L'apport des inclusions magmatiques primitives à l'origine des basaltes<br />océaniques : Exemples de la zone FAMOUS (ride médio-Atlantique Nord)<br />et du point chaud de la Réunion - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2006

Contribution of primitive melt inclusions to the understanding of the origin
of oceanic basalts: examples of the FAMOUS zone (Mid-Atlantic Ridge)
and the Réunion hotspot

L'apport des inclusions magmatiques primitives à l'origine des basaltes
océaniques : Exemples de la zone FAMOUS (ride médio-Atlantique Nord)
et du point chaud de la Réunion

Muriel Laubier

Résumé

Understanding the physical and chemical conditions of partial melting, magma extraction and segregation processes and the mineralogical and chemical composition of the Earth mantle requires the characterization of the primitive composition of magmas. A unique feature of melt inclusions trapped in early phenocrysts is their ability to preserve the primitive information which is completely or partially obliterated from whole rock compositions by secondary processes such as magma mixing and fractional crystallization. The present study investigates primitive olivine-hosted melt inclusions in two distinct geodynamic settings – mid-ocean ridges and oceanic hot spots – and is focused on two regional examples: the FAMOUS zone (Northern Mid-Atlantic Ridge) and the Réunion hotspot.
Melt inclusions trapped in a single sample from the FAMOUS zone (Northern Mid-Atlantic Ridge) are characterized by a large variability in their major- and trace-element contents, which exceeds that of the whole rocks and glasses from the area. They display highly primitive compositions (Mg# = 0.70-0.78) which show similarities with experimental melts produced by partial melting of spinel-bearing lherzolite at 1 GPa. Incompatible trace-element compositions evolve from relatively depleted ((La/Sm)N<0.75) to slightly enriched ((La/Sm)N>1.2) compositions. Geochemical simulations suggest that polybaric continuous melting of a homogeneous source is responsible for much of the variability in the melt inclusions. However local variations in the potential temperature and the H2O content in the mantle source seem to be required to explain some of the major-element trends. We did not find any evidence for chemical modifications of the primary magmas due to magma/rock interaction during transport.
Melt inclusions in samples from Mauritius Island and Piton des Neiges and Piton de la Fournaise (Réunion Island) volcanoes evolve from transitional to tholeiitic compositions; this evolution can be explained by a slight increase in the degree of melting of a peridotite source. The chemical and isotopic homogeneity of Réunion plume products through time enables us to calculate the incompatibility sequence of trace elements during the partial melting process using data from Mauritius, Piton des Neiges and Piton de Caille (Piton de la Fournaise) melt inclusions. The results show a strongly incompatible behaviour of Pb, which is generally thought to be similar to that of Ce during partial melting in oceanic settings. This unusual behaviour of Pb compared to other oceanic mantle plumes implies that a residual sulphide phase was not present in the Réunion source at the time of melt extraction. Finally, the modelled source composition of the Réunion plume is similar to that of the primitive mantle, except for a slight depletion in the most incompatible elements. Therefore the chemical signature of the Réunion plume is consistent with a primitive mantle domain that has been slightly depleted by early continental crust extraction and has not been strongly modified afterwards by recycling or differentiation processes.
La caractérisation des magmas primitifs des laves a pour objectif de mieux contraindre les conditions physico-chimiques de la fusion partielle, les modes d'extraction et de transport des magmas et la composition chimique et minéralogique du manteau terrestre. L'intérêt de l'étude des inclusions magmatiques piégées dans les phénocristaux précoces des basaltes réside dans l'isolation de ces liquides silicatés vis à vis des processus secondaires de différenciation et de mélange. Ce travail avait pour but la caractérisation des inclusions magmatiques dans des olivines primitives dans deux contextes géodynamiques distincts - les rides médio-océaniques et les points chauds océaniques – en s'articulant autour de deux exemples régionaux : la zone FAMOUS (ride médio-Atlantique Nord) et le point chaud de la Réunion.
Les inclusions magmatiques piégées dans un échantillon de la zone FAMOUS (ride médio-Atlantique Nord) se caractérisent par une variabilité importante de leurs teneurs en éléments majeurs et traces, qui excède largement la variabilité chimique des laves émises en surface dans la région. Les liquides inclus sont très primitifs (Mg# = 0.70-0.78) et présentent des similitudes de composition avec les liquides expérimentaux issus de la fusion partielle de lherzolites à spinelle à 1 GPa. Les compositions en éléments en traces évoluent depuis des compositions relativement appauvries ((La/Sm)N<0.75) jusqu'à des compositions légèrement enrichies ((La/Sm)N>1.2). Des modélisations géochimiques suggèrent qu'une grande part de la diversité chimique des inclusions résulte du processus de fusion polybare d'une source de composition homogène. Toutefois, une variation locale de la température potentielle et de la teneur en H2O du manteau semble requise pour reproduire certaines variations en éléments majeurs. Nous n'avons pas décelé de modifications chimiques des magmas liées à des interactions magma/roche (dissolution du clinopyroxène) lors de la ségrégation et l'ascension.
L'étude des inclusions magmatiques dans les olivines d'échantillons de l'île Maurice et l'île de la Réunion a mis en évidence une transition entre des liquides alcalins à transitionnels vers des basaltes à affinité tholéiitique. Cette évolution peut vraisemblablement être expliquée par une augmentation du degré de fusion d'une source péridotitique. D'autre part, la composition chimique et isotopique homogène au cours du temps du panache de la Réunion nous a autorisés à calculer la séquence d'incompatibilité des éléments traces lors du processus de fusion partielle à l'origine des liquides inclus. Les résultats indiquent un comportement très incompatible du Pb, alors que celui-ci est généralement considéré comme voisin du celui du Ce lors de la fusion dans un environnement océanique. Cette observation implique l'absence de sulfure résiduel dans la source du panache lors de l'extraction des magmas, ce qui singulariserait la source du panache de la Réunion des autres sources d'îles océaniques. Enfin, une modélisation de la source du panache suggère une composition relativement comparable à celle du manteau primitif, mais toutefois légèrement appauvrie en éléments les plus incompatibles. Ainsi, la source de la Réunion est constituée d'un manteau faiblement appauvri par l'extraction de la croûte continentale, qui, par la suite, n'a pas ou peu été modifié par les processus de différenciation ou de recyclage.
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tel-00155657 , version 1 (18-06-2007)

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  • HAL Id : tel-00155657 , version 1

Citer

Muriel Laubier. L'apport des inclusions magmatiques primitives à l'origine des basaltes
océaniques : Exemples de la zone FAMOUS (ride médio-Atlantique Nord)
et du point chaud de la Réunion. Géochimie. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00155657⟩
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