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].
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