Pétrologie des enclaves ultrabasiques et basiques des îles Kerguelen (TAAF) : les contraintes minéralogiques et thermobarométriques et leurs implications géodynamiques

par Michel Grégoire

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Sous la direction de André Giret.

Soutenue en 1994

à Saint-Etienne .


  • Résumé

    La province Sud-Est des îles Kerguelen a livré plusieurs gisements d'enclaves ultrabasiques-basiques (UB-B) qui ont été remontées par des laves très alcalines. A l'exception des éclogites, tous les types connus en domaines continentaux et océaniques sont représentés. Cette grande variété a conduit à une typologie hiérarchisée par les critères texturaux (1er ordre) et minéralogiques (2ème ordre). Trois types et sept sous-types sont définis. Le type I est caractérisé par des textures de tectonites mantelliques ; il possède les sous-types Iα (harzburgites) et Iβ (dunites). Le type II, aux textures métamorphiques avec des reliques de textures magmatiques, renferme les sous-types IIa (assemblages a cpx + opx + sp), IIb (cpx + ilm + sp) et IIc (métagabbros a ilménite). Le type III a des textures franchement magmatiques et livre les sous-types hornblenditiques et biotitiques. Les types I et II ont fait l'objet d'une étude plus approfondie que le type III. Les enclaves de type I proviennent du manteau supérieur et elles sont rééquilibrées dans le champ de stabilité des péridotites à spinelle. Elles témoignent d'une compétition entre plusieurs processus mantelliques: fusion partielle, métasomatisme et interactions manteau-magmas. L'un des deux types de harzburgites contient un clinopyroxène qui témoigne très clairement de l'interaction manteau-magmas. Le même mécanisme joue un rôle principal dans la genèse des dunites et des enclaves composites auxquelles elles sont associées. Les enclaves de type II sont à l'origine des cumulats et ségrégats magmatiques. Le type IIa forme une suite complète, depuis des termes ultrabasiques (péridotites) jusqu'à des termes basiques (métagabbros). Il peut être relié au magmatisme tholéiitique-transitionnel de l'archipel. Plusieurs réactions (symplectites, coronites) sont observées et certaines produisent des associations a saphirine ± grenat. Ces roches ont été rééquilibrées dans les conditions du faciès granulite, de 0,5 a 1,6 GPa et de 900 à 1000 °C. Le type IIb correspond a des ségrégats profonds de magmas alcalins mis en place dans le manteau supérieur (0,7 a 1,35 GPa, 850 à 1000 °C). Le type IIc forme un ensemble très homogène, proche des compositions des liquides tholéiitiques-transitionnels de surface, et rééquilibré dans les conditions du faciès granulite. Une discussion intégrant ces arguments aux données géochronologiques et géophysiques permet de confirmer et d'expliquer l'épaississement crustal déduit de l'évolution des vitesses sismiques en profondeur. L'extrémité nord du plateau de Kerguelen a été édifiée lors de la jonction entre la ride Inde/Antarctique et la ride Australie/Antarctique, entre 56 et 43 Ma. à proximité du Moho des magmas tholéiitiques-transitionnels très abondants, produits par la synergie de la jeune ride est-indienne et du point chaud de Kerguelen, ont forme des cumulats et des ségrégats qui ont été sous-plaques et qui ont largement participé à l'épaississement crustal. Celui-ci est ensuite amplifié par la surcharge volcanique liée a la durée du point chaud, les cumulats refroidissent lentement et s'enfoncent jusqu'à des profondeurs correspondant au faciès granulite. Les magmas alcalins, plus jeunes, remontent ensuite les fragments de ces roches profondes. Cet épaississement crustal, ainsi que certains caractères particuliers des complexes magmatiques de l'archipel, permet d'envisager une densité anormalement faible de la lithosphère et, par voie de conséquence, de proposer son « insubductabilité », Kerguelen serait alors un protolithe continental.

  • Titre traduit

    Petrology of the ultrabasic and basic Kerguelen xenoliths. Mineralogical and thermo-barometric constraints and their geodynamical implications


  • Résumé

    Several occurences of ultrabasic and basic xenoliths, uplifted by peralkaline lavas, lay in the South-East province of the Kerguelen Islands. They display all types of both continental and oceanic UB-B inclusions, except eclogites. Such a wide diversity leads to a typology which is hierarchically classified by textural criteria (1st class) and by mineralogical ones (2nd class). Three main types and seven subtypes are proposed. The type I has mantle tectonite textures and it is divided in a subtype Iα (harzburgites) and in a subtype Iβ (dunites). The type II presents metamorphic textures with relicts of magmatic ones. It presents three subtypes : IIa (cpx + opx + sp), IIb (cpx + ilm + sp) et IIc (ilmenite bearing metagabbros). The type III has purely magmatic textures and it is represented by hornblenditic and biotitic inclusions. The present study focuses mainly on types I and II which are related to the lower crust and to the upper mantle. Inclusions of type I belong to the upper mantle and have been reequilibrated in the "spinel perioditic" stability field. They indicate the role of several mantle processes : partial melting, metasomatism, and magma-mantle interactions. The presence of a clinopyroxene in one of the two harzburgite types clearly expresses the interactions between mantle and magmas. A similar process plays a major role int he origin of the dunites and of the dunite-bearing composite xenoliths. The inclusions of type II were initially magmatic cumulates and segregates. The type IIa consists of a complete series of rocks, from ultrabasic peridotites to basic metagabbros, and may be related to the tholeiitic-transtional magmatism of the archipelago. Some of the sympletitic and coronitic reactions lead to mineral associations with sapphirine ± garnet which expresses reequilibrations in the granulite facies conditions, from 0. 5 to 1. 6 GPa and from 900 to 1000°C. The type IIb differs in that it corrsponds to mineral segregates, occuring fromalkaline magmas in the upper mantle layers (0. 7 to 1. 35 GPa, 850 to 1000°C). The type IIc is an homogeneous group of rocks, of which the composition is close to the tholeiitic-transitional volcanic liquids and have been reequilibrated in the granulite facies conditions. Discussion supporetd by geochronological and geophysical data argues and explains the crustal thickeneing which was previously deduced from the deep seismic velocity variations. The Northern end of the Kerguelen plateau was formed when the junction occured between the India/Antarctic ridge and of the Australia/Antarctic one, at 56 to 43 Ma. The synergy of the young East-Indian Ridge and of the Kerguelen hot spot was at the origin of a very voluminous production of tholeiitic-transtional magmas of which many cumulates and segregates were underplated in the viscinity of the Moho. This process of crustal thickening by underplating was later amplified by the volcanic overload related to the logevity of the hot spot. Then, while their temperature slowly decreased, the UB-B cumulates were sunk to depths at which they were reequilibrated into granulite facies conditions. The younger alkaline magmas then uplifted pieces of these deep rocks. Such a crustal thickening, as well as some specific features of the magmatic complexes of the archipelago, allow the assumption of an anomalous weak density of the lithosphere, and consequently leads one to propose the unsubductability of Kerguelen islands which may be considered then as a continental protolith.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (253 p. -5 p. de pl. en coul. - [ca. 110 p. d'annexes])
  • Annexes : Bibliogr. p. 227-253.

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