Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Volatile-rich, silica-undersaturated alkaline lavas record the important role of fluids during fluid-rock and magma-rock interactions in the mantle, which are key processes to understand the dynamics of the convective mantle and lithosphere-asthenosphere interactions in intracontinental settings. The aim of this thesis is to bring new constraints on the genesis of alkaline magmas by characterizing the crystallization conditions, the source and the partial melting processes taking part in the genesis of olivine nephelinites, pyroxene nephelinites and basanites from the Jbel Saghro volcanic field in the Moroccan Anti Atlas.The petrological and geochemical study of rocks and minerals coupled with the analysis of fluid inclusions constrains the pre-eruptive conditions of Saghro nephelinites to 1.7–2.2 GPa and ~1350 °C. Minerals show that nephelinitic magmas are rich in volatile elements (Cl, F, S), and fluid inclusions indicate that magmas were saturated with a CO2-rich fluid at pressures > 590 MPa. The various mineralogical assemblages and the presence of peridotite xenoliths suggest a rapid ascent for olivine nephelinites and more complex processes at depth for pyroxene nephelinites.Fractional crystallization and partial melting modelling of Saghro mafic lavas indicate that they are low-degree melts (0.6–2.5 %) of an amphibole-bearing carbonated peridotite enriched in incompatible elements, at the garnet-spinel transition (~80–85 km). Saghro nephelinites display a temporal evolution with a slight increase of the degree of melting and a decrease of the amount of residual amphibole from the oldest (olivine nephelinites, 9.6 Ma) to the most recent (pyroxene nephelinites, 2.9 Ma). Basanites form a system that is independent from nephelinites and are slightly higher-degree melts. Important variations in their chemical composition suggest variable amounts of fractional crystallization during ascent.The peculiar characteristics of Saghro nephelinites and basanites (enrichment in incompatible elements, negative anomalies in K, Zr, Hf and Ti, high Ca/Al and Zr/Hf ratios) indicate that their source was affected by carbonatitic metasomatism. The influence of this metasomatism is stronger for pyroxene nephelinites than for olivine nephelinites. These results suggest fluid-rock interactions beneath the Northwest African Craton, leading to the formation of a metasomatized mantle by CO2-rich carbonatitic components at the lithosphere-asthenosphere transition. The origin of the metasomatism inducing source enrichment and the formation of amphibole veins could be attributed to the melting of relict subducted oceanic lithosphere. The relatively low melting temperatures (< 1350 °C) suggest the absence of a thermal anomaly beneath the Jbel Saghro, and thus support a lithosphere delamination model as precursor of Saghro volca0,3nism. However, the increasing degree of partial melting over time, also observed in the Middle Atlas, together with the isotopic and geochemical similarities with Canary Islands alkaline lavas does not allow us to discard the influence of a deviation of the Canary mantle plume beneath northwest Africa.
Les laves alcalines sous-saturées riches en éléments volatils sont les marqueurs du rôle important des fluides dans le manteau et des interactions fluide-roche et magma-roche, processus clés pour comprendre la dynamique du manteau convectif et les interactions asthénosphère-lithosphère en domaine intracontinental. L’objectif de cette thèse est d’apporter de nouvelles contraintes sur la genèse des magmas alcalins en caractérisant les conditions de cristallisation, la source et les processus de fusion partielle à l’origine des néphélinites à olivine, des néphélinites à pyroxène et des basanites du champ volcanique du Jbel Saghro dans l’Anti-Atlas marocain.L’étude pétrologique et géochimique des roches et des minéraux, couplée à l’analyse des inclusions fluides a permis de contraindre les conditions pré-éruptives des néphélinites de Saghro à 1.7–2.2 GPa et ~1350 °C. Les minéraux montrent que les magmas néphélinitiques sont riches en éléments volatils (Cl, F, S), et les inclusions fluides indiquent que les magmas étaient saturés en fluide riche en CO2 à des pressions > 590 MPa. Les différents assemblages minéralogiques des néphélinites et la présence de xénolites péridotitiques suggèrent une ascension rapide des néphélinites à olivine et des processus plus complexes en profondeur pour les néphélinites à pyroxène.La modélisation des processus de cristallisation fractionnée et de fusion partielle des laves mafiques de Saghro a permis de déterminer qu’elles sont issues de faibles taux de fusion partielle (0.6–2.5 %) d’une péridotite carbonatée enrichie en éléments incompatibles, au niveau de la transition grenat–spinelle (~80–85 km) et en présence d’amphibole. Les néphélinites de Saghro montrent une évolution temporelle avec une légère augmentation du taux de fusion et une diminution de la quantité d’amphibole au résidu des plus anciennes (néphélinites à olivine, 9.6 Ma) aux plus récentes (néphélinites à pyroxène, 2.9 Ma). Les basanites forment un système indépendant des néphélinites et sont issues de taux de fusion plus élevés. Les fortes variations dans leur composition chimique suggèrent qu’elles ont subi de la cristallisation fractionnée lors de leur ascension.Les caractéristiques particulières des néphélinites et basanites de Saghro (enrichissement en éléments incompatibles, anomalies négatives en K, Zr, Hf et Ti, rapports Ca/Al et Zr/Hf élevés) indiquent que leur source a subi un métasomatisme principalement carbonatitique. L’influence de ce métasomatisme est plus forte pour les néphélinites à pyroxène que pour les néphélinites à olivine, impliquant une évolution temporelle de l’intensité du métasomatisme. Ces résultats suggèrent des interactions fluide-roche sous le craton Nord-Ouest Africain, entraînant la formation d'un manteau métasomatisé par des composants carbonatitiques riches en CO2 au niveau de la transition lithosphère-asthénosphère. L’origine du métasomatisme provoquant l’enrichissement de la source et la formation de veines d’amphibole pourrait être liée à la fusion de reliquats de croûte océanique subductée. Les températures de fusion relativement faibles (< 1350 °C) suggèrent l’absence d’anomalie thermique sous le Jbel Saghro, et favorisent donc un modèle de délamination de la lithosphère comme initiateur du volcanisme. Cependant, l’augmentation du taux de fusion partielle au cours du temps, également observée dans le Moyen Atlas, et les similitudes isotopiques et géochimiques avec les laves alcalines des îles Canaries ne permettent pas d’exclure une influence du panache des Canaries sur la source du volcanisme alcalin du Jbel Saghro.
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NNT : 2015MONTS070
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : East African Rift (EAR) is the divergent plate boundary. EAR exposes different stages of extension, from early stage rifting in Tanzania to oceanic accretion in Afar (Ethiopia). Manyara basin is the southernmost rift system of the east branch of EAR with recent volcanism (< 1.5 Ma) and a seismic swarm in the lower crust (20 – 40 km). Due to its location and tectonic setting, the Manyara basin offers the opportunity to study the earliest stage of rift initiation. Manyara volcanism is composed of several types of hyper-alkaline lavas as Mg-nephelinites (Mg# > 55) (Labait, Kwaraha), calciocarbonatite (Kwaraha) and evolved nephelinites (Mg# < 35) (Hanang).Mg-nephelinites (Labait and Kwaraha) are primary lavas mainly composed of olivine and clinopyroxene (cpx). Geochemical modelling from trace elements suggests that these primary magmas result from a degree of partial melting < 1 % from a CO2-garnet-phlogopite-bearing peridotite. These magmas have an asthenospheric source at depth > 120 km (lava carries xenoliths with equilibrium conditions > 4 GPa). The minerals were crystallized from a magma with a low H2O content (0.1 and 0.5 wt% H2O). The calciocarbonatite and evolved nephelinites are derived from Mg-nephelinites by fractional crystallization and immiscibility processes. Hanang nephelinites are silica- and alkaline-rich lavas (44.2 – 46.7 wt % SiO2, 9.5 –12.1 wt % Na2O+K2O, respectively) composed by cpx, Ti-garnet, nepheline, apatite and titanite. Complex zonation of cpx (e.g. abrupt change of Mg#, Nb/Ta, and H2O) and trace element patterns of nephelinites record magmatic differentiation involving open system with carbonate-silicate immiscibility and primary melt replenishment. The low H2O content of cpx (3 – 25 ppm wt. H2O) indicates that at least 0.3 wt % H2O was present at depth during carbonate-rich nephelinite crystallization at 340 – 640 MPa and 1050 – 1100 °C. The study of hosted-nepheline melt inclusions from Hanang allows constraining the late magmatic evolution of nephelinites during storage and magma ascent. Melt inclusions are composed by a silicate trachytic glass, a carbonate phase and a shrinkage bubble. Trachytic glass contains high content in CO2 (0.43 wt %, SIMS analyses), sulfur (0.21 – 0.92 wt % S), chlorine (0.28 –0.84 wt % Cl) and H2O low content (< 0.1 wt %, Raman analyses). Immiscibility process leading to the formation of carbonate occurs in a closed system during rapid magma ascent between 200 – 500 MPa. The carbonate phase is a Ca-Na-K-S-rich and anhydrous carbonate (33 wt % CaO, 20 wt % Na2O, 3 wt % K2O, and 3 wt % S). The pre-immiscible liquid has a phonolitic composition with 6 ± 1.5 wt % CO2 at 700 MPa. A preliminary study of melt inclusions by XANES spectroscopy and whole rocks by Mössbauer spectroscopy was used to determine these Manyara lavas were formed at oxidizing conditions (~ ΔFMQ +1.5).The early stage rifting volcanism (Manyara Basin) is characterized by CO2-rich and H2O-poor magmas from at least 120 km below the rift escarpment. The presence of CO2-rich magmas and the small amount of volcanic rocks erupted at the surface may indicate that the storage and percolation of these magmas at depth is a potential trigger for deep seismic swarms.
Le rift Est africain (REA) est une frontière de plaque en extension. Ce rift présente plusieurs stades d’extension, de l’initiation du rift en Tanzanie jusqu’à l’accrétion océanique en Afar. Le bassin de Manyara se situe le plus au sud de branche Est du REA. Il est caractérisé par la présence de volcanisme récent (< 1,5 Ma) et d’un essaim sismique dans la croûte inférieure (20 – 40 km). De par sa localisation et son contexte tectonique, le bassin de Manyara offre l’opportunité d’étudier le stade le plus précoce de l’initiation du rift. Le bassin de Manyara est composé de plusieurs types de laves hyperalcalines, les néphélinites magnésiennes (Mg# > 55) (Labait, Kwaraha), de calciocarbonatite (Kwaraha) et des néphélinites différenciées (Mg# < 35) (Hanang).Les néphélinites magnésiennes (Labait et Kwaraha) sont des laves primaires composées d’olivines et de clinopyroxènes (cpx). La modélisation géochimique des éléments en trace suggère que ces magmas primaires résultent d'un degré de fusion partielle ≤ 1 % à partir d'une péridotite à grenat et phlogopite. Ces magmas proviennent d’une profondeur > 120 km (présence de xénolites avec des conditions d’équilibre > 4 GPa). Les minéraux ont cristallisés à partir d’un magma pauvre en eau (0,1 et 0,5 pds % H2O). La calciocarbonatite et les néphélinites différenciés sont issues des néphélinites magnésiennes par cristallisation fractionnée et processus d’immiscibilité. Les néphélinites du Hanang sont riches en éléments alcalins (9,5 – 12,1 pds % Na2O+K2O) et en silice (44,2 – 46,7 pds% SiO2) et sont composés de cpx, grenat, néphéline, titanite et apatite. La zonation complexe dans les cpx (par exemple, changement brusque de Mg#, Nb/Ta, et H2O) implique une différenciation magmatique en système ouvert avec immiscibilité de liquide carbonaté et silicaté ainsi qu’un remplissage de la chambre magmatique avec des liquides primaires. La faible teneur en eau des cpx (3 – 25 ppm H2O) indique la présence d’un magma pauvre en eau (0,3 pds % H2O) lors de la cristallisation des cpx à des conditions crustales (340 – 640 MPa et 1050 – 1100 °C). L’étude des inclusions vitreuses dans les néphélines de Hanang permet de contraindre l'évolution magmatique tardive des néphélinites et le comportement des éléments volatils (CO2, H2O, S, F, Cl) lors du stockage et de la remontée du magma. Les inclusions vitreuses sont composées d’un verre trachytique, d’une phase carbonatée et d’une bulle de rétraction. Le verre trachytique contient du CO2 (0,43 pds % CO2, analyses SIMS), du soufre (0,21 à 0,92 pds% S), du chlore (0,28 – 0,84 pds % Cl) et très peu d’H2O (< 0,1 pds % H2O, analyses Raman). Le processus d’immiscibilité conduisant à la formation du carbonate se produit dans un système fermé pendant l'ascension rapide du magma, entre 200 – 500 MPa. La phase carbonatée est un carbonate anhydre et riche en Ca-Na-K-S (33 pds % CaO, 20 pds % Na2O, 3 pds % K2O, et 3 pds % S). Le liquide pré-immiscible a une composition phonolitique avec 6 ± 1,5 pds % CO2 à une pression de 700 MPa. Une étude préliminaire des inclusions par spectroscopie XANES et des roches par spectroscopie Mössbauer a permis de déterminer que les laves de Manyara se sont formées à conditions oxydantes (~ ∆FMQ +1,5).À l’initiation du rift, le volcanisme dans le bassin de Manyara est caractérisé par des magmas riches en CO2 et pauvres en H2O issus d’au moins 120 km de profondeur sous l'escarpement du rift. La présence de ces magmas riches en CO2 et la faible quantité de roches volcaniques émises à la surface peuvent indiquer que le piégeage et la percolation de ces magmas en profondeur est un déclencheur potentiel des essaims sismiques profonds.
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NNT : 2016MONTT114
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : This PhD work is based on field, petrographic, and geochemical observations of rocks originated at the base of the sheeted dike complex, in the Oman ophiolite and at IODP Site 1256, coupled with an experimental study. It provides new constrains on processes that occur at the magma / hydrothermal system transition in oceanic crust formed at fast spreading ridges. The base of the sheeted dike complex is truncated by intrusive isotropic gabbros, and therefore reheated and recrystallized to the "granoblastic dikes" under temperatures up to 1030°C. Xenoliths of granoblastic microgabbros and microgabbronorites derived from the granoblastic dikes are commonly observed in the about 100 meters thick horizon of isotropic gabbro that underlies the sheeted dike complex. These features can be explained by upward migrations of the melt lens that is present at fast spreading centers. The occurrence of several assimilation features (xenoliths and granoblastic patches) in the isotropic gabbro horizon supports the hypothesis that this horizon represents the fossilization of the upper melt lens. The experimental study was designed to simulate experimentally the effect of partial melting of hydrothermally altered sheeted dikes. The results show that melting starts at 850°C, confirm the residual origin of granoblastic dikes and xenoliths, and attest to the anatectic origin of the oceanic plagiogranites that are commonly present close to the base of the sheeted dike complex. The major and trace element composition of the experimental anatectic melt that represents the main contaminant for primitive MORBs at fast spreading ridges has been determined. The upper axial melt lens at fast spreading mid-ocean ridges is herein described as a dynamic system that can migrate vertically, and which fossilizes when moving off-axis.
Ce travail de thèse est basé sur des observations de terrain, sur une étude pétrographique et géochimique des roches formées à la base du complexe filonien dans l'ophiolite d'Oman et au niveau du Site IODP 1256, ainsi que sur une étude expérimentale. De nouvelles contraintes sont apportées sur les processus se produisant à la transition magma / système hydrothermal dans la croute océanique formée au niveau des dorsales à expansion rapide. L'intrusion de gabbros isotropes dans la base du complexe filonien a provoqué son réchauffement et sa recrystallization en « dikes granoblastiques » jusqu'à des températures de 1030°C. Des xénolites de microgabbro à orthopyroxene dérivées des dikes granoblastiques sont souvent observées dans le niveau de gabbros isotropes épais de 100 mètres environ qui est présent à la base du complexe filonien. Ces différentes caractéristiques sont à relier à des migrations verticales vers le haut du sommet de la lentille magmatique supérieure qui est observée aux dorsales rapides. Les nombreuses évidences d'assimilation (xénolites et patchs granoblastiques) dans le niveau des gabbros isotropes appuient l'hypothèse que ce niveau représente la fossilisation de la lentille magmatique supérieure. L'étude expérimentale a consisté à tester l'effet de la fusion partielle du complexe filonien préalablement hydrothermalisé. Les résultats montrent que la fusion commence à 850°C, confirment l'origine résiduelle des dikes granoblastiques et des xénolites associées, et attestent de l'origine anatectique des plagiogranites océaniques qui sont couramment observés à proximité de la base du complexe filonien. La composition en éléments majeurs et traces du liquide anatectique a été déterminée. Ce liquide représente le principal contaminant pour les MORBs primitifs émis au niveau des dorsales rapides. La lentille magmatique supérieure présente au niveau des dorsales médio-océaniques à expansion rapide est ici décrite comme un système dynamique qui peut migrer verticalement, et qui est fossilisée lorsqu'elle se déplace hors axe.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Differentiation of the lithospheric mantle occurred principally through partial melting and extraction of melts. Harzburgites are generally considered as melting residues whereas lherzolites are regarded as pristine mantle weakly affected by melting. However, some orogenic peridotites show evidence of igneous refertilization. In this context, this work re-investigates the nature of the Lherz lherzolites (Pyrenees), type-locality of lherzolites, described as a piece of preserved fertile mantle. Structural and geochemical data show that these lherzolites are not pristine but formed through a refertilization reaction between MORB-like melts and refractory lithosphere. Moreover, the Lherz peridotites were partly used to infer the composition of the primitive upper mantle and these results may have important implications for the nature of the late veneer. Additionally, crystal-preferred orientations of minerals (CPO) highlight a strong feedback between melt percolation and finite strain in the percolated rocks. CPO variations are ruled by a subtle balance between instantaneous melt fraction and local strain rate. This work also investigated the effect of melt percolation on Hf, Nd and Sr isotopes. Isotope systematics in Lherz shows that strong isotopic decoupling may arise in a percolation front. The modelling suggests that decoupled isotopic signatures are generated during porous flow and governed by the melt/matrix elements concentrations, chemical diffusivities or efficiency of isotopic homogenization. Melt-rock interactions can generate “intraplate-like” isotopic signatures. This suggests that a part of isotopic signatures of mantle-related rocks could be generated by diffusional processes associated with melt transport.
La différenciation du manteau lithosphérique s'est principalement effectuée par fusion partielle et extraction de magmas. Les harzburgites sont généralement considérées comme des résidus de fusion tandis que les lherzolites représentent un manteau originel peu affecté par la fusion. Cependant, certaines péridotites orogéniques montrent des évidences de refertilisation magmatique. Dans ce contexte, ce travail remet en cause la nature primitive des lherzolites de Lherz (Pyrénées), lithotype de la lherzolite. Les données structurales et géochimiques montrent que ces lherzolites ne représentent pas du manteau préservé mais qu'elles se sont formées par une réaction de refertilisation entre un liquide de type MORB et une lithosphère réfractaire. De plus, les orientations préférentielles de réseau (OPR) des minéraux montrent une forte interdépendance entre la percolation magmatique et la déformation finie observée dans les roches percolées. Les variations d'OPR semblent contrôlées par un équilibre subtil entre fraction de liquide instantanée et taux de déformation local. Ce travail a également abordé les effets de la percolation magmatique sur la variabilité isotopique des roches mantelliques. Les résultats montrent qu'un fort découplage isotopique peut s'observer dans un front de percolation. Les modèles suggèrent que le découplage des signatures isotopiques se produit pendant la percolation, gouverné par le rapport des concentrations en éléments (magma/matrice), la diffusivité et le processus d'homogénéisation isotopique. Les réactions magma/roche peuvent générer des signatures isotopiques de type intraplaque. Ceci suggère qu'une part des signatures isotopiques des roches ou laves dérivées du manteau pourrait être produite par des processus diffusionnels associés à du transport de magma.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : A section of ancient fast-spreading ocean crust was sampled at Wadi Gideah, located in the Wadi Tayin Massif of the Oman ophiolite. This sample suite was used for generating a coherent data set combining various petro-geochemical and structural investigations, with the aim of building a reference section for advancing our understanding of crustal accretion processes at fast-spreading mid-ocean ridges. Additionally, this study focuses on one outcrop that represents part of the fossil axial melt lens (AML).Major and trace element analyses reveal a trend of chemical evolution up section in the lower crust, with a marked difference between the layered gabbros and the foliated gabbros above. Petrological modeling shows that the chemical evolution up section can be produced by hydrous fractionation crystallization, with melt H2O contents of ~0.8 wt% and 0.8 to 1.2 wt% for the lower and upper crust, respectively. Together with the observed very steep bulk Zr/Hf vs. Zr gradient, high F and Cl content of magmatic amphibole, general Nb-Ta depletion of melts compared with NMORB, and high Sr87/Sr86 ratio compared with modern fast-spread crust, this suggests that Wadi Gideah layered gabbros were accreted by crystallization of ascending melts in sills, in a context of subduction initiation. The distinct changes in chemical trends and average grain size at the layered to foliated gabbro transition are tentatively explained by enhanced hydrothermal cooling deeper than the AML. The gabbro/dike transition displays complex structural and lithological relationships that, together with fractional crystallization modeling, point to episodic vertical movements of the AML. Plagioclase crystallographic preferred orientations (CPO) measured over the whole gabbro section are always consistent with magmatic flow. The CPO strength generally increases downward, with more scattering in the layered gabbro section. From the top to the bottom of the layered gabbros, CPO become progressively more prolate, possibly reflecting increasing shear induced by active mantle flow underneath.Wadi Gideah lower crust recorded a formation history consistent with a hybrid accretion model, combing several processes such as downward magmatic flow and/or upward melt migration in the upper foliated gabbros, sill intrusions in the layered gabbros, and deep hydrothermal circulation. The latter was presumably focused in channels, preserved today as several, up to 100 m wide zones of extensively altered former layered gabbro, cross-cutting the magmatic layering. These metagabbros display significantly higher Sr87/Sr86 ratio, late stage magmatic phases, and evidence for high temperature partial melting.
Une coupe d'ancienne croute océanique rapide a été échantillonnée dans le Wadi Gideah, situé dans le Massif de Wadi Tayin de l'Ophiolite d'Oman. Cette série d'échantillons a permis de générer un jeu de données cohérent, combinant des études pétro-géochimiques et structurales, dans le but de construire une coupe de référence pour mieux contraindre notre compréhension des processus d'accrétion crustale aux dorsales océaniques rapides. Ce travail intègre aussi l'étude détaillée d'un affleurement représentant en partie la lentille magmatique axiale (LMA) fossile.Les analyses d'éléments majeurs et traces révèlent une évolution chimique dans la croûte inférieure, avec une nette différence entre les gabbros lités et les gabbros foliés sus-jacents. La modélisation pétrologique montre que l'évolution chimique vers le haut peut être produite par cristallisation fractionnée hydratée, avec des teneurs en H2O des magmas de ~0.8 wt% dans la croute inférieure et 0.8 to 1.2 wt% dans la croute supérieure. Combiné aux forts gradients de Zr/Hf vs. Zr, aux teneurs élevées de F et Cl dans les amphiboles magmatiques, à l'appauvrissement général en Nb-Ta des magmas comparé aux NMORB, et aux rapports Sr87/Sr86 élevés comparés à la croûte rapide moderne, ceci suggère que les gabbros lités du Wadi Gideah ont été formés par la cristallisation des magmas ascendants dans des sills, dans un contexte d'initiation de subduction. Les changements de signature géochimique et de taille de grain à la transition entre gabbros lités et gabbros foliés témoignent possiblement d'un fort refroidissement hydrothermal plus profond que la LMA. La transition complexe filonien/gabbro montre des relations structurale et lithologiques complexes, qui, combinées o la modélisation de la cristallisation fractionnée, traduisent les mouvements verticaux épisodiques de la LMA. Les orientations préférentielles cristallographiques (OPC) des plagioclases mesurées sur l'ensemble de la coupe dans les gabbros témoignent toujours d'une déformation magmatique. L'intensité des OPC a tendance à augmenter vers le bas, avec une plus forte variabilité dans les gabbros lités. Dans les gabbros lités, les OPC sont de plus en plus linéaires vers le bas, résultant possiblement d'un cisaillement plus fort induit par l'écoulement actif du manteau sous-jacent.La croûte inférieure dans le Wadi Gideah a enregistré une histoire compatible avec un modèle d'accrétion hydride, combinant plusieurs processus tels que l'écoulement magmatique vers le bas et/ou la migration de liquides magmatiques vers le haut dans les gabbros foliés supérieurs, l'intrusion de sills dans les gabbros lités, et une circulation hydrothermale profonde. Cette dernière était probablement concentrée dans des chenaux, préservés aujourd'hui sous la forme de plusieurs zones, dont l'épaisseur atteint 100 m, de gabbros lités fortement altérés, recoupant le litage magmatique. Ces métagabbros ont des rapports Sr87/Sr86 élevés, comportent des phases magmatiques tardives et montrent des évidences de fusion partielle.
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Éditeur(s) : Soc Geol France
Résumé : The Lesser Antilles subduction zone has produced no recent strong thrust earthquakes, making it difficult to quantify the seismic hazard from such events. The Lesser Antilles arc has a low subduction rate and an accretionary wedge that is very wide at its southern end. To investigate the effect of the wedge on seismogenesis, numerical models of forearc thermal structure were constructed along six transects perpendicular to the arc in order to determine the thermally predicted width of the seismogenic zone. The geometry of each section is constrained by published seismic profiles and crustal models derived from gravity and seismic data and by earthquake hypocenters at depth. A major constraint on the deep part of the model is that mantle temperature beneath the volcanic arc should achieve a temperature of 1,100 degrees C to generate partial melts. Predicted surface heat flow is compared to the available heat flow observations. Thermal modeling results indicate a systematic southward increase in the width of the seismogenic zone, more than doubling in width from north to south and corresponding to a dramatic southward increase in forearc width (distance from the arc to the deformation front of the accretionary wedge). The minimum width of the seismogenic zone (distance between the intersections of the subduction interface with the 150 degrees C and 350 degrees C isotherms) increases from about 80 km, north of 16 degrees N, to 230 km, at 13 degrees N. The maximum width (between the 100 degrees C and 450 degrees C isotherms) ranges from about 150 km in the north to up to 320 km in the south. This large variation in the width of the seismogenic zone is a consequence of the increasing width of the accretionary wedge to the south, caused by the increased thickness of sediment on the subducting plate. There is good agreement between the thermally predicted seismogenic limits and the sparse distribution of recorded thrust earthquakes, which are observed only in the northern portion of the arc. Possible scenarios for mega-thrust earthquakes are discussed. Depending on the segment length (along-strike) of the rupture plane, the occurrence of an event of magnitude 8-9 cannot be excluded.
L’absence de grands séismes récents à mécanismes chevauchants dans la zone de subduction des Petites Antilles rend difficile l’évaluation de l’aléa sismique lié à de tels événements. L’arc des Petites Antilles est caractérisé par une faible vitesse de subduction et par la présence d’un prisme d’accrétion très développé à son extrémité méridionale. Afin d’évaluer les effets de la largeur de ce prisme sur la genèse des séismes, nous avons étudié six sections perpendiculaires à l’arc, du nord au sud de celui-ci, pour déterminer la largeur de la zone sismogène prédite par les modèles thermiques appliqués à chacune de ces coupes. La géométrie de ces dernières est contrainte par les profils sismiques publiés, par les modèles de structure crustale déduits des données gravitaires et sismiques, et enfin par la distribution des hypocentres des séismes. Un contrôle important permettant de tester la validité des modèles thermiques en profondeur est qu’une température minimale de 1 100oC, compatible avec la fusion partielle du manteau hydraté, doit être atteinte sous l’arc volcanique actif. Par ailleurs, le flux thermique en surface prédit par ces modèles doit être compatible avec les mesures de flux de chaleur. Les modèles thermiques retenus d’après ces critères montrent une augmentation du simple au double vers le sud de la largeur de la zone sismogène, qui correspond à un élargissement considérable de la taille du domaine avant-arc. En effet, la largeur minimale de la zone sismogène (définie comme la distance entre les intersections de l’interface des plaques avec les isothermes 150o et 350oC) augmente d’environ 80 km au nord de 16oN jusqu’à 230 km à 13oN. La largeur maximale de cette zone (définie par les intersections de l’interface avec les isothermes 100o et 450oC) augmente, quant à elle, d’environ 150 km au nord jusqu’à 320 km au sud de l’arc. Cette variation considérable est la conséquence de l’augmentation de la largeur du prisme d’accrétion, elle-même causée par l’accumulation croissante des sédiments déposés sur la plaque plongeante. Les largeurs de la zone sismogène prédites à l’aide des modèles thermiques sont en bon accord avec les rares données disponibles sur les séismes à mécanismes chevauchants dans la partie nord de l’arc. Les scénarios possibles relatifs à des méga-séismes de ce type n’excluent pas de futurs événements atteignant des magnitudes de 8 à 9.
Bulletin De La Societe Geologique De France (0037-9409) (Soc Geol France), 2013 , Vol. 184 , N. 1-2 , P. 47-59

Droits : 2013 Societe Geologique de France
http://archimer.ifremer.fr/doc/00140/25140/29432.pdf
DOI:10.2113/gssgfbull.184.1-2.47
http://archimer.ifremer.fr/doc/00140/25140/