Le bassin d’arrière arc

Figure IV-8: Spectres des terres rares des laves des Mariannes normalisés aux valeurs chondritiques de McDonough et Sun (1995).

Figure IV-9 : Distribution des anomalies en Ce pour les 12 échantillons étudiés.

IV.2.2. Le bassin d’arrière arc

Le Mariana Trough se trouve à l’ouest de l’arc des Mariannes. C’est le bassin actuellement en extension qui converge au nord et au sud vers l’arc des Mariannes. Son centre est la partie la plus éloignée de l’arc d’une distance atteignant les 100 km. Il est subdivisé en 3 parties (NMT, CMT et SMT) comme cela a été décrit dans la section IV.1.3.

Certains basaltes du Mariana Trough ont des signatures en éléments traces et en concentration d’eau équivalentes à celle des MORB. Mais la majeur partie des basaltes d’arrière arc sont enrichis en éléments mobiles (Rb, Ba, K et Pb) et riches en eau (Stern et al., 2003). Au niveau

1 10 100 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Roche/Chondrite SARIGAN GUGUAN ALAMAGAN PAGAN AGRIGAN ASUNCION URACAS 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0 1 2 3 4 Nombre d’échantillons Ce/Ce* 0.90

 

des isotopes, les signatures des basaltes du Mariana Trough sont identiques à celles des MORB pour les isotopes de l’Hélium, du Bore (2 données), de l’Oxygène, ainsi que ceux du soufre (Eiler et al., 2000; Stern et al., 2003). Pour les isotopes du Nd, Sr et Pb, on retrouve des signatures similaires à celles des laves de l’arc magmatique.

Les basaltes du Mariana Trough ont donc des compositions chimiques et isotopiques intermédiaires entre celle des MORB et celle des laves d’arc. Une part des fluides provenant de la croûte subductée doit contaminer en partie le manteau de l’arrière arc. D’après l’étude de Pearce et al. (2005), qui cartographie l’enrichissement en éléments incompatibles du Mariana Trough, seulement 3 zones sur 21 présentent des basaltes ayant une signature typiquement MORB, sans composant provenant du slab. Ces trois zones du MTB sont les suivantes : le segment 3 (nord CMT ; de 19.9N à 19.4N), le segment 9 (Sud CMT ; de 16.9N à 16.7N), et la partie entre le segment 13 et 16 (nord SMT ; de 15.5N à 14.2 N). Tout le reste du bassin présente des enrichissements plus ou moins importants en éléments incompatibles associés à une contamination résultant du processus de subduction.

Grâce à la collaboration avec Ivan Savov (de l’Universitée de Leeds) nous avons étudié trois échantillons provenant de ce bassin d’arrière arc pour les isotopes du Ce et du Nd. Sur ces trois échantillons, nous en avons un provenant du nord du SMT (D68-2-1), un autre provenant du SSP (D3-2-1) et un troisième (C7-Dredge-3) dont la localisation reste inconnue car aucun équivalent à son nom n’a été trouvé dans la littérature malgré les demandes envoyées aux différents chercheurs ayant publiés sur la zone. Les concentrations en REE ont été mesurées pour les trois échantillons (Tableau IV-1). Les spectres REE de ces trois échantillons sont montrés dans la figure IV-10. Le D68-2-1 et le D3-2-1 ont des concentrations similaires à celles reportées dans le « supplementary file » de Pearce et al. (2005).

 

Tableau IV-1 : Concentrations en terres rares des échantillons du Mariana Trough obtenues à l’ICP-MS.

Figure IV-10 : Spectres de terres rares pour les échantillons du Mariana Trough normalisés aux chondrites (McDonough et Sun, 1995). Pour comparaison, le spectre du N-MORB de Hofmann (1988) est indiqué.

Nous remarquons que le D68-2-1 présente un spectre différent des deux autres échantillons qui eux ont des spectres identiques enrichis en LREE par rapport aux HREE. Le D68-2-1, qui provient du segment 16 du sud du Mariana Trough, est identifié comme un basalte type N-MORB sans contamination provenant du slab. Son spectre est comparable au N-MORB déterminé par Hofmann (1988) (Figure IV-10). De plus, ses rapports d’éléments traces (Nb/Yb, Ba/Nb, Th/Nb et Ba/Th) le placent dans le domaine des MORB contrairement aux deux autres échantillons (Pearce et al., 2005). Comme nous le verrons plus bas, cet

Basaltes du "Mariana Trough" C7-DREDGE-3 D3-2-1 D68-2-1

Segment SSP SSP 16

Profondeur (m) indeterminée indeterminée 3831

Latitude - 15.95 14.17 Longitude - 145.52 143.97 Terres rares (ppm) La 9.98 9.11 3.28 Ce 18.7 17.5 9.91 Pr 2.58 2.60 1.74 Nd 11.7 11.8 9.30 Sm 3.13 3.12 3.14 Eu 1.06 1.07 1.18 Gd 3.54 3.49 4.24 Tb 0.55 0.54 0.71 Dy 3.48 3.50 4.77 Ho 0.73 0.73 1.01 Er 2.12 2.11 2.94 Tm 0.31 0.31 0.42 Yb 2.08 2.08 2.74 Lu 0.31 0.31 0.40 1 10 100 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Roche / Chondrite ^{D68-2-1 D3-2-1} C7 N-MORB

 

échantillon sera utilisé comme étant représentatif du manteau appauvri sous l’arc des Mariannes pour les modèles isotopiques.

IV.2.3. Les sédiments

La mission ODP Leg 129 avait pour but de prélever la couverture sédimentaire datée du Jurassique ainsi que la croûte océanique la plus ancienne du Pacifique. Des forages ont été réalisés au niveau de trois sites. Ceux-ci, numérotés 800, 801 et 802, sont localisés dans les bassins Pigafetta et Est des Mariannes (Figure IV-6). Ici, des échantillons provenant de deux des trois sites (801 et 802) sont étudiés. Les logs des deux sites sont représentés dans la figure

IV-11. Les échantillons prélevés sont composés de boues siliceuses associées à des argiles

authigènes présentant différents degrés de diagénèse ainsi que des volcaniclastiques reliées à l’activité tectonique du Crétacé moyen lors de laquelle se sont construits plusieurs édifices volcaniques (Karpoff, 1992). On compte cinq étapes de sédimentation au dessus du plancher basaltique, toutes échantillonnées au site 801. Pour cette étude nous avons sélectionné 8 échantillons de la pile 801 provenant des unités II à IV. Les 5 sédiments siliceux nous ont été fournis par Terry Plank du Lamont-Doherty Earth observatory (New York), tandis que 3 échantillons volcaniclastiques de l’unité III du site 801, ainsi que 2 échantillons provenant des unités II et V du site 802 nous ont été fournis par Tim Elliott de l’Université de Bristol (Department of Earth Sciences). L’échantillon de l’unité V du site 802 est aussi une turbidite volcaniclastique. Les concentrations en terres rares de tous les sédiments sont données dans le

tableau IV-2.

Quatre échantillons volcaniclastiques ont été étudiés (801B-5R ; 801B-7R ; 801B-8R3 et 802A-43R). Trois d’entre eux proviennent de l’unité III du site 801 et un autre provient de l’unité V du site 802 (802A-43R ; Figure IV-11). L’unité III du site 801 est faite d’une épaisse couche de turbidites volcaniclastiques déposées entre 113Ma et 94 Ma. L’unité V du site 802, quant à elle, est plus jeune et datée entre 100Ma et le 72Ma (Karpoff, 1992). Les grosses quantités de dépôts volcaniques masquent les rares dépôts biogéniques (fossiles d’eau profonde), indiquant que le site était proche d’un édifice volcanique (Karpoff, 1992). Les facies majeurs des volcaniclastiques du site 801 et 802 sont des dépôts turbiditiques. Les courants turbiditiques sont liés aux coulées de laves ou aux effondrements de flan proches d’un édifice volcanique actif (Salimullah, 1992).

Cinq échantillons du site 801 sont des sédiments biosiliceux : chert, porcellanite et radiolarite. L’unité II est principalement composée de chert du Cénomanien au Campanien