à graphite. Cet épisode métamorphique est daté de 1,90 à 1,85 Ga.

Les roches plutoniques se sont abondamment répandues dans tout le massif de Rangnim il y a 2 à 1,8 Ga. Ce sont des magmas solidifiés en profondeur, qui se présentent parfois en intrusions très vastes. Le batholite des monts Myohyang (un massif qui atteint 1 909 m d’altitude au mont Biro) couvre 300 km². Le magma s’est introduit dans les roches métamorphiques archéennes et paléoprotérozoïques et sa cristallisation a fait apparaître des cristaux de feldspath alcalin (orthose) de 1 à 6 cm de long : c’est un granite rapakivi, dont l’épithète signifie « pierre pourrie » en finlandais. Des tels batholites existent aussi dans les massifs de Gyeonggi et Yeongnam en Corée du Sud. Leur association avec d’autres roches plutoniques, les gabbros et les anorthosites (riches en feldspaths plagioclases), montrent qu’ils proviennent pas de la formation de montagnes. On pense plutôt à un rifting.

Assemblage final du craton sino-coréen et création d’une ceinture à khondalite. @ Celiayangyy / Wikimedia Commons.

De la croûte continentale comportant des sédiments a été fondue. On dit qu’il y a eu anatexie. À partir de ce magma, se sont solidifiés des monzonites, des gabbros et des granites de type S (provenant de roches sédimentaires) qui ont été datés précisément entre 1,86 et 1,84 Ga. Il s’est donc produit un événement tectonique majeur à cette époque, que l’on retrouve en Chine du Nord. D’après le modèle développé par Zhao Guochun, Simon Wilde et d’autres géologues, il s’agit de la phase finale d’assemblage du craton sino-coréen, par collision d’un bloc occidental et d’un bloc oriental. Un chaîne de montagne a été créée, qui se prolongeait en Inde car ce continent était alors voisin du craton sino-coréen. La khondalite, roche métamorphique citée plus haut, a d’abord été identifiée en Inde. Elle doit son nom à la tribu dravidienne des Khonds.

Des orogenèses (formations de montagnes) se sont produites un peu partout dans le monde, entre 2,05 et 1,80 Ga, si bien que cette période a été appelée l’Orosinien. C’est une subdivision du Paléoprotérozoïque. Toutes ces orogenèses sont dues à des collisions de continents, qui ont donné naissance à un supercontinent appelé Columbia ou Nuna. Il s’est disloqué durant le Mésoprotérozoïque (de 1,6 à 1 Ga). En Corée du Nord, cette période est marquée par le début d’une longue histoire sédimentaire.

Sédimentation dans le bassin de Phyongnam

C’est en effet à partir du Mésoprotérozoïque que le bassin sédimentaire de Phyongnam se constitue. Le processus se poursuit durant le Néoprotérozoïque (de 1 Ga à 541 Ma), ainsi que durant le Cambrien. La sédimentation a deux lacunes, la première il y a environ 1 Ga et l’autre durant le Cryogénien (de 720 à 635 Ma), période où la Terre a connu deux glaciations globales. Il n’y a pas de sédimentation sous la glace, à part des dépôts de fragments de roches arrachées par l’érosion glaciaire. Ces fragments, les tillites, figurent peut-être dans la formation de Pirangdong. Elle comprend des galets de grès, d’argilite, de calcaire, de granite et de gneiss dont les dimensions vont de quelques millimètres à une douzaine de centimètres. Ils sont soudés par une matrice argileuse et calcaire.

Contrairement aux roches magmatiques (en particulier plutoniques) et métamorphiques, les roches sédimentaires ne sont pas faciles à dater, d’autant plus que celles du Protérozoïque ne comportent pas de fossile reconnaissable. On peut dater les cristaux de zircon qu’il contiennent, sachant qu’ils sont antérieurs à l’époque de la sédimentation, ainsi que des intrusions de magma. Il y en a beaucoup dans la région d’Ongjin, au sud-ouest du bassin de Phyongnam. Les âges mesurés sont de 1,2 Ga. Ces granites se sont introduits dans les sédiments du groupe de Hwanghae. Légèrement métamorphisés, ces derniers sont devenus du schiste pélitique (provenant d’argiles), du schiste à quartz et du marbre. Il y avait aussi des roches volcaniques, par lesquels s’achève ces dépôts du Mésoprotérozoïque.

Le Tonien (de 1 Ga à 720 Ma), premier système du Néoprotérozoïque, est l’époque du supercontinent Rodinia. Le craton sino-coréen se trouve non plus du côté de l’Inde, mais à proximité de la Sibérie. Dans l’ensemble, les sédiments sont plutôt terrigènes : des galets, des sables et des argiles de compositions diverses. Il existe néanmoins du calcaire non métamorphisé en marbre et, à la fin, de la dolomite.

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Zhai Mingguo et al., The geology of North Korea: An overview, Earth-Science Reviews 194, 57–96, 2019.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012825219300509

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