The rôle of the Pacific subduction in the genesis of Cenozoic basalts in eastern China : New constrains from water content and oxygen isotope composition

par Huan Chen

Thèse de doctorat en Mécanique, Énergétique et Sciences des matériaux

Sous la direction de Jannick Ingrin et de Qunke Xia.

  • Titre traduit

    Le rôle de la subduction Pacifique sur la genèse des basaltes Cenozoïcs de l'est chinois : nouveaux apports de la composition en eau et en isotopes de l'oxygène


  • Résumé

    Cette étude met en évidence le rôle de la subduction Pacifique dans la genèse des basaltes est- chinois à l’aide de la mesure de leur teneur en eau par infrarouge en transformé de Fourier (IRTF) et de leur composition isotopique en oxygène analysée par sonde ionique (SIMS). Les valeurs en δ18O des phénocristaux de clinopyroxènes (cpx) des basaltes de Shuangliao, varient entre 4.10‰ et 6.73‰. Elles suggèrent la présence d’une croûte océanique recyclée (ROC) dans la source magmatique. La forte valeur de la concentration en H2O et du rapport H2O/Ce de la source magmatique (0.90-3.06 pds.%, 158-737), suggère également la contribution de sédiments riches en eau à la source. Par contre, les basaltes de Wulanhada ont une teneur en eau nettement plus faible (0.21-0.69 pds.%). Leur δ18O élevé (5.49-7.38 ‰) et la corrélation du rapport H2O/Ce avec 87Sr/86Sr, Ba/Th, Nb/La, Nb/U et Ce/Pb indiquent clairement une contribution de sédiments déshydratés dans la source, en plus de la croûte (ROC). Dans les basaltes de Chaihe-aershan, le δ18O des cpx ainsi que la teneur en H2O initiale du magma varient sur une large gamme (4.27-8.57‰, 0.23-2.70 pds.%). À partir de la comparaison entre le δ18O des phénocristaux de cpx, H2O/Ce, Ba/Th et l’anomalie en Eu en roche totale, nous avons clairement identifié trois composantes distinctes dans la source magmatique : une croûte océanique supérieure avec des sédiments marins, une croûte océanique inférieure gabbroïque altérée et le manteau au voisinage de la source. Les mesures faites sur les basaltes ultra potassiques de Xiaogulihe révèlent des teneurs en H2O et des rapport H2O/Ce faibles (0.36-0.50 pds.%, ~15). Les valeurs en δ18O des phénocristaux d’olivine de ces basaltes, couplées à des valeurs basses en 206Pb/204Pb et relativement hautes en 87Sr/86Sr de la roche, suggèrent que l’origine de ces basaltes est très probablement liée à la présence de sédiments anciens fortement déshydratés, riches en potassium.


  • Résumé

    This work is focused on the role of the Pacific subduction on the genesis of the Cenozoic continental basalts in eastern China, based on the approaches of the water contents (analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR)) and oxygen isotope compositions ( analyzed by Secondary ion mass spectrometry (SIMS)).The δ18O values of cpx phenocrysts in the Shuangliao basalts range from 4.10‰ to 6.73‰, which provides a strong evidence for the contribution of recycled oceanic crust (ROC) in the mantle source. Combined with the high H2O content and H2O/Ce ratios of the “primary” magma (0.90-3.06 wt.%, 158-737), the contribution of water-rich sediment component has also been suggested. Unlike the Shuangliao basalts, the Wulanhada basalts have lower H2O contents (0.21-0.69 wt.%). The high oxygen isotope compositions (5.49-7.38 ‰) and the correlations of H2O/Ce with 87Sr/86Sr, Ba/Th, Nb/La, Nb/U and Ce/Pb ratios indicate that the contributions of a significantly dehydrated sediments and ROC to the mantle source. In Chaihe-aershan basalts, the δ18O values of cpx phenocrysts and the H2O contents of “primary” magmas vary widely (4.27-8.57‰, 0.23-2.70 wt.%).Three components (altered upper oceanic crust and marine sediments, altered lower gabbroic oceanic crust, ambient mantle) have been identified in the mantle source based on the relations between δ18O values of the cpx phenocrysts, H2O/Ce and Ba/Th ratios and the Eu anomaly of bulk rock. For the Xiaogulihe ultrapotassic volcanic rocks, the estimated H2O contents and H2O/Ce ratios are low (0.36-0.50 wt%, ~15). Combined with the high δ18O values of olivine phenocrysts, the low 206Pb/204Pb ratios and moderately high 87Sr/86Sr ratios of the bulk rock, we concluded that highly dehydrated ancient sediments could be a most likely candidate for the K-rich component in the mantle source.


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