Formation of chlorite during thrust fault reactivation. Record of fluid origin and P-T conditions in the Monte Perdido thrust fault (southern Pyrenees)

The chemical and isotopic compositions of clay minerals such as illite and chlorite are commonly used to quantify diagenetic and low-grade metamorphic conditions, an approach that is also used in the present study of the Monte Perdido thrust fault from the South Pyrenean fold-and-thrust belt. The Monte Perdido thrust fault is a shallow thrust juxtaposing upper Cretaceous-Paleocene platform carbonates and Lower Eocene marls and turbidites from the Jaca basin. The core zone of the fault, about 6 m thick, consists of intensely deformed clay-bearing rocks bounded by major shear surfaces. Illite and chlorite are the main hydrous minerals in the fault zone. Illite is oriented along cleavage planes while chlorite formed along shear veins (< 50 mu m in thickness). Authigenic chlorite provides essential information about the origin of fluids and their temperature. delta O-18 and delta D values of newly formed chlorite support equilibration with sedimentary interstitial water, directly derived from the local hanging wall and footwall during deformation. Given the absence of large-scale fluid flow, the mineralization observed in the thrust faults records the P-T conditions of thrust activity. Temperatures of chlorite formation of about 240A degrees C are obtained via two independent methods: chlorite compositional thermometers and oxygen isotope fractionation between cogenetic chlorite and quartz. Burial depth conditions of 7 km are determined for the Monte Perdido thrust reactivation, coupling calculated temperature and fluid inclusion isochores. The present study demonstrates that both isotopic and thermodynamic methods applied to clay minerals formed in thrust fault are useful to help constrain diagenetic and low-grade metamorphic conditions.

Early Variscan I-type pluton in the pre-Alpine basement of the Western Alps: The ca. 360 Ma Cogne diorite (NW-Italy)

Located at the internal border of the Grand-Saint-Bernard Zone, the diorite and its aureole lie on top of intensively studied Alpine eclogitic units but this pluton, poorly studied yet, has kept locally almost undeformed. The pluton intruded, at similar to 360 Ma, country-rocks mostly composed of dark shales with Na2O > K2O and minor mafic intercalations of tholeiitic basalt affinity. This association is characteristic of the Vanoise (France) basement series, where available age determinations suggest an Early Paleozoic age. Parts of the pluton, and of its hornfels aureole that is evidenced here for the first time, in the Punta Bioula section of Valsavaranche valley (NW-Italy), have been well-preserved from the Alpine deformation. Syn-emplacement hardening, dehydration-induced, probably prevented strain-enhanced Alpine recrystallization. Magmatic rock-types range continuously from subordinate mafic types at SiO2 similar to 48%, of hornblendite with cumulative or appinite affinities, to the main body of quartz diorite to quartz monzonite (SiO2 up to 62%). P-T estimates for the pluton emplacement, based on the abundance of garnet in the hornfelses, using also zircon and apatite saturation thermometry and Al-in-hornblende barometry, suggest T similar to 800-950 degrees C and minimum P in the 0.2-0.5 GPa range, with records of higher pressure conditions (up to 1-2 GPa?) in hornblendite phlogopite-cored amphibole. The high-K, Na > K, calcalkaline geochemistry is in line with a destructive plate-margin setting. Based on major element data and radiogenic isotope signature (epsilon Nd-360 Ma from -1.2 to + 0.9, Sr-87/Sr-86(360 MA) from 0.7054 to 0.7063), the parental magmas are interpreted in terms of deep-seated metabasaltic partial melts with limited contamination from shallower sources, the low radiogenic Nd-content excluding a major contribution from Vanoise tholeiites. There is no other preserved evidence for Variscan magmatism of similar age and composition in the Western Alps, but probable analogs are known in the western and northern parts of French Massif Central. Regarding the Alpine tectonics, not only the age of the pluton and its host-rocks (instead of the Permo-Carboniferous age previously believed), but also its upper mylonitic contact, suggest revisions of the Alpine nappe model. The Cogne diorite allegedly constituted the axial part of the E-verging ``pli en retour [backfold] du Valsavaranche'', a cornerstone of popular Alpine structural models: in fact, the alleged fold limbs, as attested here by field and geochemical data, do not belong to the same unit, and the backfold hypothesis is unfounded. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Preservation of an extreme transient geotherm in the Raft River detachment shear zone

Extensional detachment systems separate hot footwalls from cool hanging walls, but the degree to which this thermal gradient is the product of ductile or brittle deformation or a preserved original transient geotherm is unclear. Oxygen isotope thermometry using recrystallized quartz-muscovite pairs indicates a smooth thermal gradient (140 degrees C/100 m) across the gently dipping, quartzite-dominated detachment zone that bounds the Raft River core complex in northwest Utah (United States). Hydrogen isotope values of muscovite (delta D-Ms similar to-100 parts per thousand) and fluid inclusions in quartz (delta D-Fluid similar to-85 parts per thousand) indicate the presence of meteoric fluids during detachment dynamics. Recrystallized grain-shape fabrics and quartz c-axis fabric patterns reveal a large component of coaxial strain (pure shear), consistent with thinning of the detachment section. Therefore, the high thermal gradient preserved in the Raft River detachment reflects the transient geotherm that developed owing to shearing, thinning, and the potentially prominent role of convective flow of surface fluids.

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé grand public Comme toute matière, la roche est sensible à son environnement et cherche à s'adapter pour acquérir un état stable (état d'équilibre). Les changements des conditions physiques (température et pression) vont ainsi impliquer des modifications dans la roche. Le métamorphisme est l'étude de ces changements. Les minéraux qui constituent la roche peuvent modifier, leur structure, leur chimie ou être remplacer par d'autres minéraux plus stables. Il est ainsi crucial de déterminer les processus responsables et limitant de la croissance minérale. Trois processus permettent la croissance ; (1) la dissolution des éléments du réactant, (2) le transport de ces éléments vers le site de croissance, (3) l'incorporation de ces éléments dans la nouvelle structure. Cette thèse se focalise sur les structures des minéraux de haute pression (forme, zonation chimique, structure interne) pour essayer de déterminer les facteurs importants à l'origine de leur état final. Les zones d'étude se situent dans la zone de Sésia. La première partie traite de la problématique liée à l'incorporation d'un élément dans une structure minérale. A l'image de la croissance humaine, les irrégularités minéralogiques permettent de mettre en lumière un dysfonctionnement de la croissance due à un excès ou à une carence d'un élément. Bien dosé, cet élément est cependant essentiel à la croissance. Les zoisites (épidotes) des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent une zonation chimique en sablier. Dans cette zonation la teneur en fer excède la capacité maximum que peut contenir la structure orthorhombique de la zoisite. Des défauts de structure permettent l'accommodation de cet excès. La zoisite peut ainsi adapter sa structure pour permettre l'incorporation d'une relativement grande quantité de fer. Les études précédentes montraient, pour des conditions similaires, la formation de deux épidotes distinctes. La deuxième partie se penche sur la compétition entre le minéral qui fait sa croissance et les minéraux (réactants) qui l'entourent. Les métapélites de la région du Monte Mucrone contiennent des grenats atollaires. Des études détaillées de la texture et de la zonation chimique du grenat ainsi qu'une modélisation thermodynamique ont permis de mieux cerner les facteurs importants responsables de la forme atollaire. Cette structure est obtenue par un changement du comportement de la croissance du grenat le long d'un chemin P-T hercynien. Dans un premier stade, le grenat croît rapidement et consume peu le quartz de la matrice. La croissance se fait ainsi le long des jointures des grains de quartz. Dans un second temps, les changements de conditions PT donnent une croissance lente du grenat et une forte consommation du quartz. Le grenat peut ainsi développer sa forme dodécaédrale classique. La troisième partie s'intéresse aux distances de transport par diffusion d'un élément (ici l'argon) durant la haute pression. Pour ce faire, un profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotite a été mesuré depuis un veine de haute pression riche en argon jusque dans son encaissant (granitoïd du Monte Mucrone). Le profile montre une répartition des âges suivant une courbe de diffusion. Le transport se fait sur une longueur de deux centimètre avec l'aide d'un fluide. Il est réduit à une échelle millimétrique quand la phase fluide disparaît. Cette étude montre ainsi les difficultés de transport des éléments durant la haute pression ne permettant pas un rééquilibrage de la roche à grande échelle. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé de thèse Les processus de croissance (diffusion des éléments et les réactions d'interface) et les conditions dans lesquelles les minéraux grandissent (température, pression, fluide, composition chimique de la roche), déterminent la texture ainsi que la zonation des minéraux. Cette thèse se focalise, par le biais de textures peu communes, sur trois différents processus impliqués dans la croissance minérale à haute pression (Zone de Sésia, Alpes de l'Ouest, Italie). L'incorporation d'un élément dans une structure minérale ne peut se faire que dans des sites en accord avec la taille et la charge ionique de l'élément. De plus, la balance de charge doit être maintenue dans le minéral. La régularité de la structure cristalline fixe ainsi une limite maximum de concentration d'un élément donné. Les zoisites provenant des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent des zonations en sablier caractérisées par une concentration anormale en fer. La zonation se marque par une différente teinte de biréfringence et par un plus grand angle d'extinction que le reste de la zoisite. Une inter-croissance de clinozoisite à l'intérieur de la structure orthorhombique de la zoisite peut ainsi être suspectée. Les analyses XRD (diffraction des rayons x) ainsi que les analyses Raman ne confirment pas cette suspicion. Seules les analyses TEM (microscope à électrons transmis) montrent des défauts de structure pouvant être interprétés comme des modules de clinozoisite. Ils ne peuvent cependant pas être considérés comme une phase thermodynamique. Un nouveau trou d'immiscibilité entre deux zoisite (X ep= 0.1 and Xep = 0.15) a ainsi pu être établi. Dans les métapélites la région du Monte Mucrone, des grenats fortement zonés montrent une évolution texturale singulière. Ils présentent une forme initiale de `champignon' qui se développe pour former une structure atollaire finale. L'étude conjuguée de la structure 3D et des zonations, ainsi que l'établissement d'un model thermodynamique, indiquent que ces structures proviennent de deux épisodes de croissances : (1) La croissance du grenat durant un chemin prograde hercynien (de 525 °C et 6.2 kbar à 640 °C et 9 kbar) permet la formation des textures atollaires. Elles sont le résultat d'une croissance poecilitique initiale suivie d'une croissance idiomorphique du grenat. (2) La structure est rendue plus complexe par la cristallisation d'un grenat homogène tout autour ainsi qu'à l'intérieur du grenat hercynien durant la haute pression alpine (550 °C and 20 kbar). L'arrivée de l'eau durant la haute pression facilite le transport d'éléments et permet une cristallisation rapide du grenat. La diffusion peut être un facteur limitant de la croissance minéralogique. Elle a aussi une grande importance pour la géochronologie. Une veine de haute pression à l'intérieur du granitoïde du Monte Mucrone a été étudiée dans le but de déterminer la distance de diffusion de l'argon. Le profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotites, établi de la veine vers le métagranitoïde, suit une courbe de diffusion. Les âges sont élevés proche de la veine (800 Ma) puis décroissent jusqu'à des âges homogènes (170-150 Ma) à deux centimètres de la veine. La présence de fluide, marqué par de hautes concentrations en chlore, permet une diffusion centimétrique. Cependant, la distance est réduite à une échelle millimétrique quand le fluide est absent. Les très faibles distances de diffusion préservent les âges pré-alpins et impliquent un événement géologique pour les âges de 170-150 Ma. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Thesis abstract Rock textures and zonings are the consequence of growth processes (element diffusion and interface reaction) steered by the environment in which they grew (pressure, differential stress, temperature, fluid and rock composition). The thesis presented here focuses on three different topics, each of it dealing with aspects of mineral growth processes during subduction, in a high-pressure environment. All studies were conducted in the Sesia Zone of the Western European Alps, Italy. The first study addresses the crystallography and geochemistry of element incorporation in zoisite, one of the major hydrous minerals found in subduction zone rocks. Elements can be incorporated into a mineral structure only on crystallographic sites that offer enough space for the ion and the overall charge balance has to be maintained. Element concentrations are hence limited. Incorporation of some elements produces complex zoning, including hourglass like patterns, which are the focus of the first contribution. Zoisites from Cima di Bonze (Sesia Zone) show spectacular hourglass zoning defined by Fe-content variations. The hourglass zones have a distinct birefringence and a different extinction angle than the regular part of the zoisite. We show by detailed XRD (X-ray diffraction) and confocal Raman analyses that the high Fe-zones are nevertheless zoisite, and not clinozoisite as one might expect. High resolution TEM (transmission electron microscopy) analyses show planar defects on (100) that can be interpreted as small-scale clinozoisite modules. However, these clinozoisites cannot be interpreted as a distinctive thermodynamic phase and the entire mineral has to be considered as zoisite. The miscibility gap between two zoisites (Xep = 0.1 and Xep = 0.15) can be then definite at 550 ± 50°C and 14 to 20 Kbar. Strongly zoned garnets in quartz rich metapelite from the Monte Mucrone area (Sesia Zone) show evolution form 3D mushroom to atoll structure. The second contribution presents textural investigations, garnet zoning and thermodynamic modeling that demonstrate that atoll garnets are the result of two distinctive growth events. (1) Garnet atoll structure is already formed during a prograde Hercynian path from 525 °C and 6.2 kbar to 640 °C and 9 kbar. It results in an initial poikilitic growth followed by a final idiomorphic growth event. (2) Alpine HP garnet are homogenous (550 °C and 20 kbar) and grew around and also inside the Hercynian garnet. Lack of prograde Alpine garnet and fast growth of the HP garnet is explained by the absence of water during much of the prograde path. Water saturation was only observed towards the end, close towards the peak metamorphic conditions. Diffusion could be a limiting factor for crystal growth. It has also a great importance in geochronology. HP vein inside the metagranitoide of the Monte Mucrone (~300 Ma) was investigated to determine argon diffusion scales during high-pressure metamorphism. 40Ar/39Ar biotite ages profile from the vein toward the metagranodiorite show a diffusion curve: old ages (800 Ma) located close to the vein decrease until homogenous 170-150 Ma ages are obtained, two centimeter away from the vein. Centimeter-scale diffusion occurs with help of a fluid phase marked by high chlorine concentrations. Argon diffusion is reduced to a millimeter scale when free fluid is absent. Very short diffusion distance permits to preserve pre-Alpine ages. The 170-150 Ma ages are considered to be geologic meaningful, probably resulting from the extensional tectonics linked to opening of the Tethian ocean.

Volatile transport during the crystallization of anatectic melts: Oxygen, boron and hydrogen stable isotope study on the metamorphic complex of Naxos, Greece

Crystallization of anatectic melts in high-temperature metamorphic terrains releases volatile-rich magmas that can be transported into adjacent lithologies. This study addresses the variations in the oxygen, boron and hydrogen isotopic composition of aplite-pegmatite dikes that formed during the crystallization of anatectic melts in regional high-temperature metamorphism on the island of Naxos, Greece, and propagated upward into the overlying sequences of metamorphic schist. The transport distance of these dikes was increased through a significant horizontal component of travel that was imposed by contemporaneous low-angle extensional shearing. Laser fluorination oxygen isotope analyses of quartz, tourmaline, garnet, and biotite mineral separates from the aplite-pegmatite dikes show a progressive rise in delta(18)O values with increasing distance from the core. Oxygen isotope fractionations among quartz, tourmaline, and garnet show temperature variations from > 700degreesC down to similar to400degreesC. This range is considered to reflect isotopic fractionation beginning with crystallization at high temperatures in water-undersaturated conditions and then evolving through lower temperature crystallization and retrograde sub-solidus exchange. Two processes are examined for the cause of the progressive increase in delta(18)O values: (1) heterogeneous delta(18)O sources and (2) fluid-rock exchange between the aplite/pegmatite magmas and their host rock. Although the former process cannot be ruled out, there is as yet no evidence in the exposed sequences on Naxos for the presence of a suitable high delta(18)O magma source. In contrast, a tendency for the delta(18)O of quartz in the aplite/pegmatite dikes to approach that of the quartz in the metamorphic rock suggests that fluid-rock exchange with the host rock may potentially be an important process. Advection of fluid into the magma is examined based on Darcian fluid flow into an initially water-undersaturated buoyantly propagating aplitic dike magma. It is shown that such advective flow could only account for part of the O-18-enrichment, unless it were amplified by repeated injection of magma pulses, fluid recycling, and deformation-assisted post-crystallization exchange. The mechanism is, however, adequate to account for hydrogen isotope equilibration between dike and host rock. In contrast, variations in the delta(11)B values of tourmalines suggest that B-11/B-10 fractionation during crystallization and/or magma degassing was the major control of boron geochemistry rather than fluid-rock interaction and that the boron isotopic system was decoupled from that of oxygen. Copyright (C) 2003 Elsevier Ltd.

Origin of mineralizing fluids of the sediment-hosted Navachab gold mine, Namibia: Constraints from stable (O, H, C, S) isotopes

The Navachab gold mine in the Damara belt of central Namibia is characterized by a polymetallic Au-Bi-As-Cu-Ag ore assemblage, including pyrrhotite, chalcopyrite, sphalerite, arsenopyrite, bismuth, gold, bismuthinite, and bismuth tellurides. Gold is hosted by quartz sulfide veins and semimassive sulfide lenses that are developed in a near-vertical sequence of shelf-type metasedimentary rocks, including marble, calcsilicate rock, and biotite schist. The sequence has been intruded by abundant syntectonic lamprophyre, aplite, and pegmatite dikes, documenting widespread igneous activity coeval with mineralization. The majority of quartz from the veins has delta(18)O values of 14 to 15 per mil (V-SMOW). The total variations in delta(18)O values of the biotite schist and calcsilicate rock are relatively small (12-14 parts per thousand), whereas the marble records steep gradients in delta(18)O values (17-21 parts per thousand), the lowest values being recorded at the vein margins. Despite this, there is no correlation between delta(18)O and delta(13)C values and the carbonate content of the rocks, indicating that fluid-rock interaction alone cannot explain the isotopic gradients. In addition, the marble records increased delta(13)C values at the contact to the veins, possibly related to a change in the physicochemical conditions during fluid-rock interaction. Gold is interpreted to have precipitated in equilibrium with metamorphic find (delta(18)O 12-14 parts per thousand; delta D = -40 to -60 parts per thousand) at peak metamorphic conditions of ca. 550 degrees C and 2 kbars, consistent with isotopic fractionations between coexisting calcite, garnet, and clinopyroxene in the alteration halos. The most likely source of the mineralizing fluid was a midcrustal fluid in equilibrium with the Damaran metapelites that underwent prograde metamorphism at amphibolite- to granulite-facies grades. Although there is no isotopic evidence for the contribution of magmatic fluids, they may have been important in contributing to the overall hydraulic regime and high apparent geothermal gradients (ca. 80 degrees C/km(-1)) in the mine area.

Heterogeneous 40Ar* distributions in naturally deformed muscovite: in situ UV-laser ablation evidence for micro structurally controlled intragrain diffusion

Micas are commonly used in Ar-40/Ar-39 thermochronological studies of variably deformed rocks yet the physical basis by which deformation may affect radiogenic argon retention in mica is poorly constrained. This study examines the relationship between deformation and deformation-induced microstructures on radiogenic argon retention in muscovite, A combination of furnace step-heating and high-spatial resolution in situ UV-laser ablation Ar-40/Ar-39 analyses are reported for deformed muscovites sampled from a granitic pegmatite vein within the Siviez-Mischabel Nappe, western Swiss Alps (Penninic domain, Brianconnais unit). The pegmatite forms part of the Variscan (similar to 350 Ma) Alpine basement and exhibits a prominent Alpine S-C fabric including numerous mica `fish' that developed under greenschist facies metamorphic conditions, during the dominant Tertiary Alpine tectonic phase of nappe emplacement. Furnace step-heating of milligram quantities of separated muscovite grains yields an Ar-40/Ar-39 age spectrum with two distinct staircase segments but without any statistical plateau, consistent with a previous study from the same area. A single (3 X 5 mm) muscovite porphyroclast (fish) was investigated by in situ UV-laser ablation. A histogram plot of 170 individual Ar-40/Ar-39 UV-laser ablation ages exhibit a range from 115 to 387 Ma with modes at approximately 340 and 260 Ma. A variogram statistical treatment of the (40)Ad/Ar-39 results reveals ages correlated with two directions; a highly correlated direction at 310 degrees and a lesser correlation at 0 degrees relative to the sense of shearing. Using the highly correlated direction a statistically generated (Kriging method) age contour map of the Ar-40/Ar-39 data reveals a series of elongated contours subparallel to the C-surfaces which where formed during Tertiary nappe emplacement. Similar data distributions and slightly younger apparent ages are recognized in a smaller mica fish. The observed intragrain age variations are interpreted to reflect the partial loss of radiogenic argon during Alpine (similar to 35 Ma) greenschist facies metamorphism. One-dirnensional diffusion modelling results are consistent with the idea that the zones of youngest apparent age represent incipient shear band development within the mica porphyroclasts, thus providing a network of fast diffusion pathways. During Alpine greenschist facies metamorphism the incipient shear bands enhanced the intragrain loss of radiogenic argon. The structurally controlled intragrain age variations observed in this investigation imply that deformation has a direct control on the effective length scale for argon diffusion, which is consistent with the heterogeneous nature of deformation. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Nucleation and growth of metamorphic minerals in contact aureoles

THESIS ABSTRACT Nucleation and growth of metamorphic minerals are the consequence of changing P-T-X-conditions. The thesis presented here focuses on processes governing nucleation and growth of minerals in contact metamorphic environments using a combination of geochemical analytics (chemical-, isotope-, and trace element composition), statistical treatments of spatial data, and numerical models. It is shown, that a combination of textural modeling and stable isotope analysis allows a distinction between several possible reaction paths for olivine growth in a siliceous dolomite contact aureole. It is suggested that olivine forms directly from dolomite and quartz. The formation of olivine from this metastable reaction implies metamorphic crystallization far from equilibrium. As a major consequence, the spatial distribution of metamorphic mineral assemblages in a contact aureole cannot be interpreted as a proxy for the temporal evolution of a single rock specimen, because each rock undergoes a different reaction path, depending on temperature, heating rate, and fluid-infiltration rate. A detailed calcite-dolomite thermometry study was initiated on multiple scales ranging from aureole scale to the size of individual crystals. Quantitative forward models were developed to evaluate the effect of growth zoning, volume diffusion and the formation of submicroscopic exsolution lamellae (<1 µm) on the measured Mg-distribution in individual calcite crystals and compare the modeling results to field data. This study concludes that Mg-distributions in calcite grains of the Ubehebe Peak contact aureole are the consequence of rapid crystal growth in combination with diffusion and exsolution. The crystallization history of a rock is recorded in the chemical composition, the size and the distribution of its minerals. Near the Cima Uzza summit, located in the southern Adamello massif (Italy), contact metamorphic brucite bearing dolomite marbles are exposed as xenoliths surrounded by mafic intrusive rocks. Brucite is formed retrograde pseudomorphing spherical periclase crystals. Crystal size distributions (CSD's) of brucite pseudomorphs are presented for two profiles and combined with geochemistry data and petrological information. Textural analyses are combined with geochemistry data in a qualitative model that describes the formation periclase. As a major outcome, this expands the potential use of CSD's to systems of mineral formation driven by fluid-infiltration. RESUME DE LA THESE La nucléation et la croissance des minéraux métamorphiques sont la conséquence de changements des conditions de pression, température et composition chimique du système (PT-X). Cette thèse s'intéresse aux processus gouvernant la nucléation et la croissance des minéraux au cours d'un épisode de métamorphisme de contact, en utilisant la géochimie analytique (composition chimique, isotopique et en éléments traces), le traitement statistique des données spatiales et la modélisation numérique. Il est montré que la combinaison d'un modèle textural avec des analyses en isotopes stables permet de distinguer plusieurs chemins de réactions possibles conduisant à la croissance de l'olivine dans une auréole de contact riche en Silice et dolomite. Il est suggéré que l'olivine se forme directement à partir de la dolomie et du quartz. Cette réaction métastable de formation de l'olivine implique une cristallisation métamorphique loin de l'équilibre. La principale conséquence est que la distribution spatiale des assemblages de minéraux métamorphiques dans une auréole de contact ne peut pas être considérée comme un témoin de l'évolution temporelle d'un type de roche donné, puisque chaque type de roche suit différents chemins de réactions, en fonction de la température, la vitesse de réchauffement et le taux d'infiltration du fluide. Une étude thermométrique calcite-dolomite détaillée a été réalisée à diverses échelles, depuis l'échelle de l'auréole de contact jusqu'à l'échelle du cristal. Des modèles numériques quantitatifs ont été développés pour évaluer l'effet des zonations de croissance, de la diffusion volumique et de la formation de lamelles d'exsolution submicroscopiques (<1µm) sur la distribution du magnésium mesuré dans des cristaux de calcite individuels. Les résultats de ce modèle ont été comparés ä des échantillons naturels. Cette étude montre que la distribution du Mg dans les grains de calcite de l'auréole de contact de l'Ubehebe Peak (USA) résulte d'une croissance cristalline rapide, associée aux processus de diffusion et d'exsolution. L'histoire de cristallisation d'une roche est enregistrée dans la composition chimique, la taille et la distribution de ses minéraux. Près du sommet Cima Uzza situé au sud du massif d'Adamello (Italie), des marbres dolomitiques à brucite du métamorphisme de contact forment des xénolithes dans une intrusion mafique. La brucite constitue des pseudomorphes rétrogrades du périclase. Les distributions de taille des cristaux (CSD) des pseudomorphes de brucite sont présentées pour deux profiles et sont combinées aux données géochimiques et pétrologiques. Les analyses textorales sont combinées aux données géochimiques dans un modèle qualitatif qui décrit la formation du périclase. Ceci élargit l'utilisation potentielle de la C5D aux systèmes de formation de minéraux controlés par les infiltrations fluides. THESIS ABSTRACT (GENERAL PUBLIC) Rock textures are essentially the result of a complex interaction of nucleation, growth and deformation as a function of changing physical conditions such as pressure and temperature. Igneous and metamorphic textures are especially attractive to study the different mechanisms of texture formation since most of the parameters like pressure-temperature-paths are quite well known for a variety of geological settings. The fact that textures are supposed to record the crystallization history of a rock traditionally allowed them to be used for geothermobarometry or dating. During the last decades the focus of metamorphic petrology changed from a static point of view, i.e. the representation of a texture as one single point in the petrogenetic grid towards a more dynamic view, where multiple metamorphic processes govern the texture formation, including non-equilibrium processes. This thesis tries to advance our understanding on the processes governing nucleation and growth of minerals in contact metamorphic environments and their dynamic interplay by using a combination of geochemical analyses (chemical-, isotope-, and trace element composition), statistical treatments of spatial data and numerical models. In a first part the thesis describes the formation of metamorphic olivine porphyroblast in the Ubehebe Peak contact aureole (USA). It is shown that not the commonly assumed succession of equilibrium reactions along a T-t-path formed the textures present in the rocks today, but rather the presence of a meta-stable reaction is responsible for forming the olivine porphyroblast. Consequently, the spatial distribution of metamorphic minerals within a contact aureole can no longer be regarded as a proxy for the temporal evolution of a single rock sample. Metamorphic peak temperatures for samples of the Ubehebe Peak contact aureole were determined using calcite-dolomite. This geothermometer is based on the temperature-dependent exchange of Mg between calcite and dolomite. The purpose of the second part of this thesis was to explain the interfering systematic scatter of measured Mg-content on different scales and thus to clarify the interpretation of metamorphic temperatures recorded in carbonates. Numerical quantitative forward models are used to evaluate the effect of several processes on the distribution of magnesium in individual calcite crystals and the modeling results were then compared to measured field. Information about the crystallization history is not only recorded in the chemical composition of grains, like isotope composition or mineral zoning. Crystal size distributions (CSD's) provide essential information about the complex interaction of nucleation and growth of minerals. CSD's of brucite pseudomorphs formed retrograde after periclase of the southern Adamello massif (Italy) are presented. A combination of the textural 3D-information with geochemistry data is then used to evaluate reaction kinetics and to constrain the actual reaction mechanism for the formation of periclase. The reaction is shown to be the consequence of the infiltration of a limited amount of a fluid phase at high temperatures. The composition of this fluid phase is in large disequilibrium with the rest of the rock resulting in very fast reaction rates. RESUME DE LA THESE POUR LE GRAND PUBLIC: La texture d'une roche résulte de l'interaction complexe entre les processus de nucléation, croissance et déformation, en fonction des variations de conditions physiques telles que la pression et la température. Les textures ignées et métamorphiques présentent un intérêt particulier pour l'étude des différents mécanismes à l'origine de ces textures, puisque la plupart des paramètres comme les chemin pression-température sont relativement bien contraints dans la plupart des environnements géologiques. Le fait que les textures soient supposées enregistrer l'histoire de cristallisation des roches permet leur utilisation pour la datation et la géothermobarométrie. Durant les dernières décennies, la recherche en pétrologie métamorphique a évolué depuis une visualisation statique, c'est-à-dire qu'une texture donnée correspondait à un point unique de la grille pétrogénétique, jusqu'à une visualisation plus dynamique, où les multiples processus métamorphiques qui gouvernent 1a formation d'une texture incluent des processus hors équilibre. Cette thèse a pour but d'améliorer les connaissances actuelles sur les processus gouvernant la nucléation et la croissance des minéraux lors d'épisodes de métamorphisme de contact et l'interaction dynamique existant entre nucléation et croissance. Pour cela, les analyses géochimiques (compositions chimiques en éléments majeurs et traces et composition isotopique), le traitement statistique des données spatiales et la modélisation numérique ont été combinés. Dans la première partie, cette thèse décrit la formation de porphyroblastes d'olivine métamorphique dans l'auréole de contact de l'Ubehebe Peak (USA). Il est montré que la succession généralement admise des réactions d'équilibre le long d'un chemin T-t ne peut pas expliquer les textures présentes dans les roches aujourd'hui. Cette thèse montre qu'il s'agirait plutôt d'une réaction métastable qui soit responsable de la formation des porphyroblastes d'olivine. En conséquence, la distribution spatiale des minéraux métamorphiques dans l'auréole de contact ne peut plus être interprétée comme le témoin de l'évolution temporelle d'un échantillon unique de roche. Les pics de température des échantillons de l'auréole de contact de l'Ubehebe Peak ont été déterminés grâce au géothermomètre calcite-dolomite. Celui-ci est basé sur l'échange du magnésium entre la calcite et la dolomite, qui est fonction de la température. Le but de la deuxième partie de cette thèse est d'expliquer la dispersion systématique de la composition en magnésium à différentes échelles, et ainsi d'améliorer l'interprétation des températures du métamorphisme enregistrées dans les carbonates. Des modèles numériques quantitatifs ont permis d'évaluer le rôle de différents processus sur la distribution du magnésium dans des cristaux de calcite individuels. Les résultats des modèles ont été comparés aux échantillons naturels. La composition chimique des grains, comme la composition isotopique ou la zonation minérale, n'est pas le seul témoin de l'histoire de la cristallisation. La distribution de la taille des cristaux (CSD) fournit des informations essentielles sur les interactions entre nucléation et croissance des minéraux. La CSD des pseudomorphes de brucite retrograde formés après le périclase dans le sud du massif Adamello (Italie) est présentée dans la troisième partie. La combinaison entre les données textorales en trois dimensions et les données géochimiques a permis d'évaluer les cinétiques de réaction et de contraindre les mécanismes conduisant à la formation du périclase. Cette réaction est présentée comme étant la conséquence de l'infiltration d'une quantité limitée d'une phase fluide à haute température. La composition de cette phase fluide est en grand déséquilibre avec le reste de la roche, ce qui permet des cinétiques de réactions très rapides.

The magmatic to hydrothermal evolution of the intrusive Mont Saint-Hilaire Complex: Insights into the late-stage evolution of peralkaline rocks

The Cretaceous Mont Saint-Hilaire complex (Quebec, Canada) comprises three major rock units that were emplaced in the following sequence: (I) gabbros; (II) diorites; (III) diverse partly agpaitic foid syenites. The major element compositions of the rock-forming minerals, age-corrected Nd and oxygen isotope data for mineral separates and trace element data of Fe-Mg silicates from the various lithologies imply a common source for all units. The distribution of the rare earth elements in clinopyroxene from the gabbros indicates an ocean island basalt type composition for the parental magma. Gabbros record temperatures of 1200 to 800 degrees C, variable silica activities between 0 center dot 7 and 0 center dot 3, and f(O2) values between -0 center dot 5 and +0 center dot 7 (log delta FMQ, where FMQ is fayalite-magnetite-quartz). The diorites crystallized under uniform a(SiO2) (a(SiO2) = 0 center dot 4-0 center dot 5) and more reduced f(O2) conditions (log delta FMQ similar to-1) between similar to 1100 and similar to 800 degrees C. Phase equilibria in various foid syenites indicate that silica activities decrease from 0 center dot 6-0 center dot 3 at similar to 1000 degrees C to < 0 center dot 3 at similar to 550 degrees C. Release of an aqueous fluid during the transition to the hydrothermal stage caused a(SiO2) to drop to very low values, which results from reduced SiO(2) solubilities in aqueous fluids compared with silicate melts. During the hydrothermal stage, high water activities stabilized zeolite-group minerals. Fluid inclusions record a complex post-magmatic history, which includes trapping of an aqueous fluid that unmixed from the restitic foid syenitic magma. Cogenetic aqueous and carbonic fluid inclusions reflect heterogeneous trapping of coexisting immiscible external fluids in the latest evolutionary stage. The O and C isotope characteristics of fluid-inclusion hosted CO(2) and late-stage carbonates imply that the surrounding limestones were the source of the external fluids. The mineral-rich syenitic rocks at Mont Saint-Hilaire evolved as follows: first, alkalis, high field strength and large ion lithophile elements were pre-enriched in the (late) magmatic and subsequent hydrothermal stages; second, percolation of external fluids in equilibrium with the carbonate host-rocks and mixing processes with internal fluids as well as fluid-rock interaction governed dissolution of pre-existing minerals, element transport and precipitation of mineral assemblages determined by locally variable parameters. It is this hydrothermal interplay between internal and external fluids that is responsible for the mineral wealth found at Mont Saint-Hilaire.

Geometry, petrology and growth of a shallow crustal laccolith : the Torres del Paine Mafic Complex (Patagonia)

1. ABSTRACTS - RÉSUMÉSSCIENTIFIC ABSTRACT - ENGLISH VERSIONGeometry, petrology and growth of a shallow crustal laccolith: the Torres del Paine Mafi c Complex (Patagonia)The Torres del Paine intrusive complex (TPIC) is a composite mafic-granitic intrusion, ~70km2, belonging to a chain of isolated Miocene plutons in southern Patagonia. Their position is intermediate between the Mesozoic-Cenozoic calc-alkaline subduction related Patagonian batholith in the West and the late Cenozoic alkaline basaltic back-arc related plateau lavas in the East. The Torres del Paine complex formed during an important reconfiguration of the Patagonian geodynamic setting, with a migration of magmatism from the arc to the back-arc, possibly related to the Chile ridge subductionThe complex intruded the flysch of the Cretaceous Cerro Toro and Punta Barrosa Formations during the Miocene, creating a well-defined narrow contact aureole of 200-400 m width.In its eastern part, the Torres del Paine intrusive complex is a laccolith, composed of a succession of hornblende-gabbro to diorite sills at its base, with a total thickness of ~250m, showing brittle contacts with the overlying granitic sills, that form spectacular cliffs of more than 1000m. This laccolith is connected, in the western part, to its feeding system, with vertical alternating sheets of layered gabbronorite and Hbl-gabbro, surrounded and percolated by diorites. ID-TIMS U-Pb on zircons on feeder zone (FZ) gab- bros yield 12.593±0.009Ma and 12.587±0.009Ma, which is identifcal within error to the oldest granite dated so far by Michel et al. (2008). In contrast, the laccolith mafic complex is younger than than the youngest granite (12.50±0.02Ma), and has been emplaced from 12.472±0.009Ma to 12.431 ±0.006Ma, by under-accretion beneath the youngest granite at the interface with previously emplaced mafic sills.The gabbronorite crystallization sequence in the feeder zone is dominated by olivine, plagioclase, clinopyroxene and orthopyroxene, while amphibole forms late interstitial crystals. The crystallization sequence is identical in Hornblende-gabbro from the feeder zone, with higher modal hornblende. Gabbronorite and Hornblende-gabbro both display distinct Eu and Sr positive anomalies. In the laccolith, a lower Hornblende-gabbro crystallized in sills and evolved to a high alkali shoshonitic series. The Al203, Ti02, Na20, K20, Ba and Sr composition of these gabbros is highly variable and increases up to ~50wt% Si02. The lower hornblende-gabbro is characterized by kaersutite anhedral cores with inclusions of olivine, clino- and orthopyroxene and rare apatite and An70 plagioclase. Trace element modelling indicates that hornblende and clinopyroxene are in equilibrium with a liquid whose composition is similar to late basaltic trachyandesitic dikes that cut the complex. The matrix in the lower hornblende gabbro is composed of normally zoned oligoclase, Magnesio-hornblende, biotite, ilmenite and rare quartz and potassium feldspar. This assemblage crystallized in-situ from a Ba and Sr-depleted melts. In contrast, the upper Hbl-gabbro is high-K calc-alkaline. Poikilitic pargasite cores have inclusions of euhedral An70 plagioclase inclusions, and contain occasionally clinopyroxene, olivine and orthopyroxene. The matrix composition is identical to the lower hornblende-gabbro and similar to the diorite. Diorite bulk rock compositions show the same mineralogy but different modal proportions relative to hornblende-gabbrosThe Torres del Paine Intrusive Complex isotopic composition is 87Sr/86Sr=0.704, 143Nd/144Nd=0.5127, 206Pb/204Pb=18.70 and 207Pb/204Pb=15.65. Differentiated dioritic and granitic units may be linked to the gabbroic cumulates series, with 20-50% trapped interstitial melt, through fractionation of olivine-bearing gabbronorite or hornblende-gabbro fractionation The relative homogeneity of the isotopic compositions indicate that only small amounts of assimilation occurred. Two-pyroxenes thermometry, clinopyroxene barometry and amphibole-plagioclase thermometry was used to estimate pressure and temperature conditions. The early fractionation of ultramafic cumulates occurs at mid to lower crustal conditions, at temperatures exceeding 900°C. In contrast, the TPIC emplacement conditions have been estimated to ~0.7±0.5kbar and 790±60°C.Based on field and microtextural observations and geochemical modelling, fractionation of basaltic-trachyandesitic liquids at intermediate to lower crustal levels, has led to the formation of the Torres del Paine granites. Repetitive replenishment of basaltic trachy- andesitic liquid in crustal reservoirs led to mixed magmas that will ascend via the feeder zone, and crystallize into a laccolith, in the form of successive dioritic and gabbroic sills. Dynamic fractionation during emplacement concentrated hornblende rich cumulates in the center of individual sills. Variable degrees.of post-emplacement compaction led to the expulsion of felsic liquids that preferentially concentrated at the top of the sills. Incremental sills amalgamation of the entire Torres del Paine Intrusive Complex has lasted for ~160ka.RESUME SCIENTIFIQUE - VERSION FRANÇAISEGéométrie, pétrologie et croissance d'un laccolite peu profond : Le complexe ma- fique du Torres del Paine (Patagonie)Le Complexe Intrusif du Torres del Paine (CITP) est une intrusion bimodale, d'environ 70km2, appartenant à une chaîne de plutons Miocènes isolés, dans le sud de la Patago-nie. Leur position est intermédiaire entre le batholite patagonien calco-alcalin, à l'Ouest, mis en place au Mesozoïque-Cenozoïque dans un contexte de subduction, et les basal-tes andésitiques et trachybasaltes alcalins de plateau, plus jeune, à l'Est, lié à l'ouverture d'un arrière-arc.A son extrémité Est, le CITP est une succession de sills de gabbro à Hbl et de diorite, sur une épaisseur de ~250m, avec des évidences de mélange. Les contacts avec les sills de granite au-dessus, formant des parois de plus de 1000m, sont cassants. Ce laccolite est connecté, dans sa partie Ouest, à une zone d'alimentation, avec des intrusions sub-ver- ticales de gabbronorite litée et de gabbro à Hbl, en alternance. Celles-ci sont traversées et entourées par des diorites. Les zircons des gabbros de la zone d'alimentation, datés par ID-TIMS, ont cristallisés à 12.593±0.009Ma et 12.587±0.009Ma, ce qui correspond au plus vieux granite daté à ce jour par Michel et al. (2008). A l'inverse, les roches manques du laccolite se sont mises en place entre 12.472±0.009Ma et 12.431 ±0.006Ma, par sous-plaquage successifs à l'interface avec le granite le plus jeune daté à ce jour (12.50±0.02Ma).La séquence de cristallisation des gabbronorites est dominée par Ol, Plg, Cpx et Opx, alors que la Hbl est un cristal interstitiel. Elle est identique dans les gabbros à Hbl de la zone d'alimentation, avec ~30%vol de Hbl. Les gabbros de la zone d'alimentation montrent des anomalies positives en Eu et Sr distinctes. Dans le laccolite, le gabbro à Hbl inférieur évolue le long d'une série shoshonitique, riche en éléments incompatibles. Sa concentration en Al203, Ti02, Na20, K20, Ba et Sr est très variable et augmente rapide-ment jusqu'à ~50wt% Si02. Il est caractérisé par la présence de coeurs résorbés de kaer- sutite, entourés de Bt, et contenant des inclusions d'OI, Cpx et Opx, ou alors d'Ap et de rares Plg (An70). Hbl et Cpx ont cristallisés à partir d'un liquide de composition similaire aux dykes trachy-andesite basaltique du CITP. La matrice, cristallisée in-situ à partir d'un liquide pauvre en Ba et Sr, est composée d'oligoclase zoné de façon simple, de Mg-Hbl, Bt, llm ainsi que de rares Qtz et KF. Le gabbro à Hbl supérieur, quant à lui, appartient à une suite chimique calco-alcaline riche en K. Des coeurs poecilitiques de pargasite con-tiennent de nombreuses inclusions de Plg (An70) automorphe, ainsi que des Ol, Cpx et Opx. La composition de la matrice est identique à celle des gabbros à Hbl inférieurs et toutes deux sont similaires à la minéralogie des diorites. Les analyses sur roches totales de diorites montrent la même variabilité que celles de gabbros à Hbl, mais avec une ten-eur en Si02 plus élevée.La composition isotopique des liquides primitifs du CITP a été mesurée à 87Sr/86Sr=0.704, 143Nd/144Nd=0.5127, 206Pb/204Pb=18.70 et 207Pb/204Pb=15.65. Les granites et diorites différenciés peuvent être reliés à des cumulais gabbronoritiques (F=0.74 pour les granites et F=1-0.5 pour les diorites) et gabbroïques à Hbl (fractionnement supplémentaire pour les granites, avec F=0.3). La cristallisation de 20 à 50%vol de liquide interstitiel piégé dans les gabbros du CITP explique leur signature géochimique. Seules de faibles quantités de croûte continentale ont été assimilées. La température et la pression de fractionnement ont été estimées, sur la base des thermobaromètres Opx-Cpx, Hbl-Plg et Cpx, à plus de 900°C et une profondeur correspondant à la croûte inférieure-moyenne. A l'inverse, les conditions de cristallisation de la matrice des gabbros et diorites du laccolite ont été estimées à 790±60°C et ~0.7±0.5kbar.Je propose que les liquides felsiques du CITP se soient formés par cristallisation frac-tionnée en profondeur des assemblages minéralogiques observés dans les gabbros du CITP, à partir d'un liquide trachy-andesite basaltique. La percolation de magma dans les cristaux accumulés permet la remontée du mélange à travers la zone d'alimentation, vers le laccolite, où des sills se mettent en place successivement. L'amalgamation de sills dans le CITP a duré ~160ka.Le CITP s'est formé durant une reconfiguration importante du contexte géodynamique en Patagonie, avec un changement du magmatisme d'arc vers un volcanisme d'arrière- arc. Ce changement est certainement lié à la subduction de la ride du Chili.RESUME GRAND PUBLIC - VERSION FRANÇAISEGéométrie, pétrologie et croissance d'une chambre magmatique peu profonde : Le complexe mafique du Torres del Paine (Patagonie)Le pourtour de l'Océan Pacifique est caractérisé par une zone de convergence de plaques tectoniques, appelée zone de subduction, avec le plongement de croûte océa-nique sous les Andes dans le cas de la Patagonie. De nombreux volcans y sont associés, formant la ceinture de feu. Mais seuls quelques pourcents de tout le magma traversant la croûte terrestre parviennent à la surface et la majeure partie cristallise en profondeur, dans des chambres magmatiques. Quelles est leur forme, croissance, cristallisation et durée de vie ? Le complexe magmatique du Torres del Paine représente l'un des meilleurs endroits au monde pour répondre à ces questions. Il se situe au sud de la Patagonie, formant un massif de 70km2. Des réponses peuvent être trouvées à différentes échelles, variant de la montagne à des minéraux de quelques 1000ème de millimètres.Il est possible de distinguer trois types de roches : des gabbros et des diorites sur une épaisseur de 250m, surmontées par des parois de granite de plus de 1000m. Les contacts entre ces roches sont tous horizontaux. Entre granites et gabbro-diorite, le contact est net, indiquant que le second magma s'est mis en place au contact avec un magma plus ancien, totalement solidifié. Entre gabbros et diorites, les contacts sont diffus, souvent non-linéaires, indiquant à l'inverse la mise en contact de magmas encore partiellement liquides. Dans la partie Ouest de cette chambre magmatique, les contacts entre roches sont verticaux. Il s'agit certainement du lieu de remplissage de la chambre magmatique.Lors du refroidissement d'un magma, différents cristaux vont se former. Leur stabilité et leur composition varient en fonction de la pression, de la température ou de la chimie du magma. La séquence de cristallisation peut être définie sur la base d'observations microscopiques et de la composition chimique des minéraux. Différents gabbros sont ainsi distingués : le gabbro à la base est riche en hornblende, d'une taille de ~5mm, sans inclusion de plagioclase mais avec des cristaux d'olivine, clinopyroxene et orthopyroxene inclus ; le gabbro supérieur est lui-aussi riche en hornblende (~5mm), avec les mêmes inclusions additionnées de plagioclase. Ces cristaux se sont formés à une température supérieure à 900°C et une profondeur correspondant à la croûte moyenne ou inférieure. Les minéraux plus fin, se trouvant hors des cristaux de hornblende des deux gabbros, sont similaires à ceux des diorites : plagioclase, biotite, hornblende, apatite, quartz et feldspath alcalin. Ces minéraux sont caractéristiques des granites. Ils ont cristallisé à ~790°C et ~2km de profondeur.La cristallisation des minéraux et leur extraction du magma par gravité provoque un changement progressif de la composition de ce dernier. Ainsi, après extraction d'olivine et d'orthopyroxene riches en Mg, de clinopyroxene riche en Ca, de plagioclase riche en Ca et Al et d'hornblende riche en Ca, Al et Mg, le liquide final sera appauvri en ces élé-ments. Un lien peut ainsi être proposé entre les diorites dont la composition est proche du liquide de départ, les granites dont la composition est similaire au liquide final, et les gabbros dont la minéralogie correspond aux minéraux extraits.L'utilisation de zircons, un minéral riche en U dont les atomes se transforment en Pb par décomposition radioactive au cours de millions d'années, permet de dater le refroidissement des roches qui les contiennent. Ainsi, il a été observé que les roches de la zone d'alimentation, à l'Ouest du complexe magmatique, ont cristallisés il y a 12.59±0.01 Ma, en même temps que les granites les plus vieux, se trouvant au sommet de la chambre magmatique, datés par Michel et al. (2008). Les deux roches pourraient donc avoir la même origine. A l'inverse, les gabbros et diorites de la chambre magmatique ont cristallisé entre 12.47±0.01Ma et 12.43±0.01Ma, les roches les plus vieilles étant à la base.En comparant la composition des roches du Torres del Paine avec celles d'autres en-tités géologiques de Patagonie, les causes du magmatisme peuvent être recherchées. A l'Ouest, on trouve en effet des intrusions granitiques, plus anciennes, caractéristiques de zones de convergence de plaque tectonique, alors qu'à l'Est, des laves basaltiques plus jeunes sont caractéristiques d'une dynamique d'extension. Sur la base des compositions chimiques des roches de ces différentes entités, l'évolution progressive de l'une à l'autre a pu être démontrée. Elle est certainement due à l'arrivée d'une dorsale océanique (zone d'extension crustale et de création de croûte océanique par la remontée de magma) dans la zone de subduction, le long des Andes.Je propose que, dans un premier temps, des magmas granitiques sont remontés dans la chambre magmatique, laissant d'importants volumes de cristaux dans la croûte pro-fonde. Dans un second épisode, les cristaux formés en profondeur ont été transportés à travers la croûte continentale, suite au mélange avec un nouveau magma injecté. Ces magmas chargés de cristaux ont traversé la zone d'alimentation avant de s'injecter dans la chambre magmatique. Différents puises ont été distingués, injectés dans la chambre magmatique du sommet à la base concernant les granites, puis à la base du granite le plus jeune pour les gabbros et diorites. Le complexe magmatique du Torres del Paine s'est construit sur une période totale de 160'000±20'000 ans.

Multi-stage garnet in the internal Brianconnais basement (Ambin massif, Savoy): New petrological constraints on the blueschist-facies metamorphism in the Western Alps and tectonic implications

Three types of garnet have been distinguished in pelitic schists from an epidote-blueschist-facies unit of the Ambin and South Vanoise Brianconnais massifs on the basis of texture, chemical zoning and mineral inclusion characterization. Type-1 garnet cores with high Mn/Ca ratios are interpreted as pre-Alpine relicts, whereas Type-1 garnet rims, Type-2 inclusion-rich porphyroblasts and smaller Type-3 garnets are Alpine. The latter are all characterized by low Mn/Ca ratios and a coexisting mineral assemblage of blue amphibole, high-Si phengite, epidote and quartz. Prograde growth conditions during Alpine D-1 high-pressure (HP) metamorphism are recorded by a decrease in Mn and increase in Fe (+/-Ca) in the Type-2 garnets, culminating in peak P-T conditions of 14-16 kbar and 500degreesC in the deepest parts of the Ambin dome. The multistage growth history of Type-1 garnets indicates a polymetamorphic history for the Ambin and South Vanoise massifs; unfortunately, no age constraints are available. The new metamorphic constraints on the Alpine event in the massifs define a metamorphic T `gap' between them and their surrounding cover (Brianconnais and upper Schistes Lustres units), which experienced metamorphism only in the stability field of carpholite-lawsonite (T < 400degreesC). These data and supporting structural studies confirm that the Ambin and South Vanoise massifs are slices of `eclogitized' continental crust tectonically extruded within the Schistes Lustres units and Brianconnais covers. The corresponding tectonic contacts with top-to-east movement are responsible for the juxtaposition of lower-grade metamorphic units on the Ambin and South Vanoise massifs.

Petrography and geochemistry of accreted oceanic fragments below the Western Cordillera of Ecuador

The Western Cordillera of Ecuador consists of Cretaceous crustal fragments of oceanic plateaux and superimposed insular arcs, which were accreted to the northwestern South American margin during the Late Cretaceous and Paleocene. Slices of high-grade metabasites, ultramafic rocks, gabbros and basalts, unmetamorphosed radiolarian cherts and scarce garnet-bearing metasediments were randomly exhumed along Miocene to Recent transcurrent faults crosscutting the Western Cordillera. The basalts show geochemical characteristics of oceanic plateau basalts (flat REE patterns, La/Nb = 0.85). The gabbros differ from the basalts in having lower REE levels, positive Eu anomalies, and negative Nb and Ta anomalies; they are interpreted as resulting from arc magmatism. The amphibolites and banded amphibolites have major and trace element chemistry similar to that of oceanic plateau basalts (flat REE patterns, La/Nb = 0.86) or to cumulate gabbros. The granulite shares with oceanic plateaus similar trace element chemistry (flat REE patterns, La/Nb < 1) and epsilon(Ndi) values (+7.6). Continent-derived metasediments are depleted in heavy REE (La/Y = 4.8) and have a negative Eu anomaly. Foliated Iherzolites, melagabbronorites and pyroxenites consist of serpentinized olivine + cpx + opx +/- Ca-plagioclase. Lherzolites, melagabbronorites and pyroxenites are LREE depleted with positive Eu anomalies, while the harzburgite displays a U-shaped REE pattern. The trace element abundances of the ultramafic rocks are very low (0.1 to 1 times the chonctritic and primitive mantle values). The ultramafic rocks represent fragments of depleted mantle, deformed cpx-rich cumulate, and continental lithospheric mantle or mantle contaminated by subduction-fluid. Except the scarce quartz-rich metasediments, all these rocks likely represent remnants of accreted oceanic crustal fragments and associated depleted mantle. Since these samples were randomly sampled at depth by the fault, we propose that the Western Cordillera and its crustal root are mainly of oceanic nature.

Clonal, self-renewing and differentiating human and porcine urothelial cells, a novel stem cell population.

Although urothelial progenitor-like cells have been described in the human urinary tract, the existence of stem cells remains to be proven. Using a culture system that favors clonogenic epithelial cell growth, we evaluated and characterized clonal human urothelial cells. We isolated human urothelial cells that were clonogenic, capable of self-renewal and could develop into fully differentiated urothelium once re-implanted into the subcapsular space of nude mice. In addition to final urothelial cell differentiation, spontaneous formation of bladder-like microstructures was observed. By examining an epithelial stem cell signature marker, we found p63 to correlate with the self-renewal capacity of the isolated human urothelial clonal populations. Since a clinically relevant, long-term model for functional reconstitution of human cells does not exist, we sought to establish a culture method for porcine urothelial cells in a clinically relevant porcine model. We isolated cells from porcine ureter, urethra and bladder that were clonogenic and capable of self-renewal and differentiation into fully mature urothelium. In conclusion, we could isolate human and porcine cell populations, behaving as urothelial stem cells and showing clonogenicity, self-renewal and, once re-implanted, morphological differentiation.

Geochemistry and 40Ar/39Ar geochronology of pseudotachylyte associated with UHP whiteschists from the Dora Maira massif, Italy

In situ UV-Iaser ablation Ar-40/(39) Ar geochronological and geochemical data, together with rock and mineral compositional data, have been determined from pseudotachylyte and surrounding mylonitic gneiss associated with the UHP whiteschists of the Dora Maira Massif, Italy. Several generations of fresh pseudotachylyte occur as irregular veins up to a few cur thick both parallel and at high angles to the foliation. Whole rock XRF data collected from representative lithologies of mylonitic gneiss are uniformly consistent with a mildly alkalic granitic protolith. Minimal compositional variation is observed between the pseudotachylyte and its surrounding mylonitic gneiss. The pseudotachylyte contains newly crystallized grains of biotite and K-feldspar in a matrix of glass with partially fused grains of quartz, zircon, apatite, and titanite. Electron microprobe analyses of the glass show significant compositional variation that is probably strongly influenced by micrometer-scale changes in mineralogy. UV-Iaser ablation ICP-MS traverses across the mylonitic gneiss-pseudotachylyte contact are consistent with cataclastic communition of REE carriers such as epidote, monazite, allanite, zircon, and apatite before melting as an efficient mechanism of REE homogenization in the pseudotachylyte. The 40Ar/39Ar data from one band of pseudotachylyte indicate formation at 20.1 +/- 0.5 Ma, when the mylonitic gneisses were already in a near surface position. The variable effects of top-to-the-west shear deformation within outcrops of the coesite-bearing unit are reflected in localized zones of protomylonite, cataclasite, ultracataclasite, and pseudotachylyte. Preservation of several generations of pseudotachylyte suggests that seismic events may have played a significant role in triggering late unroofing of the UHP rocks. It is speculated that deeper crustal seismic events potentially played a role in the unroofing of the UHP rocks at earlier stages in their exhumation history. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Metallogenic model of the Trepca Pb-Zn-Ag skarn deposit, Kosovo: Evidence from fluid inclusions, Rare Earth Elements, and stable isotope data

The Trepca Pb-Zn-Ag skarn deposit (29 Mt of ore at 3.45% Pb, 2.30% Zn, and 80 g/t Ag) is located in the Kopaonik block of the western Vardar zone, Kosovo. The mineralization, hosted by recrystallized limestone of Upper Triassic age, was structurally and lithologically controlled. Ore deposition is spatially and temporally related with the postcollisional magmatism of Oligocene age (23-26 Ma). The deposit was formed during two distinct mineralization stages: an early prograde closed-system and a later retrograde open-system stage. The prograde mineralization consisting mainly of pyroxenes (Hd(54-100)Jo(0-45)Di(0-45)) resulted from the interaction of magmatic fluids associated with Oligocene (23-26 Ma) postcollisional magmatism. Whereas there is no direct contact between magmatic rocks and the mineralization, the deposit is classified as a distal Pb-Zn-Ag skarn. Abundant pyroxene reflects low oxygen fugacity (<10(-31) bar) and anhydrous environment. Fluid inclusion data and mineral assemblage limit the prograde stage within a temperature range between 390 degrees and 475 degrees C. Formation pressure is estimated below 900 bars. Isotopic composition of aqueous fluid, inclusions hosted by hedenbergite (delta D = -108 to -130 parts per thousand; delta O-18 = 7.5-8.0 parts per thousand), Mn-enriched mineralogy and high REE content of the host carbonates at the contact with the skarn mineralization suggest that a magmatic fluid was modified during its infiltration through the country rocks. The retrograde mineral assemblage comprises ilvaite, magnetite, arsenopyrite, pyrrhotite, marcasite, pyrite, quartz, and various carbonates. Increases in oxygen and sulfur fugacities, as well as a hydrous character of mineralization, require an open-system model. The opening of the system is related to phreatomagmatic explosion and formation of the breccia. Arsenopyrite geothermometer limits the retrograde stage within the temperature range between 350 degrees and 380 degrees C and sulfur fugacity between 10(-8.8) and 10(-7.2) bars. The principal ore minerals, galena, sphalerite, pyrite, and minor chalcopyrite, were deposited from a moderately saline Ca-Na chloride fluid at around 350 degrees C. According to the isotopic composition of fluid inclusions hosted by sphalerite (delta D = -55 to -74 parts per thousand; delta O-18 = -9.6 to -13.6 parts per thousand), the fluid responsible for ore deposition was dominantly meteoric in origin. The delta S-31 values of the sulfides spanning between -5.5 and +10 parts per thousand point to a magmatic origin of sulfur. Ore deposition appears to have been largely contemporaneous with the retrograde stage of the skarn development. Postore stage accompanied the precipitation of significant amount of carbonates including the travertine deposits at the deposit surface. Mineralogical composition of travertine varies from calcite to siderite and all carbonates contain significant amounts of Mn. Decreased formation temperature and depletion in the REE content point to an influence of pH-neutralized cold ground water and dying magmatic system.