Rôle des fluides dans la genèse des magmas d'arcs : analyses in situ des éléments volatils et des isotopes du bore dans les inclusions magmatiques des olivines primitives - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Role of slab-derived components in subduction-zone magmatism: in-situ volatiles and boron isotopes analyses of olivine-hosted primary melt inclusions

Rôle des fluides dans la genèse des magmas d'arcs : analyses in situ des éléments volatils et des isotopes du bore dans les inclusions magmatiques des olivines primitives

Marion Le Voyer
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 866962

Résumé

Volatiles, in particular H2O, are abundant in arc lavas. They play an important role in subduction zone magmatism, such as triggering the melting of the mantle wedge and influencing the explosivity of the eruptions at the surface. In order to better understand the subduction zone magmatism and the role of slab-derived components, we measured major, trace, volatile elements and boron isotopes in olivine-hosted melt inclusions from four volcanoes distributed in three volcanic arcs: Vulcano (Aeolian arc, Italy), Mount Shasta, (Cascades arc, California, USA), Pichincha and Pan de Azucar (Ecuadorian arc). The melt inclusions studied have basaltic compositions; they are undersaturated in silica and some of them have CaO contents greater than 13%. They derive from melting of mantle sources containing amphibole±clinopyroxene±phlogopite-rich veins, formed by various degrees of metasomatism. The trace element contents of the melt inclusions illustrate the enrichment of their mantle sources by slab-derived components with contrasting compositions. The melt inclusions of several samples from the same volcano (Mount Shasta), from several volcanoes in the same arc (Pichincha and Pan de Azucar) or from several subduction zones (Eolian arc, Cascades arc and Ecuadorian arc) can span a large range of volatile compositions. The variations of the volatile contents in melt inclusions with saturation pressures suggest that only Cl and F did not undergo significant degassing before trapping and are, therefore, representative of the primary magma compositions. H2O, CO2 and S contents of the studied melt inclusions can be used as minimum estimates of the primary contents. Modeled Cl and F compositions of the mantle sources vary from 3±1 ppm to 450±125 ppm of Cl and from 16±6 ppm to 147±32 ppm of F (Cl/F from 0.2±0.1 to 3.6±1.2). Combining the Cl/F ratios of the mantle sources with the Nb enrichment (relative to MORB) and the δ11B values of the melt inclusions suggests the involvement of two main slab-derived phases in the source of the studied melt inclusions: (1) a sediment-derived silicate melt (imprinted in the Pan de Azucar melt inclusions, with low δ11B values and a strong enrichment in Nb relative to MORB); (2) an aqueous fluid derived from the dehydration of the oceanic crust (imprinted the Pichincha melt inclusions). Depending on the physical and thermal characteristics of each subduction zone, the fluid phase can be a supercritical fluid and mobilize various amounts of trace elements. The enrichment of the sources of the melt inclusions from Sommata (Italy) and from sample 95-15 of Mont Shasta seems to be intermediary between those of the Pichincha and Pan de Azucar melt inclusions sources, indicating that mixing of both slab-derived components (1) and (2) may have been involved in their formation.
Les éléments volatils, principalement l'eau, sont enrichis dans les magmas d'arcs. Ils jouent un rôle prépondérant dans le magmatisme de zone de subduction, que ce soit en permettant la fusion du manteau ou en influençant l'explosivité des éruptions en surface. L'objectif de cette étude est la caractérisation (en éléments majeurs, traces, volatils et isotopes du bore) des liquides primaires des magmas d'arcs et de leurs sources, afin de discuter de l'influence des phases mobiles issues du slab dans leur genèse. L'approche adoptée est l'analyse des inclusions magmatiques piégées dans les olivines magnésiennes de quatre volcans répartis dans trois zones de subduction : Vulcano, dans l'arc Eolien (Italie), le Mont Shasta, dans l'arc des Cascades (Californie, Etats-Unis), le Pichincha et le Pan de Azucar, dans l'arc Equatorien. Les inclusions primaires étudiées contiennent des liquides basaltiques sous-saturés en silice, plus ou moins riches en CaO, dérivant d'une source mantellique veinée de zones riches en amphiboles (±clinopyroxène, ±phlogopite) et ayant subi un degré variable de métasomatisme. Leurs compositions en éléments traces illustrent l'enrichissement de leurs sources mantelliques par des composés mobiles issus du slab et de compositions contrastées. Il existe d'importantes variations des compositions en éléments volatils entre les inclusions provenant de plusieurs échantillons d'un même volcan (le Mont Shasta), celles provenant de plusieurs volcans d'une même zone de subduction (le Pichincha et le Pan de Azucar) ainsi qu'entre les inclusions des trois zones de subduction étudiées (arc Eolien, arc Equatorien et arc des Cascades). L'étude de l'évolution des teneurs en éléments volatils en fonction des pressions de saturation indique que seules les teneurs en Cl et F des inclusions magmatiques sont représentatives des teneurs du magma primitif. Le dégazage précoce et la formation de globules de sulfure affectent les teneurs en H2O, CO2 et S, qui peuvent être utilisées en tant qu'estimations minimales des teneurs des magmas primitifs. Les compositions en Cl des sources mantelliques des inclusions étudiées varient de 3±1 ppm à 450±125 ppm et celles en F varient de 16±6 ppm à 147±32 ppm (Cl/F de 0,2±0,1 à 3,6±1,2). L'association des rapports Cl/F des sources avec l'enrichissement en Nb (par rapport aux MORB) des inclusions et leurs valeurs isotopiques en bore suggère la participation de deux principaux composés mobiles dans la source de ces inclusions : (1) un liquide silicaté issu de la fusion des sédiments déshydratés (principal agent métasomatique de la source des inclusions du Pan de Azucar, qui possèdent des faibles δ11B ainsi qu'un fort enrichissement en Nb par rapport aux MORB) ; (2) un fluide aqueux formé lors de la déshydratation de la croûte océanique (principal agent métasomatique de la source des inclusions du Pichincha). Selon les propriétés physico-chimiques des différentes zones de subduction, ce fluide peut avoir les caractéristiques d'un fluide supercritique et être plus ou moins riche en éléments traces. Les compositions des inclusions de la Sommata (Italie) et de l'échantillon 95-15 du Mont Shasta montrent des enrichissements intermédiaires de leurs sources comparé à celles des inclusions du Pichincha et du Pan de Azucar. Leurs sources semblent avoir été métasomatisées par un mélange entre les deux composés métasomatiques décrits ci-dessus.
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  • HAL Id : tel-00453889 , version 1

Citer

Marion Le Voyer. Rôle des fluides dans la genèse des magmas d'arcs : analyses in situ des éléments volatils et des isotopes du bore dans les inclusions magmatiques des olivines primitives. Géochimie. Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00453889⟩
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