Geochemical fingerprints of mantle metasomatism beneath the Massif Central, France

• Auteur / Autrice : Stéphanie Touron
• Direction : Jean-Yves Cottin, William L. Griffin, Suzanne O'Reilly, Christophe Renac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géologie. Géochimie
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Saint-Etienne en cotutelle avec Sydney, Macquarie University

Mots clés

Mots clés contrôlés

Péridotite

Métamorphisme (géologie)

Massif central (France)

Métasomatisme

Résumé

L'histoire géologique du Massif Central est complexe, débutant à l'Hercynien, se poursuit au Cénozoïque par la remontée d'une intumescence thermique jusqu'au Tertiaire-Quaternaire par la mise en place de provinces volcaniques. Ces phénomènes ont été observés dans les péridotites. Les xénolites du Devès et du Velay Oriental montrent une grande variabilité texturale et modale pouvant ou non contenir des indices d'intéraction, entre des fluides externes et les péridotites, caractérisés par la présence de phases hydroxylées, carbonatées et des verres. Les péridotites présentent une grande variation des teneurs en éléments traces au sein même d'une seule localité voire au sein d'un seul échantillon. Ceci n'est pas lié à la microstructure, ni à la profondeur lithosphérique de provenance (de 27 à 54 km pour des temperatures de 800 à 1050°C). Les amphiboles montrent un enrichissement croissant avec leur teneur modale. Les liquides en équilibre recalculés à partir des minéraux porteurs d'éléments traces montrent que ces roches sont en équilibre avec des magmas alcalins différents des laves hôtes. Les péridotites appauvries en LREE sont compatibles avec un modèle de fusion (< 5 % de taux de fusion). Les compositions isotopiques en O des silicates montrent des déséquilibres au sein même d'un échantillon. Ceci suggère la percolation d'un ou plusieurs fluides avec une plus lourde valeur isotopique. Les rapports isotopiques du Sr, Nd et Hf des cpx et amp suggèrent que le métasomatisme est caractérisé par l'existence de mélanges entre une source type manteau appauvri (DM) et une plus enrichie (type HIMU, EAR), indiquant que la composition du panache n'est pas homogène.

The geological history of the Massif Central is complex, starting at the Hercynian time, continuing during the Cenozoic time with a mantle upwelling until Tertiary-Quaternary times with volcanic provinces emplacement. These processes can be observed in xenoliths. Peridotites from Devès and Velay Oriental display a large range of microstructure, modal compositions and can contain volatile bearing-phases, carbonated phase and glass, providing evidence for percolation and interaction between fluids and peridotites. They display large variations in trace-element contents within a same locality, even within a single sample. These variations cannot be correlated with microstructures, nor with the lithospheric depth of origin from about 27 to 54 km as estimated from equilibrium temperatures (800 to 1050°C). Amphibole shows an increasing enrichment in trace elements with their modal content. The calculated liquids in equilibrium with trace-element host minerals showed that the xenoliths are in equilibrium with alkali type magmas different from alkali host lavas. The depleted samples would require less than 5 % melting to be compatible with partial melting model. Isotopic compositions in O of silicates indicate disequilibria within a single sample, suggesting percolation of one or more fluids with a heavier O isotopic composition than the host peridotites. The isotopic compositions in Sr, Nd and Hf of cpx and amp show that the metasomatism affecting the peridotites is characterized by mixing between two sources: a depleted mantle type (DM) and an enriched mantle type (HIMU, EAR). The plume beneath the Massif Central is heterogeneous, explained by its complex geological history