Etude minéralogique et géochimique des enclaves ultramafiques et mafiques du volcanisme Néogène-Quaternaire lié au rift syrien

par Mohamed Ismail

Thèse de doctorat en Géologie. Minéralogie

Sous la direction de Jean-Yves Cottin.

Soutenue en 2008

à Saint-Etienne .


  • Résumé

    Le rift syrien représente la partie septentrionale du système du rift de la mer Morte (Dead Sea Fault System: DSFS). Cette structure lithosphérique amincie est le siège de plusieurs manifestations volcaniques qui ont débuté au Permo-Trias et se sont poursuivies jusqu’au Quaternaire récent. Les coulées basaltiques du sud forment le grand massif volcanique de Jabel El Arabe (partie septentrionale de Harat Ash Shamme) qui est constitué essentiellement de basaltes alcalins et de basanites. Les données chimiques et isotopiques indiquent que la fusion partielle des laves syriennes est un processus polybarique. Les laves les plus primitives sont issues de la fusion partielle de faible degré de péridotites à grenat (2 - 5 %) et elles ont ensuite été incorporées à moindre profondeur à des liquides résultant d’un faible degré de fusion partielle de péridotites à spinelle (~1 %). Ce mécanisme de fusion partielle mul­tistage intervenant à différentes profondeurs permet d’expliquer la composition des magmas primaires syriens. Les trois groupes d’enclaves mantelliques de type I sont essentiellement des lherzolites, des harzburgites et des wehrlites. Ces péridotites ont toutes été rééquilibrées dans le faciès des péridotites à spinelle à des températures comprises entre 900 et 1100 °C ± 50 pour une pression moyenne voisine de 1. 5 GPa. L’étude minéralogique et géochimique des éléments majeurs et des éléments en traces reflète nettement une histoire de fusion partielle ayant affectée les xénolites mantelliques de type I (de ~ 1 à ~ 20 %). L’étude pétrographique, minéralogique et chimique des éléments majeurs et des éléments en traces indique une origine par fusion partielle de ces péridotites mantelliques uniquement dans le seul faciès à spinelle. Les caractéristiques géochimiques des éléments majeurs et des éléments en traces de certains clinopyroxènes indiquent qu’ils ont été métasomatisés par de petits volumes de liquides silicatés de compositions très variables. La composition de ces liquides silicatés suggère que l’agent métasomatique affectant ces clinopyroxènes n’a aucun lien génétique avec des roches volcaniques syriennes Néogènes. Bien que la composition chimique des agents métasomatiques présente des signatures d’affinité carbonatitique, l’étude minéralogique et géochimique montre plutôt une affinité avec des liquides silicatés alcalins riches en CO2. Ces variations dans les enclaves de type I indiquent que différents types de méta-somatisme peuvent être contemporains et dérivés de la même source de liquides primitifs silicatés. Les enclaves mantelliques de type II composées de roches ultramafiques et mafiques se caractérisent par une grande variabilité pétrographique et chimique. Les webstérites ont toutes été rééquilibrées à des températures et à des pressions (880-1120 °C; 0. 9-1. 43 GPa) relativement plus élevées que celles des métagabbros et des métagabbronorites (725-960 °C; 0. 9-1. 22 GPa). La saphirine décrite pour la première fois dans la région de la plaque Arabique est une caractéristique principale de certaines webstérites à spinelle et grenat. Les xénolites de type II ont été classés en trois groupes d’après la composition des éléments majeurs et des éléments en traces. Les caractéristiques minéralogiques et chimiques indiquent que certains xénolites représentent des ségrégats magmatiques profonds cristallisés à partir d’un liquide basaltique d’affinité tholéïtique-transitionnelle provenant d’une source mantellique appauvrie de type DMM. Ces cumulats ont ensuite été métasomatisés par un petit volume de liquide percolant dans le manteau lithosphérique supérieur sous le rift syrien. D’autres ségrégats représenteraient des cumulats profonds cristallisés à partir de liquides d’affinité alcaline dans les conditions de HP-HT. Les fortes abondances en éléments lithophiles et en particulier en U dans les enclaves mantelliques étudiées militent fortement en faveur de l’hypothèse d’un métasomatisme le long du rift syrien depuis le Trias pour expliquer l’affinité isotopique de certaines roches avec le pôle HIMU. L’ensemble des données pétrologiques et géochimiques des laves et des enclaves mantelliques étudiées suggère que la source de l’activité magmatique le long du rift syrien est probablement liée à l’extension lithosphérique résultant du rifting régional depuis le Trias (245 Ma) et à sa réactivation au cours de l’ouverture de la mer Rouge au Cénozoïque (~ 30 Ma)

  • Titre traduit

    Mineralogical and geochemical study of ultramafic and mafic xenoliths from Neogene-Quaternary volcanism related to Syrian rift


  • Résumé

    The Syrian rift constitutes the northern part of the N-S Dead sea extensional fault system (DSFS). Its thinned continental lithosphere has been the source of numerous volcanic eruptions since Permo-Triassic times and has continued sporadically until the Quaternary. Basaltic flows in the southern part of the rift formed the large volcanic massive of Jabel El Arabe which is essentially the northern part of Harat Ash Shamme, consisting mainly of alkaline basalts and basanites. Geochemical and isotopic data on these Syrian lavas suggests that partial melting was polybaric. The most primitive lavas may have evolved at deep levels in the subcontinental lithospheric mantle (SCLM) by low degrees (2 - 5 %) of partial melting of garnet-bearing peridotite. The uprising mantle liquids then appear to have been incorporated at shallower levels into melts derived from limited degrees of partial melting (~ 1 %) of spinel-bearing peridotite. This mechanism of multistage partial melting at various depths could explain the compositional variations found in the Syrian rift-related primary magmas. The three groups of type I mantle xenoliths are essentially lherzolites, harzburgites and weh  rlites. These peridotites were re-equilibrated in the spinel stability field at temperatures of 900-1100 °C ± 50 for an average pressure of 1. 5 GPa. Geochemical studies on their major and trace elements clearly reflects a history of partial melting (1 < FP < 20 %). Petrographic, mineralogical and chemical studies indicate a simple origin for the lavas by partial melting of mantle in the spinel-bearing peridotites field. Geochemical characteristics of the major and trace elements for some clinopyroxenes show that they were metasomatised by a small volume of silicate melt of variable composition but that the meta  so  matic agent affecting these clinopyroxenes had no direct genetic link with the formation of (Neo  gene) Syrian volcanic rocks. Although the chemical composition of the metasomatic agent pres  ents signatures of carbonate affinity, the mineralogical and geochemical study preferentially suggests a CO2-rich alkaline silicate melt. These variations in type I xenoliths can indicate that different types of metasomatism could be contemporary and be derived from the same original source as the silicate melts. Mantle xenoliths, type II, composed of ultramafic and mafic rocks are characterized by substan  tial petrographic and chemical variations. Websterites were equilibrated at temperatures and pres  sures (880-1120 °C; 0. 9-1. 43 GPa) comparatively higher than for metagabbros and metanorites (725-960 °C; 0. 9-1. 22 GPa). Sapphirine described for the first time in the Syrian region of the Arabian plate is a principal characteristic of some spinel-garnet-bearing websterites. The xenoliths of type II can be distinguished as three groups on the basis of their major and trace element composition. The mineralogical and chemical characteristics indicate that some xenoliths represent magmatic cumulates crystallized from basaltic melts of tholeiitic-transitional affinity originating from a mantle source of type DMM. These cumu  lates were then metasomatised by a small volume of percolating melts in the upper lithospheric mantle be  neath the Syrian rift. The other xenoliths of type II would represent deep cumulates crystallized from melts of alkaline affinity under HP-HT conditions. The metasomatic evidence from comparatively U-rich melts in the mantle xenoliths confirms that the hypothesis of metasomatism along the Syrian rift since the Trias can explain the isotopic affinity of some xenoliths in the field of HIMU. Petrologic and geochemical data for the lavas and mantle xenoliths suggests that the source of magmatic activity along the Syrian rift was most probably linked to lithospheric extension resulting from regional rifting since the Trias (245 My) and reactivated during the opening of the Red sea in the Cenozoic (~ 30 My)

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  • Détails : 1 vol. (XVI-460 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 337-375

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