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Characterization and origin of alcaline magmas and fluids beneath the Jbel Saghro volcanic field, Anti Atlas, Morocco
No full textLes 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 ( 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 oce anic 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
Alkaline volcanism associated with early stage of rifting : East African Rift, Tanzania, Manyara basin
No full textLe 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 ( 55) (Labait, Kwaraha), de calciocarbonatite (Kwaraha) et des néphélinites différenciées (Mg# 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 ( 55) (Labait, Kwaraha), calciocarbonatite (Kwaraha) and evolved nephelinites (Mg# 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
Contemporaneous magmatic differentiation of S-rich trachyandesitic and High-K calc-alkaline andesite in an intracontinental setting, San Juan volcanic field, Colorado, U.S.A
No full textL'étude minéralogique, pétrographique et géochimique des andésites de la Formation de Huerto (Champ Volcanique de San Juan, Colorado) a permis de mettre en évidence deux lignées magmatiques contemporaines datées à 28 Ma : (1) les laves trachytiques à olivine, se différentiant à faible profondeur, en bordure de la caldera La Garita, par les processus de cristallisation fractionnée et d'assimilation d'une croûte supérieure granitique ; et (2) les laves andésitiques calco-alcalines à hornblende, riches en eau et en soufre, évoluant sous la partie centrale de la caldera à travers une croûte hybride et dense, avec une importante assimilation de la croûte inférieure, de la cristallisation fractionnée et de la cristallisation "in situ" (présence de xénolites syngénétiques de bordure de chambre). Ces deux séries semblent évoluer à partir d'un même magma parent tandis que leur caractère minéralogique et géochimique s'acquièrent par dégazage et rééquilibration à différents niveau crustaux
Role of volatiles (S, Cl, H2O) and silica activity on the crystallization of hauyne and nosean in phonolitic magmas (Eifel, Germany and Saghro, Morocco)
No full textInternational audienceTo constrain the crystallization of alkaline and volatile-rich lavas present in intraplate settings, we studied the petrological features and the geochemical composition of major, trace, and volatile elements of mineral and bulk-rock of two sodalite-bearing phonolites: (1) haüyne-plagioclase-bearing Si-K-rich phonolite from Laacher See (Germany) and (2) nosean-nepheline-bearing Si-poor phonolite from Saghro (Morocco). In haüyne-bearing phonolites (55–59 wt% SiO2, K > Na, Na+K/Al = 0.96–1.08), we found that the low silica and low sodium activity promoted the early crystallization of S-rich haüyne (13.7–13.9 wt% SO3, 0.4 wt% Cl) + S-rich apatite (0.7–0.9 wt% SO3), titanite, and rare pyrrhotite followed by clinopyroxene-plagioclase-sanidine at relatively low pressure and temperature (P = 250 MPa and T = 850 °C) and oxidized condition (ΔNNO-NNO+1, where NNO is nickel-nickel oxide buffer). The crystallization of haüyne occurred at fluid-undersaturated conditions from a silicate melt with 6 wt% H2O, 0.17–0.23 wt% Cl, 0.11–0.4 wt% S, and 0.07–0.14 wt% F. Nosean-bearing phonolites from Saghro are silica-poor and peralkaline (52–54 wt% SiO2, Na > K, Na+K/Al = 1.2) and crystallized at higher P and T (300 MPa and 950 °C) and more reduced conditions (NNO) compared to haüyne-bearing phonolites. The incongruent reaction to form nosean requires high silica and Na2O activity. The mineral assemblage and composition suggest early crystallization of nepheline followed by nosean (7.8–8.8 wt% SO3; 1–1.1 wt% Cl). The sequence of crystallization is: clinopyroxene + nepheline + S-poor apatite (<0.04 wt% SO3) + pyrrhotite followed by nosean and titanite. Nosean-bearing magmas are fluid-undersaturated with relatively low volatile content (4 wt% H2O, <0.25 wt% Cl, <0.056 wt% S, 0.08–0.1 wt% F), although Cl may have exsolved during ascent and formed a fluid phase (NaCl-bearing).Both haüyne- and nosean-bearing phonolites are last equilibrated at relatively low pressure and high temperature. Haüyne and nosean crystallized at oxidized and volatile-rich pre-eruptive conditions. They record the volatile concentrations at depth and may be used as oxybarometer. The incongruent reactions involved to form haüyne and nosean suggest that phonolitic magmas became more oxidized during crystallization. The initial volatile concentrations in basanite/nephelinite magmas, from partial melting of volatile-bearing K2O-rich mantle rock, should have been one important factor influencing the crystallization of haüyne-bearing Si-K-rich phonolite and nosean-bearing Si-poor phonolite in intracontinental setting
Topaz-fluorite granites from the Black Forest, Germany: evolution of F-rich felsic magmas and origin of topaz
No full textTracing sulfur and halogen concentrations in magmatic systems: constraints from experiments and natural glass inclusions in apatite
No full textPhlogopite-Olivine Nephelinites Erupted During Early Stage Rifting, North Tanzanian Divergence
No full textInternational audienceThe North Tanzanian Divergence (NTD, eastern branch of the East African Rift) corresponds to an early stage of continental breakup. In the southern NTD, two quaternary volcanoes of the Manyara-Balangida rift (Labait, Kwaraha) have erupted primary nephelinite lavas (Mg# = 79–57) that allow characterization of their deep mantle source and the alkaline magmas that percolated through the lithosphere during rift initiation. Nephelinites are olivine- and clinopyroxene-rich, and contain up to 4 vol% magmatic phlogopite that crystallized as a liquidus phase with olivine and clinopyroxene. The presence of hydrous mineral (phlogopite) phenocrysts in Kwaraha and Labait lavas strongly suggests that the alkaline melts were H2O-bearing at the time of phlogopite crystallization (1.57–2.12 wt% H2O in phlogopite), demonstrating that phlogopite may have influenced the partitioning of water between the silicate melt and anhydrous silicate minerals (<1 ppm wt H2O clinopyroxene, 1–6 ppm wt H2O in olivine). Geochemical modeling indicates that the nephelinite magmas resulted from a low degree of partial melting (0.2–1%) of a carbonate-rich (0.3%) garnet peridotite containing ∼2 vol% phlogopite. We estimate the depth of partial melting based on primary melt compositions and empirical relations, and suggest that melting occurred at depths of 110–130 km (4 GPa) for craton-edge lavas (Kwaraha volcano) and 150 km (5 GPa) for on-craton lavas (Labait volcano), close to or below the lithosphere-asthenosphere boundary in agreement with the presence of deep refractory mantle xenoliths in Labait lavas. The depth of melting becomes gradually deeper toward the southern NTD: highly alkaline magmas in the north (Engaruka-Natron Basin) are sourced from amphibole- and CO2-rich peridotite at 75–90 km depth, whereas magmatism in the south (south Manyara Basin) is sourced from deep phlogopite- and CO2-rich garnet-peridotite beneath the Tanzania craton (e.g., at the on-craton Labait volcano). Percolation of deep asthenospheric CO2-rich alkaline magmas during their ascent may have produced strong heterogeneities in the thick sub-continental lithospheric mantle by inducing metasomatism and phlogopite crystallization in glimmerite lithologies
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