Éditeur(s) : HAL CCSD Springer Verlag
Résumé : International audience
We show here that the Amalaoulaou complex, in the Pan-African belt of West Africa (Gourma, Mali), corresponds to the lower and middle sections of a Neoproterozoic intra-oceanic arc. This complex records a 90-130-Ma-long evolution of magmatic inputs and differentiation above a subducting oceanic slab. Early c. 793 Ma-old metagabbros crystallised at lower crustal or uppermost mantle depths (25-30 km) and have geochemical characteristic of high-alumina basalts extracted from a depleted mantle source slightly enriched by slab-derived sedimentary components ((La/Sm)(N) < 1; epsilon(Nd): +5.4-6.2; Sr-87/Sr-86: 0.7027-0.7029). In response to crustal thickening, these mafic rocks were recrystallised into garnet-granulites (850-1,000A degrees C; 10-12 kbar) and subject to local dehydration-melting reactions, forming trondhjemititic leucosomes with garnet-clinopyroxene-rutile residues. Slightly after the granulitic event, the arc root was subject to strong HT shearing during partial exhumation (detachment faults/rifting or thrusting), coeval with the emplacement of spinel- and garnet-pyroxenite dykes crystallised from a high-Mg andesitic parental magma. Quartz and hornblende-gabbros (700-660 Ma) with composition typical of hydrous volcanic rocks from mature arcs ((La/Sm)(N): 0.9-1.8; epsilon(Nd): +4.6 to +5.2; Sr-87/Sr-86: 0.7028-0.7031) were subsequently emplaced at mid-arc crust levels (similar to 15 km). Trace element and isotopic data indicate that magmas tapped a depleted mantle source significantly more enriched in oceanic sedimentary components (0.2%). Exhumation occurred either in two stages (700-660 and 623 Ma) or in one stage (623 Ma) with a final exhumation of the arc root along cold P-T path (550A degrees C, 6-9 kbar; epidote-amphibolite and greenschist facies conditions) during the main Pan-African collision event (620-580 Ma). The composition of magmas forming the Cryogenian Amalaoulaou arc and the processes leading to intra-arc differentiation are strikingly comparable to those observed in the deep section of exposed Mezosoic oceanic arcs, namely the Kohistan and Talkeetna complex. This evolution of the Amalaoulaou oceanic arc and its accretion towards the West African craton belong to the life and closure of the Pharusian Ocean that eventually led to the formation of the Greater Gondwana supercontinent, a similar story having occurred on the other side of the Sahara with the Mozambique Ocean.
ISSN: 0010-7999

hal-00639447
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00639447
DOI : 10.1007/s00410-011-0624-5

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Based on fieldwork and modern analytical technics, this work presents an overview of the Mid-Cretaceous hyper-extended rift system exposed in the northern part of the Pyrenean mountain range. Its inversion during the Pyrenean orogeny allows for precious observations of the deep-seated processes occurring at the foot of distal margins. Some peculiar aspects characterizing the pre-Alpine hyper-extended domain are examined throughout the 400km long suture that is fossilized in the North Pyrenean Zone (NPZ). The High Temperature/Low Pressure (HT/LP) thermal imprint of the extensional event is studied thanks to a dataset of more than hundred peak temperature measurement by Raman spectroscopy of the carbonaceous material (RSCM). The pre- and syn-rift metasediments are characterized by an intense ductile deformation. Field and EBSD investigations of the mechanisms of deformation reveal ductile and syn-metamorphic processes. The emplacement conditions of the peridotite into crustal levels and localized exhumation is examined in the key-localities of Urdach, Saraillé-Tos de la Coustette, Moncaup, Lherz, Caussou-Bestiac and Salvezines, The results indicate an early boudinage of the crust during the rifting process, resulting in the direct superposition of pre-rift sediments on top of mantle peridotites. Field, textural and isotopic characterization of the various ophicalcite and breccias found in the vicinity of the peridotite outcrops allow to decipher their exhumation history. New Ar-Ar geochronological results allow to precise the temporal evolution of the NPZ.
Cette thèse présente une analyse structurale et thermique des marges passives crétacées inversées dans la Zone Nord Pyrénéenne (ZNP). L'application du paléothermomètre RSCM (spectrométrie Raman de la matière carbonée) sur plus de cent échantillons répartis à travers la ZNP permet de préciser l'évolution thermique de la déchirure continentale. Un métamorphisme de haute température (450 à >600°C) se développe particulièrement au droit de zones ou la croûte continentale est extrêmement amincie voire éliminée. Les sédiments pré- et syn-rift sont marqués par une intense déformation ductile. L'analyse à l'EBSD des fabriques minérales indique une déformation de Haute-température contemporaine du métamorphisme HT-BP. Les conditions de mise en place crustale des péridotites et leur exhumation localisée sont examinées dans les localités d'Urdach, Saraillé-Tos de la Coustette, Moncaup, Lherz, Caussou-Bestiac et Salvezines. Les résultats indiquent un boudinage de la croûte continentale au cours du processus de rifting. Des décollements de couverture, principalement localisés dans les évaporites triasiques conduisent à la superposition directe des sédiments pré-rift sur le manteau exhumé. La notion nouvelle de soutirage crustal est introduite pour désigner ce processus dans lequel l'écoulement gravitaire ne joue pas un rôle principal. La caractérisation sédimentologique, pétrographique et isotopique (O et C) des différentes formations de brèches et ophicalcites observées à proximité des corps de péridotites permet de reconstituer les étapes de l'exhumation du manteau en pied de marge. Enfin de nouvelles datations permettent de mieux contraindre le calendrier des évènements successifs.
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00787952

tel-00787952
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : National audience
La Zone Nord-Pyrénéenne (ZNP) résulte de l’inversion debassins albo-cénomaniens ouverts entre les plaques Europe etIbérie. Le manteau subcontinental a été exhumé dans le fond decertains de ces bassins et la couverture sédimentaire mésozoïquepré-rift, désolidarisée du soubassement paléozoïque, est venue localementen contact tectonique avec les péridotites. Ceci faitde la ZNP un analogue pour l’étude des marges continentalespassives à manteau exhumé. L’extension crustale s’est produiteen régime thermique chaud comme le montre le métamorphismecrétacé des sédiments pré-rift. Les Chaînons Béarnais (PyrénéesOccidentales) représentent un témoin peu inversé de ce type demarge chaude et sont donc propices à l’étude des modalités del’amincissement crustal dans un tel système. Les analyses detempératures par spectrométrie Raman réalisées sur la couverturesédimentaire aux abords du manteau (Saraillé, Urdach, Turon dela Técouère), montrent que la totalité du système a été soumis àdes températures maximales variant de 253C à 482C. Le contacttectonique majeur entre les sédiments pré-rift décollés et lemanteau est une zone d’intense circulation de fluides avec formationde roches métasomatiques à talc+chlorite+pyrite dans lesconditions du faciès schistes verts. La géochimie isotopique (O, C,Sr) et les inclusions fluides triphasées montrent une circulation desaumures chaudes (~200C), à travers toute la couverture sédimentairedans les derniers stades de l’exhumation du manteau.Nous montrons pour la première fois que pendant l’exhumationdes péridotites : (1) les sédiments pré-rift ont subi un amincissementsyn-métamorphique avec génèse d’une foliation S0/S1 et,(2) le socle paléozoïque a été réduit à de fines lentilles tectoniquesdéformées ductilement et restées adhérentes au manteau. Ainsi, larhéologie de la croûte supérieure durant l’amincissement est contrôléeen grande partie par la présence d’une couverture sédimentairepré- et syn-rift épaisse décollée jouant le rôle d’un couverclethermique efficace. Ces nouvelles données mettent en avant le caractèrede marge passive distale chaude de la ZNP. Cela constitueun élément important pour la compréhension des mécanismes del’amincissement crustal en contexte d’exhumation du manteau etses conséquences comme héritage structural lors de l’inversion tectoniquedes bassins.
RST 2016, livre des résumés
Caen, France

insu-01387892
https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01387892

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : International audience
De nombreux pieds de marges continentales passives sont caractériséspar la présence de manteau exhumé (Galice, Angola, Scandinavie, MerRouge, Mer Tyrrhénienne, Australie, ...). Dans le cas des marges pyrénéennes,le manteau est exhumé en contexte extensif suite à l’amincissementcrustal extrême et mis en contact avec les sédiments sus-jacentsde la couverture pré-rift. Les chaînons Béarnais (Pyrénées Occidentales)sont les restes de cette couverture sédimentaire Mésozoïque associée àdes pointements de socle Paléozoïque et de manteau. Le massif du Saraillé(anticlinal de Sarrance) où sont rassemblées toutes ces lithologiesest un endroit idéal pour l’étude de la genèse des marges à manteau exhumé.Ce massif a fait l’objet d’une étude détaillée : cartographie, structure,évolution métamorphique, géochimie isotopique. La cartographiea révélé que la structure est une tête anticlinale couchée affectant l’ensemblede la couverture Mésozoïque pré-rift et dont le coeur est constituéde lentilles de socle et de manteau. Nous nous sommes particulièrementintéressés au contact entre la couverture Mésozoïque, dont labase est métamorphique et le socle. Un intense métasomatisme précoce,syn-extension est révélé par la présence de lentilles pluri-métriques detalc et chloritites, ainsi que par le développement de filonets d’albitites.Les analyses d’isotopes stables (18O, 13C) réalisées dans la couverturesédimentaire montrent l’importance des circulations de fluides métamorphiquesdurant l’exhumation du manteau et font du massif du Sarailléune référence pour les systèmes d’interactions fluide/roche au pieddes marges continentales distales. Nos analyses couplées aux observationsde terrain permettent de compléter les modèles d’amincissementcrustal extrême et de remontée du manteau. Nous montrons donc quela déformation ductile de la croûte continentale le long d’un grand détachement,s’accompagne de boudinage et se résout par l’individualisationde minces écailles de socle réparties sur le manteau exhumé.
24 ème Réunion des sciences de la Terre 2014
Pau, France

insu-01080825
https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01080825

Éditeur(s) : HAL CCSD Oxford University Press (OUP): Policy B - Oxford Open Option A Oxford University Press (OUP)
Résumé : International audience
Peridotites exhumed in the footwall of axial detachment faults at slow-spreading ridges are highly serpentinized. Most mid-ocean ridge detachment settings are magmatically active and hydrous fluid circulation in and near the fault has been shown to be influenced by the presence of melt or magmatic lithologies. Our working area along the Southwest Indian Ridge (62–65°E) is nearly amagmatic and represents an end-member to study the hydrous alteration of exhumed peridotites without these magmatic influences. We use an integrated petrological approach combining microstructural, mineralogical and chemical observations to unravel the sequence of serpentinization in 272 dredged samples of variably serpentinized peridotites and to document the circulation of serpentinizing fluids in and near the exhumation faults. We find that serpentine recrystallization and veins overprint the initial serpentinite mesh texture in ∼25% of the samples. Oxygen isotope data suggest that this sequence developed at relatively high temperatures (271–336°C) and under increasing fluid–rock ratios, from near stoichiometry for mesh texture formation to >10 during recrystallization. Increasing fluid supersaturation relative to serpentine favors the replacement of mesh texture lizardite by chrysotile and polygonal or polyhedral serpentine. We attribute local recrystallization into antigorite to moderate Si-metasomatism, possibly following pyroxene serpentinization. We do not observe the more pronounced Si-metasomatism leading to talc replacing serpentine that is reported for the more magmatically active Mid-Atlantic Ridge detachment settings and is attributed to prior leaching of magmatic rocks. Scales of preferential fluid pathways in our samples evolved from pervasive and close-spaced (<500 µm) microfractures during the formation of the initial serpentine mesh texture, to centimeter-thick planar domains of enhanced fluid flux, spaced at ∼10 cm intervals and probably grouped in corridors that may be up to ∼100 m across. Serpentine minerals are enriched in some fluid-mobile elements (Cl, B, U) relative to the peridotite protolith, and several elements (Al, Fe, Si, Cu, As, Sb, REE) are redistributed at the millimeter to decimeter scale. Serpentinizing fluids were seawater-derived, probably mildly alkaline (small to no europium anomalies), reducing and H2-enriched (formation of magnetite). These fluids may have been similar to, though warmer than, those venting at the ultramafic-hosted Lost City hydrothermal fluid (30°N, Mid-Atlantic Ridge).
ISSN: 0022-3530

hal-01174047
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01174047
DOI : 10.1093/petrology/egv014

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The mantle deformation processes that control the thinning and break-up of continental lithosphere remain poorly understood. Our knowledge is restricted to either lithospheric scale thermo-mechanical models --that use experimentally derived flow laws--, geophysical imaging and/or rare xenoliths from active continental rifts, such as the East African Rift System. The originality of this work relies on the study of the two largest outcrops of diamond facies subcontinental lithospheric mantle in the world: the Beni Bousera and Ronda peridotite massifs in N Morocco and S Spain, respectively. The structures and petrologic and metamorphic zoning preserved in these massifs --implying a polybaric and polythermal evolution-- provides a unique opportunity to investigate the thermo-mechanical evolution of thick subcontinental lithospheric mantle in extensional settings. In this thesis we studied the deformation mechanisms in both peridotites and pyroxenites to constrain the modes of exhumation of subcontinental lithospheric mantle from garnet-, to spinel-, and finally, to plagioclase lherzolite facies conditions. We combined field mapping of tectonometamorphic domains and structural mapping of ductile structures, microstructural analysis, crystal preferred orientations (CPO) measurements and conventional thermobarometric calculations and thermodynamic modeling (Perple_X) to unravel the pressure and temperature conditions of deformation. We showed that exhumation from garnet- to spinel lherzolite facies conditions was accommodated by fast shearing --in thermal disequilibrium--along a lithospheric scale transtensional shear zone. In this context, the petrological zoning and the large temperature gradient (ca. 100ºC/km) preserved in the Beni Bousera massif represent the mechanical juxtaposition of progressively deeper and hotter lithospheric levels at depths of ca. 60 km in the latest Oligocene (ca. 25 Ma). Final exhumation from spinel- to plagioclase facies lherzolite and emplacement into the crust is best recorded in the Ronda massif where it occurred by inversion and lithospheric scale folding of the highly attenuated continental lithosphere in a back-arc region, probably in relation with southward slab rollback and subsequent collision with the palaeo-Maghrebien passive margin in the early Miocene (21-23 Ma).
Les processus de déformation contrôlant l'amincissement de la lithosphère continentale sont encore mal contraints. Nos connaissances sont principalement basées sur la modélisation thermomécanique d'extension à l'échelle de la lithosphère--utilisant des lois rhéologiques derivées expérimentalement, l'imagerie géophysique et l'analyse de xénolithes provenant de rift continentaux actifs à ce jour, tels que le Rift Est-Africain. L'originalité de ce travail reside dans l'étude des deux plus grands massifs de péridotites sous-continentales ayant enregistrées des conditions primaires du facies à diamant: les massifs de Beni Bousera au nord du Maroc et de Ronda au sud de l'Espagne, respectivement. Les structures et la zonation petrologique et métamorphique --impliquant une évolution polybarique et polythermique-- préservéees dans ces massifs offrent une opportunité unique pour étudier l'évolution thermo-mécanique du manteau sous-continental dans un contexte extensif. Dans ce travail, nous avons étudié les mécanismes de déformation des péridotites et des pyroxénites afin de contraindre les modes d'exhumation du manteau lithosphérique sous-continental, depuis des conditions du facies des lherzolites à grenat, jusqu'au facies à spinelle et enfin à plagioclase. Nous avons combiné la cartographie des faciès tectono-métamorphiques et des structures ductiles de déformation, l'analyse des microstructures, la mesure d'orientations préférentielles de réseau (OPR), et la géothermobarométrie conventionelle couplée à la modélisation thermodynamique (PerpleX) afin de contraindre les conditions de pression et température de la déformation. Nous avons montré que l'exhumation précoce du facies à grenat au facies à spinelle était accomodée par une faille transtensive affectant le manteau lithosphérique. Dans ce contexte, la zonation tectono-métamorphique et le gradient thermique important (ca. 100ºC/km) préservés à Beni Bousera résultent de la juxtaposition mécanique de domaines lithosphériques initialement équilibrés à différentes pressions et températures, fossilisée à une profondeur de ca. 60 km durant l'Oligocène supérieur (ca. 25 Ma). L'exhumation finale du facies de lherzolite à spinelle au facies à plagioclase et l'emplacement final dans la croûte, mieux enregistrés dans Ronda, se sont produits par inversion et plissement de la section lithosphérique fortement amincie dans un contexte arrière-arc, probablement lors du retrait vers le sud de la lithosphère subduite et la collision de l'arc avec les paléo-marges maghrébines au Miocène inférieur (21-23 Ma).
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767700

tel-00767700
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00767700/file/THESE_Frets.pdf

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : National audience
Un ensemble de données sur l’environnement géologique despéridotites de la Zone Nord-Pyrénéenne a été obtenu dans lecadre des programmes ANR Pyramid et RGF-BRGM consacrésà l’évolution géodynamique des Pyrénées. Ces données représententdes contraintes indispensables pour l’étude des processus del’exhumation du manteau, de l’amincissement de la croûte continentaleet de sa disparition complète lors de l’ouverture desbassins transtensifs albo-cénomaniens. On y trouve : (1) de nouveauxlevés géologiques de détail autour des lherzolites de Lherz-Freychinède-Vicdessos-Bestiac-Prades et d’Urdach-Les Pernes et(2) des analyses multi-méthodes des métasédiments de la couvertureprérift et du socle paléozoïque adhérent au manteau :composition des assemblages du métamorphisme HT, températuresmaximales par spectrométrie RAMAN sur la m.o., fabriquede la calcite par EBSD, inclusions fluides et isotopes stables dansles marbres et veines associées, datations U-Th-Pb in situ. Cesdonnées permettent d’estimer les conditions thermiques lors de laremontée du manteau et de sa mise à l’affleurement. Nous montronsune variabilité remarquable de l’Ouest vers l’Est.A l’Ouest, le manteau est exhumé à l’Albien sup. - Cénomanieninf. en perçant une couverture mésozoïque prérift qui n’a pas étéchauffée à plus de 250C. La croûte continentale supérieure y estréduite en lames ductiles extrêmement amincies puis cataclaséeset remaniées sur le fond ultrabasique avec des fragments de manteauet de la couverture prérift, durant le dépôt du flysch noir. Latempérature augmente au cours du Cénomanien (480C) dans leszones où le manteau n’a pas été mis à l’affleurement. Le Triassupérieur se transforme profondément (talc-chlorites) et perd sacomposante évaporitique. La couverture prérift décollée joue unrôle majeur comme couvercle isotherme, suivi en cela par les flyschsalbiens puis cénomaniens.A l’Est, le manteau perce à travers une couverture chauffée localementà plus de 600C. Le Keuper y est réduit à quelquesdécimètres de grès et brèches riches en saphirine. La croûtesupérieure a été presque totalement éliminée tectoniquement, maisdes granulites sont remaniées à côté des péridotites et des marbresdans les brèches recouvrant le manteau exhumé.Ces données de terrain représentent les contraintes de base pourconstruire les modèles d’amincissement crustal. La variabilitémise en évidence (gradient thermique et présence ou absence decroûte profonde remaniée) ne permet pas de proposer un modèled’amincissement simple et unique. Cependant, toutes ces donnéesindiquent que la croûte moyenne à supérieure se comporteductilement sous les écrans thermiques de la couverture prériftet synrift, mobiles sur le Keuper. Un modèle de marge passivedistale faisant appel à des blocs continentaux rigides de type ”extensional allochthons ” ne peut s’appliquer ici. Sur la base deces données géologiques, nous mettons donc en avant un nouveaumodèle de type marge distale chaude plus ou moins transtensive.
RST 2016, livre des résumés
Caen, France

insu-01388463
https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01388463

Éditeur(s) : HAL CCSD Société géologique de France
Résumé : International audience
– The 300 km long allochthonous sheet of oceanic mantle forming the New Caledonia ophiolite displays three specific characters: 1) the ophiolite pile lacks concordant sheeted dykes and pillow basalt layers; 2) the ophiolite, refered to as the Peridotite nappe, is thrusted over the basaltic formations of the Poya terrane which are classicaly thought to originate from a different oceanic environment; 3) The basal contact of the ultramafic sheet is remarkably flat all along New-Caledonia and the Peridotite nappe has not been thickened during obduction, rather it experienced significant extension. This suggests that the peridotites have not been emplaced by a tectonic force applied to the rear. New petrological and geochemical results obtained from mantle rocks finally show that the Poya terrane may originate from the same oceanic basin as the peridotites. In this article, we consider such possible cogenetic links and we propose a simple model for the obduction of the New Caledonia ophiolite in which the Poya basalts represent the original cover of the Peridotite nappe. We infer that continuous uplift of the subducted units buried beneath the oceanic lithosphere in the northern part of New Caledonia drove passive uplift of the ophiolite and led to erosion and to initiation of sliding of the basaltic layer. During the Priabonian (latest Eocene), products of the erosion of the basaltic layer were deposited together with sediments derived from the Norfolk passive oceanic margin. These sediments are involved as tectonic slices into an accretionary wedge formed in response to plate convergence. The volcaniclastic sedimentation ends up with the emplacement of large slided blocks of basalts and rafted mafic units that progressively filled up the basin. Obduction process ended with the gravity sliding of the oceanic mantle sheet, previously scalped from its mafic cover. This process is contemporaneous with the exhumation of the HP-LT units of Pouebo and Diahot. Gravity sliding was facilitated by the occurrence of a continuous serpentine sole resulting from metasomatic hydratation of mantle rocks, which developed during the uplift of the Norfolk basement and overlying Diahot and Pouébo units. Progressive emersion of the obducted lithosphere allowed subsequent weathering under subaerial, tropical conditions. Obduction passive et mise en place gravitaire des grandes nappes ophiolitiques : les ophiolites de Nouvelle-Calédonie (SW Pacifique) sont-elles un cas d'école ? Résumé. – La nappe de manteau de Nouvelle-Calédonie, s'étendant sur 300 km de long montre trois caractéristiques im-portantes: 1) La succession ophiolitique ne contient ni dykes, ni basaltes en coussin, 2) l'ophiolite est charriée sur des formations basaltiques (nappe de Poya) que l'on considère classiquement comme originaires d'un bassin océanique dif-férent de celui d'où est issu le manteau, et 3) le contact basal de la nappe ultrabasique est remarquablement plat tout le long de l'île et celle-ci n'a pas été épaissie durant l'obduction. Cela suggère que les péridotites n'ont pas été mises en place en réponse à une poussée tectonique arrière. De nouveaux résultats pétrologiques et géochimiques obtenus sur l'ophiolite montrent en réalité que les basaltes de Poya peuvent être extraits de la fusion du manteau de l'ophiolite. Nous proposons donc un nouveau modèle pour l'obduction, dans lequel les basaltes de Poya forment la couver-ture initiale primitive du manteau de la nappe des péridotites. La surrection progressive des unités profondes enfouies lors de la subduction de la lithosphère du bassin sud-Loyauté à l'Eocène, a permis le soulèvement passif de l'ophiolite et l'érosion puis le glissement des unités basaltiques. Durant le Priabonien, l'accumulation des produits de l'érosion de la couche des basaltes et de la marge passive de Norfolk ont formé les séquences de flysch comprenant localement des débris basaltiques grossiers. Ces sédiments font partie d'un prisme d'accrétion tectonique construit en réponse à la convergence au front de la subduction. La sédimentation détritique se termine par la mise en place de grandes unités ba-saltiques glissées qui comblent le bassin. Le processus de l'obduction se termine par le glissement gravitaire de l'écaille de manteau océanique sur les basaltes. Cet événement est contemporain de l'exhumation des unités HP-BT de Pouébo et du Diahot. Le glissement gravitaire a été facilité par la présence sous l'ophiolite, d'une semelle continue de serpentines résultant de l'interaction du manteau avec des fluides métasomatiques remontant durant l'exhumation des unités en-fouies pendant la subduction continentale. L'émersion progressive de la lithosphère obduite a placé le manteau dans des conditions d'altération supergène tropicale.
EISSN: 1777-5817

hal-01257702
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https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01257702/file/Lagabrielleetal-BSGF-2012-revised-light.pdf
DOI : 10.2113/gssgfbull.184.6.545

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : This work provides new constraints on the interactions between deformation and percolation of melt or fluids, as well as on the implications of these processes for the seismic properties of the mantle wedge. It is based on the analysis of spinel peridotites from the massif of Ronda (Spain) and two xenolith suites from active subduction zones (Kamchatka, Papua New Guinea). A coupled structural, petrological and geochemical study of these samples shows that they underwent a reactive percolation of melts or Si-rich fluids, which was synchronous to a deformation event occurring under high temperature and low stress conditions, consistent with the PT conditions at the base of the lithosphere or in the asthenosphere. This reactive percolation is responsible for enrichment in pyroxenes, mainly orthopyroxene, which is often localized in bands parallel to the high-temperature foliation. This enrichment is associated with grain size reduction and dispersion of the crystallographic orientation of olivine. The dominant slip system in olivine is {0kl}[100], which results in fast S-wave polarization parallel to the flow direction in the mantle. The decrease in the intensity of the olivine crystal preferred orientations associated with the enrichment in pyroxene results in significant decrease of the anisotropy that may induce an underestimation of the thickness of the anisotropic layer by up to 33%. The observed orthopyroxene enrichment also lowers the Vp/Vs ratio, but cannot explain Vp/Vs < 1.7 mapped locally in the fore-arc mantle in Japan and the Andes. Such low Vp/Vs ratios may however be explained by considering the intrinsic anisotropy of the peridotites, which is generally ignored in large-scale Vp/Vs ratio mapping of the mantle wedge. Infrared analyses show that olivine from the both xenolith collections contains less water than the theoretical saturation calculated for their estimated equilibrium temperature in the spinel stability field. These low water content are similar to those observed in spinel peridotites from other subduction zones and probably record both the low solubility of water in olivine at relatively low pressure and dehydration during exhumation of the xenoliths. These measured water contents as well as theoretical saturation estimations are not sufficient to change the dominant slip direction of in olivine from [100] to [001].
Ce travail apporte de nouvelles contraintes sur les interactions entre déformation et processus d'hydratation et de percolation de magma ou de fluides dans le manteau à l'aplomb d'une zone de subduction et leurs implications sur les propriétés sismiques dans le coin mantellique. Il se base sur l'analyse de péridotites à spinelle provenant du massif de Ronda (Espagne) et deux séries de xénolites issues de zones de subduction actives (Kamchatka, Papouasie-Nouvelle-Guinée). L'étude structurale, pétrologique et géochimique de ces échantillons montrent qu'ils ont subit une percolation réactive de magma ou de fluide synchrone d'une déformation de haute température basse contrainte cohérente avec les condition PT de la base de la lithosphère ou de l'asthénosphère. Cette percolation réactive est responsable d'un enrichissement en pyroxènes, qui est souvent localisé dans des bandes parallèles à la foliation. Cet enrichissement est associé à une dispersion de l'orientation cristallographique de l'olivine. Les systèmes de glissement dominant dans l'olivine sont dans tous les cas {0kl}[100], ce qui implique que la direction de polarisation rapide des ondes S dans la partie supérieure du coin mantellique est parallèle à la direction d'écoulement dans le manteau. La décroissance de l'intensité des OPR de l'olivine associée à l'enrichissement en pyroxènes a pour conséquence une réduction non négligeable de l'anisotropie sismique qui peut induire jusqu'à 33% d'erreur sur l'interprétation de l'épaisseur de la couche anisotrope. Un enrichissement en orthopyroxène peut aussi entraîner une baisse du rapport Vp/Vs, mais ne peut expliquer les rapports Vp/Vs <1,7 cartés dans certains avant-arcs. Cependant de telles valeurs peuvent être expliquées si l'anisotropie des péridotites du coin mantellique est prise en compte. Les analyses par spectroscopie infra-rouge montrent que les olivines des deux séries de xénolites étudiées contiennent moins d'eau que la saturation théorique calculée pour leurs températures d'équilibre dans le domaine du spinelle. Ces faibles concentrations en eau sont similaires à celles observées dans les olivines des péridotites à spinelle des autres zones de subduction. Elles enregistrent probablement la faible solubilité de l'eau dans l'olivine à des pressions relativement basses et la déshydratation au cours de l'exhumation des xénolites. Ces teneurs en eau mesurées ainsi que les estimations de la saturation théorique ne sont pas suffisantes pour changer la direction de glissement dominante dans l'olivine de [100] à [001].
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00689832

tel-00689832
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00689832/file/These-Soustelle2010.pdf

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : National audience
Les lherzolites de l’étang de Lherz, de Freychinède et de Berqué sontassociées à des métasédiments détritiques contenant des fragments dominantsde manteau et de marbres issus du démantèlement de la couverturemétamorphique mésozoïque de la Zone Nord-Pyrénéenne(ZNP).Les relations originelles entre le socle ultrabasique et ces brèches etmicrobèches ne sont pas toujours accessibles, mais on peut observeren quelques endroits des caractères de contacts sédimentaires (surfaceirrégulière, anfractuosités emplies de microbrèches, remaniement dela lherzolite serpentinisée). La matrice des brèches est invariablementconstituée de grains issus du démantèlement du manteau serpentiniséou non (Ol, CPX, OPX, spinelles, serpentines). Ce cortège ultrabasiqueest associé à des fragments de marbres souvent foliés portant déjàl’empreinte du métamorphisme HT pyrénéen. On trouve également engrande quantité de petites phyllites dont l’origine est soit détritique, soitmétamorphique, par cuisson de la brèche lors d’un stade tardif métamorphismeHT crétacé. Sur le corps de Lherz, la composition des clastes desbrèches évolue entre un pôle 100% carbonaté et un pôle 100% ultrabasique.Par endroit, les carbonates envahissent la péridotite serpentiniséequi prend alors l’aspect typique des ophicalcites. En plusieurs points,à la périphérie immédiate des corps de Lherz et de Freychinède et dansles fentes au sein des lherzolites de Berqué, affleurent les roches à saphirine(voir Monchoux, 1973) faites de lits de minéraux souvent bien triéset de microbrèches dont la composition, surprenante, associe un cortègeultrabasique à un cortège singulier de débris de métaévaporites etde métaophites (phlogopites, anthophyllites, enstatites, hornblendes,...).La mise à nu du manteau dans la ZNP au Crétacé s’accompagne doncdu démantèlement de toute la couverture métamorphique prérift, depuisle Trias jusqu’au Crétacé. Cette contrainte est intégrée dans le modèled’exhumation proposé pour cette partie de la ZNP. Ce modèle tente derendre compte également de la présence au sein du corps principal desbrèches de Lherz (vallon de Fontête Rouge) de rares fragments d’uncroûte continentale à affinité granulitique
24 ème Réunion des sciences de la Terre 2014
Pau, France

insu-01080835
https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01080835

Éditeur(s) : HAL CCSD AGU and the Geochemical Society
Résumé : International audience
Rainbow is a dome-shaped massif at the 36°14′N nontransform offset along the Mid-Atlantic Ridge. It hosts three ultramafic-hosted hydrothermal sites: Rainbow is active and high temperature; Clamstone and Ghost City are fossil and low temperature. The MoMARDREAM cruises (2007, 2008) presented here provided extensive rock sampling throughout the massif that constrains the geological setting of hydrothermal activity. The lithology is heterogeneous with abundant serpentinites surrounding gabbros, troctolites, chromitites, plagiogranites, and basalts. We propose that a W dipping detachment fault, now inactive, uplifted the massif and exhumed these deep-seated rocks. Present-day deformation is accommodated by SSW-NNE faults and fissures, consistent with oblique teleseismic focal mechanisms and stress rotation across the discontinuity. Faults localize fluid flow and control the location of fossil and active hydrothermal fields that appear to be ephemeral and lacking in spatiotemporal progression. Markers of high-temperature hydrothermal activity (∼350°C) are restricted to some samples from the active field while a more diffuse, lower temperature hydrothermal activity (<220°C) is inferred at various locations through anomalously high As, Sb, and Pb contents, attributed to element incorporation in serpentines or microscale-sulfide precipitation. Petrographic and geochemical analyses show that the dominant basement alteration is pervasive peridotite serpentinization at ∼160–260°C, attributed to fluids chemically similar to those venting at Rainbow, and controlled by concomitant alteration of mafic-ultramafic units at depth. Rainbow provides a model for fluid circulation, possibly applicable to hydrothermalism at oceanic detachments elsewhere, where both low-temperature serpentinization and magmatic-driven high-temperature outflow develop contemporaneously, channeled by faults in the footwall and not along the detachment fault.
ISSN: 1525-2027

hal-01115281
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https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01115281/document
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01115281/file/Andreani_et_al-2014-Geochemistry%2C_Geophysics%2C_Geosystems.pdf
DOI : 10.1002/2014GC005269

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Subduction is one of the major geodynamical process active during the Earth evolution. The characterization of arc magmas, their evolution through space and time, and the relationship between arc magmatism and continental crust forming processes, constitute the main research topics in petrology and geochemistry since the last three decades. This study focuses on an exhumed portion of the Kohistan Arc (N Pakistan), which is an exceptional ‘in situ' laboratory to study and follow through time the processes active on subduction zones. Based on a pluri-geochemical approach, this study allows unraveling two major issues : 1/ The lack of a cogenetic relationship between the arc root (i.e. ultramafic rocks) and the overlying gabbroic crustal section. The Jijal ultramafic section does not bear a crustal origin and was emplaced at ~117 Ma via a magma-rock reaction between REE-depleted ‘boninite-like' melts and the pre-existing lithospheric mantle with Indian-MORB affinities; 2/ A three-stage geodynamical model covering the arc evolution through ~30 Ma. This model starts with the onset of the subduction followed by the building of the volcanic arc (1st stage). The 2nd stage corresponds to a major thermal event, characterized by abundant magma underplating and by granulitisation of the arc base. Recycling of the residual/cumulative lower crust into the convective asthenospheric mantle was efficient during this stage, and probably related to thermo-mechanical erosion processes. The last stage, between ~95 and 85 Ma, seals the end of the intra-oceanic subduction and corresponds to an “amagmatic” period. This step is followed by a voluminous, but short, magmatic pulse at ~85 Ma, occurring just before the arc-continent collision. At last, this study emphasizes the more mafic composition of the investigated crustal arc section when compared to the bulk continental crust. Nevertheless the arc section composition nicely fits with the lower continental crust average.
Les zones de subduction représentent des zones d'évolution clés dans la compréhension des processus géologiques majeurs actifs sur notre planète. En particulier, la caractérisation et l'évolution des magmas générés dans les zones d'arcs océaniques et la relation entre leur genèse et les processus de croissance crustale sont des axes primordiaux. Cette étude est focalisée sur la portion d'arc océanique exhumée du Kohistan (Nord Pakistan) qui constitue un laboratoire exceptionnel pour appréhender cette problématique. Basée sur une approche géochimique multi-méthodes (éléments majeurs et en trace, isotopes), cette étude a permis d'établir : 1/ l'absence de relation génétique directe entre les roches ultrabasiques de la racine de l'arc et la section crustale sus-jacente. La formation de la séquence ultrabasique de Jijal se produit à ~117 Ma via une réaction de type magma-roche entre des liquides de type boninitique (appauvris en terres rares), et le manteau lithosphérique de type MORB-Indien ; 2/ un modèle géodynamique en trois stades majeurs résumant l'évolution de l'arc océanique et de la subduction sur une période d'environ 30 Ma. Ce modèle débute par l'initiation de la subduction et la formation de l'arc volcanique s.s. (1er stade) ; le 2ème stade correspond à un évènement thermique majeur. Il est représenté par un sous-placage important de magmas et une granulitisation intense de la base de l'arc. Le recyclage de la croûte inférieure cumulative et résiduelle, dans le manteau sous-jacent, se produit durant cette étape vraisemblablement suite à des processus d'érosion thermo-mécanique. Le dernier stade, entre 95 Ma et 85 Ma, scelle la fin du fonctionnement de la zone de subduction et correspond à une période amagmatique suivie par une brève reprise du magmatisme avant la collision de l'arc après 85 Ma. Enfin, une modélisation numérique comparative avec la croûte continentale globale met en évidence la composition significativement plus basique de la croûte de l'arc insulaire du Kohistan. De fortes similitudes sont en revanche observées entre la section d'arc étudiée et la croûte continentale inférieure.
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00437770

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