trois zones de subduction
3.5 Description des échantillons sélectionnés .1 Composition des échantillons
Les échantillons sélectionnés sont les termes les plus basiques de chaque volcan. Ce sont soit des basaltes, soit des andésites basaltiques provenant de dépôts pyroclastiques ou de coulées de laves (dans le cas de l’absence de produits pyroclastiques). Leurs compositions sont résumées dans le Tableau 3.02.
Chapitre 3. Trois contextes de zone de subduction contrastés
Tableau 3.02 : Détail des compositions des échantillons sélectionnés. Références :1=De Astis et al., 1997, 2=Baker et al., 1994 ; Grove et al., 2002 ; 3=Samaniego et al., accepté; 4=Hoffer, 2008. and.bas.=andésite basaltique. Les coordonnées des échantillons du Mont Shasta sont la latitude et la longitude. Les coordonnées des échantillons d’Equateur sont données en coordonnées UTM 17S. Les éléments majeurs sont en poids %, tout le fer étant exprimé sous la forme FeO. Les éléments traces sont en ppm. Voir chaque référence pour plus de détail.
volcan Vulcano Mont Shasta Mont Shasta Mont Shasta Shasta Pichincha Pan de Azucar échantillon Sommata 85-38 85-1a 85-47 95-15 PICH70A PDA3E
référence 1 2 2 2 2 3 4
nature scorie coulée scorie scorie scorie coulée coulée
composition basalte basalte and. bas. and. bas. and. bas. and. bas. basalte âge 50 000 Misery Hill Sargents Ridge Sargents Ridge 850 000 localisation Sommata NW de Shasta Haystack Cinder Cone Gray Butte flanc N flanc NE coordonnées 41°33.54 41°32.65 41°28.33 41°20.85 07723 01900 122°15.34 122°16.78 122°17.30 122°10.03 99900 99556 SiO2 48,49 49,14 51,52 53,12 50,93 54,80 46,60 TiO2 0,77 0,87 0,56 0,70 0,66 0,56 1,31 Al2O3 12,50 16,95 15,55 17,32 15,54 15,35 14,70 FeOt 10,88 8,62 7,56 7,34 7,36 7,51 9,63 MnO 0,21 0,18 0,16 0,14 0,14 0,14 0,17 MgO 8,64 9,60 10,58 7,94 10,65 7,60 10,25 CaO 12,48 10,61 9,92 9,47 9,94 7,94 11,40 Na2O 2,20 2,11 2,64 3,40 2,73 2,87 2,54 K2O 2,08 0,30 0,38 0,43 0,76 1,06 1,11 P2O5 0,21 0,11 0,10 0,14 0,28 0,13 0,48 Total 98,46 98,49 98,97 100,00 98,99 97,96 98,19 Cr 251 472 384 375 292 400 Ni 53 39 220 114 150 177 Li 6,9 B 5 Sr 1099 204 291 354 682 390 1150 Y 16 25 16 17 16 15 20 Zr 83 70 48 47 90 70 98 Nb 6,0 3,1 1,9 3,0 3,6 2,1 11,5 Ba 490 136 124 158 347 427 840 La 25,1 5,2 3,6 6,0 16,2 10,3 27,5 Ce 47,0 11,5 8,1 12,0 34,6 15,0 53,5 Pr 1,8 1,2 4,6 Nd 23,0 8,3 5,4 19,3 11,2 30,5 Sm 4,6 2,6 1,7 3,8 2,4 6,3 Eu 1,3 1,0 0,6 1,1 0,8 1,8 Gd 3,4 2,1 3,1 2,7 5,2 Dy 3,8 2,4 2,8 2,5 3,8 Er 2,4 1,5 1,7 1,4 1,9 Yb 1,3 2,6 1,6 1,6 1,4 1,5 Lu 0,2 0,4 0,3 0,3 Pb 0,3 0,3 3,0 5,8 Th 5,0 0,7 0,5 2,2 1,5 3,7 U 1,4 0,2 0,2 0,6 87Sr/86Sr 0,704187 0,70434 0,703516 0,703849 0,704038 143Nd/144Nd 0,512636 0,512732 0,512865 0,512871 0,512866 206Pb/204Pb 19,592 19,178 18,948 207Pb/204Pb 15,678 15,699 15,634 208Pb/204Pb 39,387 39,053 38,661
Chapitre 3. Trois contextes de zone de subduction contrastés
3.5.2 Description des olivines
Chaque échantillon sélectionné contient des phénocristaux d’olivines de compositions homogènes, présentant parfois de légères zonations normales ou inverses sur les derniers µm du grain. Leur forme est polyhédrale, attestant d’une croissance par refroidissement lent, à l’équilibre thermodynamique avec le liquide parent (Faure et Schiano, 2005). Les olivines des échantillons du Mont Shasta, du Pichincha et de Vulcano présentent des gammes réduites de teneur en forstérite (~85-91% ; Fig. 3.18a) et des teneurs en CaO variant de 0,10 à 0,45% (Fig. 3.18b). Les teneurs en forstérite des olivines du Pan de Azucar sont beaucoup plus variables (76-88% ; Fig. 3.18a) et leurs teneurs en CaO sont comprises entre 0,10 et 0,30% (Fig. 3.18b). Pour chaque échantillon, les olivines choisies ne présentent pas de signe apparent d’altération ou de fracturation (permettant leur homogénéisation). Les analyses en éléments majeurs des olivines hôtes des inclusions analysées au cours de cette thèse sont reportées en annexe.
Figure 3.18 : (a) Histogrammes des fréquences des teneurs en forstérite (%) des olivines sélectionnées. (b) Variation des teneurs en forstérite des olivines en fonction de leur teneur en CaO. Les erreurs analytiques pour une olivine de composition moyenne sont représentées sous forme de barres d’erreurs.
Chapitre 3. Trois contextes de zone de subduction contrastés Les olivines d’Equateur contiennent des inclusions minérales de spinelles, de clinopyroxène et d’apatite (fluoroapatites à hydroapatites). Les olivines du Pichincha sont légèrement plus riches en spinelles que celles du Pan de Azucar. Les olivines de Vulcano contiennent quelques inclusions de spinelles, et celles de Shasta contiennent quelques inclusions de clinopyroxènes et de nombreux spinelles (surtout dans l’échantillon 85-38).
3.5.3 Description des inclusions
3.5.3.1 Taille, forme et contenu
Les inclusions de la Sommata (Vulcano) sont vitreuses (Fig. 3.19a). Leur taille varie de quelques µm à quelques centaines de µm de diamètre. Elles contiennent une bulle et une bande d’olivine cristallisée aux parois (Fig. 3.19 ; voir chapitre 4). Quelques rares inclusions contiennent un spinelle pré-existant et aucun globule de sulphure n’a jamais été observé.
Figure 3.19 : (a) Photographie en lumière réfléchie d’une inclusion vitreuse de la Sommata, contenant une bande d’olivine cristallisée à sa paroi. (b-c) Photographies MEB en électrons rétro-diffusés d’une inclusion cristallisée du Mont Shasta (b) et d’une inclusion dévitrifiée du Pan de Azucar (c). v : verre ; b : bulle ; m :minéraux ; s : sulfure.
Les inclusions du Mont Shasta sont pour la plupart cristallisées (Fig. 3.19b) ou dévitrifiées. Elles contiennent toutes une ou plusieurs bulles et souvent un spinelle pré-existant. Elles sont généralement ovoïdes. Leur taille varie de quelques µm à 100 µm de diamètre (voir chapitre 5 ; Le Voyer et al., soumis). Les inclusions équatoriennes sont soit partiellement cristallisées, soit dévitrifiées (Fig. 3.19c). Les inclusions du Pan de Azucar sont légèrement plus grosses (50 µm de diamètre en moyenne) et plus cristallisées que celles du Pichincha (30 µm de diamètre en moyenne). Toutes contiennent une bulle, souvent un spinelle pré-existant et parfois des globules de sulfures (Fig. 3.19c ; voir chapitre 6 ; Le Voyer et al., 2008). Elles sont de forme
Chapitre 3. Trois contextes de zone de subduction contrastés
Quelques rares inclusions vitreuses de petite taille (<20 µm) ont été retrouvées dans les olivines du Pichincha et du Mont Shasta. La mise à l’affleurement et le polissage final de ces inclusion ont révélé la présence d’un ou quelques rares micro-cristaux plaqués contre la bulle ou la paroi, n’ayant pas été repérés lors de la sélection. Ces inclusions n’étant jamais totalement vitreuses, par souci de précision, elles seront nommées par la suite « inclusions fausse-vitreuses ». Leur cas sera traité à part, et leurs compositions en F, Cl et S seront comparées à celles des inclusions cristallisées après l’étape d’homogénéisation (voir fin des chapitres 5 et 6).
3.5.3.2 Traitement microthermométrique et correction de la surcroissance d’olivine
L’analyse des inclusions de la Sommata (chapitre 4) et des quelques inclusions fausses-vitreuses du Pichincha et du Mont Shasta (chapitres 5 et 6) n’a pas nécessité d’homogénéisation expérimentale. Les analyses en éléments majeurs obtenues ont été corrigées de la surcroissance d’olivine (voir chapitre 4). Par contre, les inclusions cristallisées d’Equateur, du Mont Shasta et un groupe d’inclusions vitreuses de la Sommata ont été chauffées jusqu’à la température à laquelle le dernier minéral fils fond (Tmax ; Tableau 3.03).
Tableau 3.03 : Températures moyennes de disparition du dernier minéral fils (Tmax) lors du chauffage des inclusions des 7 échantillons sélectionnés. 19 expériences d’homogénéisation d’inclusions du Pichincha ont été réalisées par M. Laubier. Une partie des expériences sur les inclusions d’Equateur viennent de Le Voyer (2006).
échantillon nombre Tmax min max Sommata 18 1209 1157 1240 Shasta 85-38 19 1324 1276 1338 Shasta 85-1a 10 1254 1209 1316 Shasta 85-47 4 1294 1283 1307 Shasta 95-15 10 1226 1171 1296 Pichincha 37 1230 1181 1265 Pan de Azucar 38 1236 1173 1332
Si la valeur du KD mesuré dans l’inclusion après chauffage est inférieure à la valeur d’équilibre, c’est que la surcroissance d’olivine n’a pas entièrement fondu. Dans ce cas, une correction de la cristallisation à la paroi a été effectuée. Afin d’éviter d’interpréter à tort des variations de composition dues à une ré-équilibration avec l’olivine, les données des inclusions chauffées ont toutes été observées par projection à partir du pôle de l’olivine (voir chapitre 4). Les résultats des expériences d’homogénéisation et les compositions de chaque groupe d’inclusions sont détaillées dans les trois prochains chapitres.