Localization of the source of large silicic ignimbrites through magnetic techniques : applications in Turkey

par Alessandro Agro

Thèse de doctorat en Volcanologie - Géophysique

Sous la direction de Jean-Luc Le Pennec et de Elena Zanella.

Soutenue le 14-03-2014

à Clermont-Ferrand 2 , dans le cadre de École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand) , en partenariat avec Laboratoire Magmas et Volcans (équipe de recherche) .

Le président du jury était Roberto Sulpizio.

Le jury était composé de Michael Ort, Lucia Gurioli, Guido Giordano.

Les rapporteurs étaient Roberto Sulpizio, Michael Ort.

  • Titre traduit

    Localisation de source des ignimbrites acides à l'aide des techniques magnétiques : applications en Turquie


  • Résumé

    Cette recherche exploite une combinaison de techniques de terrain, paléomagnétiques et de magnétisme des roches pour corréler et localiser la source de plusieurs ignimbrites de deux régions de Turquie qui appartiennent à deux grands systèmes acides : la région du Cappadoce (Anatolie centrale), qui a été précédemment étudiée par plusieurs auteurs, et la région de Afyon-Eskişehir (Anatolie occidentale), jusqu'à présent peu étudiée. L’examen de l’ignimbrite de Kızılkaya (région du Cappadoce), d'âge Miocène supérieur, a consisté en une étude stratigraphique et de magnétisme des roches de l'unité ignimbritique, qui est considérée comme une seule unité d’écoulement et de refroidissement. La magnétisation rémanente, la fabrique magnétique (AMS, AIRM et AARM) et la minéralogie magnétique ont été analysées pour 35 sites de 7 localités situées à des distances différentes de la source supposée par Le Pennec et al. (1998) et à différentes hauteurs stratigraphiques, pour un total de 444 spécimens. La signature magnétique rémanente n’est pas verticalement homogène dans les dépôts. Deux cas sont distingués : (1) une TRM stable, dont la direction est conforme aux données de la littérature précédente (Piper et al., 2002) et (2) deux composantes de magnétisation caractérisées par une température de blocage et des spectres de coercivité se recouvrant. Ces situations ont été enregistrées respectivement en présence d'un Ti-magnétite primaire, et en présence simultanée de Ti-magnétite et de phases magnétiques secondaires (Ti-magnétite altérée et / ou hématite). La fabrique AMS varie verticalement dans le dépôt, en fonction de l'angle entre la direction de la linéation magnétique K1 et du pôle de la foliation magnétique K3, trois types de fabriques ont été caractérisées : normale, oblique et transversale. Après avoir démontré l’origine primaire de la fabrique magnétique, l'AMS a été accentuée par élimination des échantillons caractérisés par des valeurs de densité différentes de plus de ±} 1σ de la valeur moyenne du site. Cette opération s'est traduite par l'élimination des fabriques obliques, qui sont interprétées par la présence locale de fragments de ponces et clastes lithiques dans les échantillons. Les données d'AIRM et AARM indiquent que la Ti-magnétite MD est le principal minéral magnétique porteur de la fabrique, ce que suggère que la fabrique magnétique peut être utilisée pour déterminer les directions d'écoulement. L’examen de la succession ignimbritique d’âge Miocène précoce-Miocène supérieur, exposée sur une zone de ≈14 300 km2 dans la région d'Afyon-Eskişehir, a consisté en une étude stratigraphique-sédimentologique et de magnétisme des roches, afin de localiser la source des ignimbrites en combinant les données du terrain avec les directions de fabrique magnétique. La mesure des sections stratigraphiques, qui ont été réalisées pour 76 localités, conduit aux corrélations stratigraphiques et à la production de cartes d'isopaques et d'isoplètes. La succession ignimbritique est constituée d'au moins trois éruptions majeures distinctes qui ont produit les ignimbrites de Incik, Sabuncu et Seydiler, différentes en âge, distribution, structure et caractéristiques texturales des dépôts. L’étude magnétique consistait en analyses de la minéralogie magnétique et de la fabrique magnétique (AMS et AIRM), qui a été déterminée pour 22 localités sur un total de 36 sites à différentes hauteurs stratigraphiques, soit 600 spécimens. Les données de terrain et les résultats de la fabrique magnétique indiquent deux zones sources. La source des ignimbrites de Incik et Sabuncu est identifiée dans la caldeira de Kırka, une vaste zone de ≈ 20 x 20 km de diamètre, où la présence d'un dôme résurgent a été détectée. La source de l'ignimbrite de Seydiler est identifiée à proximité du village de Bayat. (...)


  • Résumé

    This research exploits a combination of field, paleomagnetic and rock-magnetic techniques to correlate locate the source and investigate several ignimbrites from two selected regions of Turkey, belonging to two large silicic ignimbrite systems : the well-investigated Cappadocia region (central Anatolia) and the poorly studied Afyon-Eskişehir region (western Anatolia). Investigation of the Upper Miocene Kızılkaya ignimbrite (Cappadocia region) consisted in a stratigraphic rock-magnetic study of the ignimbrite unit, which is considered to be a single flow and cooling unit. Remanent magnetization, magnetic fabric (AMS, AIRM and AARM) and magnetic mineralogy investigations were performed at 35 sites in 7 areal distributed localities at different distance from the vent position inferred by Le Pennec et al. (1998) and different stratigraphic heights, for a total of 444 specimens. Magnetic remanences are not vertically homogenous through the deposits. Two cases are distinguished: (1) a stable TRM, whose direction is consistent with previous literature data (Piper et al., 2002) and (2) two magnetization components with overlapping blocking temperature and coercivity spectra. These situations have been referred respectively to the occurrence of only primary Ti-magnetite, and primary Timagnetite plus secondary magnetic phases (alterated Timagnetite and/or hematite). The AMS fabric varies vertically throughout the deposit; based on the angle between the direction of the magnetic lineation K1 and that of the foliation plunge K3, three types of fabric are evidenced: normal, oblique and transverse. After have attested a primary origin of the magnetic fabric, the AMS was firstly enhanced by discarding all specimens whose density values differ more than +/- 1σ from the site mean value. This resulted in the elimination of the oblique fabrics, which are interpreted as an orientation disturbance due to local occurrence of pumices and lithic clasts in the specimens. Measurement of the AIRM and AARM pointed out that MD Timagnetite is the main carrier of the fabric, which suggests that the magnetic fabric is a reliable proxy for flow directions. Investigation of the Early-Upper Miocene ignimbrite succession exposed in the region of Afyon- Eskişehir consisted in a stratigraphic-sedimentologic and rock-magnetic study of the ignimbrite deposits over a ≈14,300 km2 extended area, in order to locate the source by combining field data and magnetic fabric flow directions. Measurement of the stratigraphic sections, performed at 76 distributed localities, led to ignimbrite correlations and production of isopach and isopleth maps. The ignimbrite succession consists of at least three distinct eruptions that originated the Incik, Sabuncu and Seydiler ignimbrites, different for age, areal distribution, structure and textural features of the deposits. Magnetic investigation consisted in magnetic mineralogy and magnetic fabric analyses (AMS and AIRM), was performed at 22 distributed localities for a total of 36 sites at different stratigraphic heights and 600 specimens. Both field data and magnetic fabric results concur for two source areas. The source area of the Incik and Sabuncu ignimbrites is identified with the Kırka caldera, a ≈20 x 20 km extended area where the presence of a resurgent dome has been detected; source area of the Seydiler ignimbrite is identified in the proximity of the village of Bayat. Volume calculations based on field data pointed out a VEI index of 7 for the Incik and Seydiler ignimbrite, 6 for Sabuncu ignimbrite, evidencing Plinian eruptions; the correspondent magnitude M (Pyle, 2000) is greater than 7 for each ignimbrite.


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