Water contents and lithium isotope compositions of the Mesozoic-Cenozoic lithospheric mantle of eastern North China Craton : constraints from peridotite xenoliths

par Pei Li

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Etienne Deloule et de Qunke Xia.

Le président du jury était Yigang Xu.

Le jury était composé de Luigi Dallai, Jian Ping Zheng.

Les rapporteurs étaient Jannick Ingrin, Hong-Fu Zhang.

  • Titre traduit

    Teneur en eau et composition isotopique du Lithium du manteau lithosphérique mésozoïque à cénozoïque du craton Nord Est Chinois : contraintes apportées par les xénolites de péridotite


  • Résumé

    Pour mieux comprendre le processus géodynamique qui a permis la destruction du craton Nord Chinois (NCC), le rôle des fluides mantelliques a été examiné. Pour cela, les distributions des teneurs en eau et des compositions isotopiques du Lithium dans le manteau lithosphérique NCC ont été déterminées à partir des xénolites de péridotite entrainés par les basaltes mésozoïques et cénozoïques. Une variation temporelle des teneurs en eau est observée. Le manteau lithosphérique cénozoïque est appauvri en eau, sans doute suite à l'amincissement crustal et au réchauffement du manteau résiduel par un flux ascendant asthénosphérique. Le manteau lithosphérique mésozoïque montre des teneurs en eau intermédiaire entre les teneurs élevées du Crétacé et les teneurs basses cénozoïques, indiquant une déshydratation du manteau commençant dès le début de sa destruction. Cette déshydratation, facilitée par la destruction du manteau lithosphérique profond, permet de renforcer la rigidité de la lithosphère et lui permet de résister à la convection mantellique. Les distributions élémentaire et isotopique du Li montrent une grande hétérogénéité, aux échelles intra et inter-cristallines. Par simulation numérique, nous démontrons que deux enrichissements successifs ont affecté le manteau, un enrichissement limité (<5ppm) avec une signature pauvre en 7Li ([delta]7Li ~ -20 [pour mille]), suivi d'un enrichissement important (> 100 ppm) avec une signature riche ([delta]7Li ~ +20 [pour mille]), précédent de peu l'exhumation des xénolites. La formation des liquides métasomatiques responsables de ces enrichissements nécessite une distribution hétérogène dans le manteau NCC d'éléments recyclés lors de la subduction à l'est du NCC


  • Résumé

    In order to investigate the geodynamic cause for destruction of the North China Craton (NCC), the role of mantle fluids is examined. The aim of the PHD work is to clarify H2O contents and lithium isotopic compositions of the NCC lithospheric mantle by studying peridotite xenoliths hosted by Mesozoic-Cenozoic basalts across eastern NCC. A temporal variation of H2O content has been revealed, and it has deep implications for processes of craton destruction. The Cenozoic lithospheric mantle was featured by low H2O content, interpreted to be the relict mantle that survived the lithospheric thinning and has been dewatered by reheating from upwelling asthenospheric flow. The late-Mesozoic lithospheric mantle showed relatively high H2O content, a hydrous status intermediate between the Cretaceous hydration and the Cenozoic dryness, indicating the dehydration of the NCC mantle with time during NCC destruction. The dehydration, facilitated by thinning of weak mantle pieces at bottom, is one way by which the lithosphere strengthens itself to survive in the convecting mantle. Extreme Li and isotopic disequilibria were observed intra- and inter-mineral in the peridotites. With numerical simulations, we demonstrate two superimposed Li enrichment events occurring at the mantle: a limited Li enrichment (< 5 ppm) and large delta7Li depletion (-20~-10[per 1000]) of the mantle domain, followed by a recent and transient infiltration of high Li and delta7Li (up to +20 [per 1000]) melts/fluids. The anomalous Li isotopic compositions of mantle metasomatic agents call upon the same of their mantle sources, and we assume recycled components, both Li isotopically heavy and light, in the mantle beneath the eastern NCC


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