The tectonically controlled emplacement of a vertically sheeted gabbro-pyroxenite intrusion: Feeder-zone of an ocean-island volcano (Fuerteventura, Canary Islands)

The Miocene PX1 gabbro-pyroxenite pluton, Fuerteventura, Canary Islands, is a 3.5 x 5.5 km shallow-level intrusion (0.15-0.2 GPa and 1100-1120 degrees C), interpreted as the feeder-zone to an ocean-island volcano. It displays a vertical magmatic banding expressed in five 50 to 100 metre-wide NNE-SSW trending alkaline gabbro sequences alternating with pyroxenites. This emplacement geometry was controlled by brittle to ductile shear zones, generated by a regional E-W extensional tectonic setting that affected Fuerteventura during the Miocene. At a smaller scale, the PX1 gabbro and pyroxenite bands consist of metre-thick differentiation units, which suggest emplacement by periodic injection of magma pulses as vertical dykes that amalgamated, similarly to a sub-volcanic sheeted dyke complex. Individual dykes underwent internal differentiation following a solidification front parallel to the dyke edges. This solidification front may have been favoured by a significant lateral/horizontal thermal gradient, expressed by the vertical banding in the gabbros, the fractionation asymmetry within individual dykes and the migmatisation of the wall rocks. Pyroxenitic layers result from the fractionation and accumulation of clinopyroxene +/- olivine +/- plagioclase crystals from a mildly alkaline basaltic liquid. They are interpreted as truncated differentiation sequences, from which residual melts were extracted at various stages of their chemical evolution by subsequent dyke intrusions, either next to or within the crystallising unit. Compaction and squeezing of the crystal mush is ascribed to the incoming and inflating magma pulses. The expelled interstitial liquid was likely collected and erupted along with the magma flowing through the newly injected dykes. Clinopyroxene mineral orientation - as evidenced by EBSD and micro X-ray tomography investigations - displays a marked pure-shear component, supporting the interpretation of the role of compaction in the generation of the pyroxenites. Conversely, gabbro sequences underwent minor melt extraction and are believed to represent crystallised coalesced magma batches emplaced at lower rates at the end of eruptive cycles. Clinopyroxene orientations in gabbros record a simple shear component suggesting syn-magmatic deformation parallel to observed NNE-SSW trending shear zones induced by the regional tensional stress field. This emplacement model implies a crystallisation time of 1 to 5 years for individual dykes, consistent with PX1 emplacement over less than 0.5 My. A minimum amount of approximately 150 km(3) of magma is needed to generate the pluton, part of it having been erupted through the Central Volcanic Centre of Fuerteventura. If the regional extensional tectonic regime controls the PX1 feeder-zone initiation and overall geometry, rates and volumes of magma depend on other, source-related factors. High injection rates are likely to induce intrusion growth rates larger than could be accommodated by the regional extension. In this case, dyke intrusion by propagation of a weak tip, combined with the inability of magma to circulate through previously emplaced and crystallised dykes could result in an increase of non-lithostatic pressure on previously emplaced mushy dyke walls; thus generating strong pure-shear compaction within the pluton feeder-zone and interstitial melt expulsion. These compaction-dominated processes are recorded by the cumulitic pyroxenite bands. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Modeling of in-situ crystallization processes in the Permian mafic layered intrusion of Mont Collon (Dent Blanche nappe, western Alps)

The Mont Collon mafic complex is one of the best preserved examples of the Early Permian magmatism in the Central Alps, related to the intra-continental collapse of the Variscan belt. It mostly consists (> 95 vol.%) of ol+hy-nonnative plagioclase-wehrlites, olivine- and cpx-gabbros with cumulitic structures, crosscut by acid dikes. Pegmatitic gabbros, troctolites and anorthosites outcrop locally. A well-preserved cumulative, sequence is exposed in the Dents de Bertol area (center of intrusion). PT-calculations indicate that this layered magma chamber emplaced at mid-crustal levels at about 0.5 GPa and 1100 degrees C. The Mont Collon cumulitic rocks record little magmatic differentiation, as illustrated by the restricted range of clinopyroxene mg-number (Mg#(cpx)=83-89). Whole-rock incompatible trace-element contents (e.g. Nb, Zr, Ba) vary largely and without correlation with major-element composition. These features are characteristic of an in-situ crystallization process with variable amounts of interstitial liquid L trapped between the cumulus mineral phases. LA-ICPMS measurements show that trace-element distribution in the latter is homogeneous, pointing to subsolidus re-equilibration between crystals and interstitial melts. A quantitative modeling based on Langmuir's in-situ crystallization equation successfully duplicated the REE concentrations in cumulitic minerals of all rock facies of the intrusion. The calculated amounts of interstitial liquid L vary between 0 and 35% for degrees of differentiation F of 0 to 20%, relative to the least evolved facies of the intrusion. L values are well correlated with the modal proportions of interstitial amphibole and whole-rock incompatible trace-element concentrations (e.g. Zr, Nb) of the tested samples. However, the in-situ crystallization model reaches its limitations with rock containing high modal content of REE-bearing minerals (i.e. zircon), such as pegmatitic gabbros. Dikes of anorthositic composition, locally crosscutting the layered lithologies, evidence that the Mont Collon rocks evolved in open system with mixing of intercumulus liquids of different origins and possibly contrasting compositions. The proposed model is not able to resolve these complex open systems, but migrating liquids could be partly responsible for the observed dispersion of points in some correlation diagrams. Absence of significant differentiation with recurrent lithologies in the cumulitic pile of Dents de Bertol points to an efficiently convective magma chamber, with possible periodic replenishment, (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Late Labradorian metamorphism and anorthosite-granitoid intrusion, Cape-Caribou River allochthon, Grenville Province, Labrador - Evidence from U-Pb geochronology

In the Cape Caribou River allochthon (CCRA), metaigneous and gneissic units occur as a shallowly plunging synform in the hanging wall of the Grand Lake thrust system (GLTS), a Grenvillian structure that forms the boundary between the Mealy Mountains and Groswater Bay terranes. The layered rocks of the CCRA are cut by a stockwork of monzonite dykes related to the Dome Mountain suite and by metadiabase-amphibolite dykes that probably form part of the ca. 1380 Ma Mealy swarm. The mafic dykes appear to postdate much of the development of subhorizontal metamorphic layering within the lower parts of the CCRA. The uppermost (least metamorphosed) units of the CCRA, the North West River anorthosite-metagabbro and the Dome Mountain monzonite suite, have been dated at 1625 +/- 6 and 1626 +/- 2 Ma, respectively. An amphibolite unit that concordantly underlies the anorthosite-metagabbro and is intruded discordantly by monzonite dykes has given metamorphic ages of 1660 +/- 3 and 1631 +/- 2 Ma. Granitoid gneisses that form the lowest level of the CCRA have given a migmatization age of 1622 +/- 6 Ma. The effects of Grenvillian metamorphism become apparent in the lower levels of the allochthon where gneisses, amphibolite, and mafic dykes have given new generation zircon ages of 1008 +/- 2, 1012 +/- 3, and 1011 +/- 3 Ma, respectively. A posttectonic pegmatite has also given zircon and monazite ages of 1016(-3)(+7) and 1013 +/- 3 Ma, respectively. Although these results indicate new growth of Grenvillian zircon, this process was generally not accompanied by penetrative deformation or melting. Thus, the formation of gneissic fabrics and the overall layered nature of the lower CCRA are a result primarily of Labradorian (1660-1620 Ma) tectonism and intrusion, and probably reflect early movement on an ancestral GLTS. Grenvillian heating and metamorphism (up to granulite facies) was strongly concentrated towards the base of the CCRA and probably occurred during northwestward thrusting of the allochthon over the Groswater Bay terrane.

Nd-, O-, and H-isotopic evidence for complex, closed-system fluid evolution of the peralkaline Ilimaussaq intrusion, South Greenland

Relatively homogeneous oxygen isotope compositions of amphibole, clinopyroxene, and olivine separates (+5.2 to +5.7parts per thousand relative to VSMOW) and neodymium isotope compositions (epsilon(Nd(T)) = -0.9 to -1.8 for primary magmatic minerals and epsilon(Nd(T)) = -0.1 and -0.5 for mineral separates from late-stage pegmatites and hydrothermal veins) from the alkaline to agpaitic llimaussaq intrusion, South Greenland, indicate a closed system evolution of this igneous complex and support a mantle derivation of the magma. In contrast to the homogeneous oxygen and neodymium isotopic data, deltaD values for hand-picked amphibole separates vary between -92 and -232parts per thousand and are among the most deuterium-depleted values known from igneous amphiboles. The calculated fluid phase coexisting with these amphiboles has a homogeneous oxygen isotopic composition within the normal range of magmatic waters, but extremely heterogeneous and low D/H ratios, implying a decoupling of the oxygen- and hydrogen isotope systems. Of the several possibilities that can account for such unusually low deltaD values in amphiboles (e.g., late-stage hydrothermal exchange with meteoric water, extensive magmatic degassing, contamination with organic matter, and/or effects of Fe-content and pressure on amphibole-water fractionation) the most likely explanation for the range in deltaD values is that the amphiboles have been influenced by secondary interaction and reequilibration with D-depleted fluids obtained through late-magmatic oxidation of internally generated CH(4) and/or H(2). This interpretation is consistent with the known occurrence of abundant magmatic CH(4) in the Ilimaussaq rocks and with previous studies on the isotopic compositions of the rocks and fluids. Copyright (C) 2004 Elsevier Ltd.

Contrasting magma types and timing of intrusion in the Permian layered mafic complex of Mont Collon (Western Alps, Valais, Switzerland): evidence from U/Pb zircon and 40Ar/39Ar amphibole dating

We have selected and dated three contrasting rock-types representative of the magmatic activity within the Permian layered mafic complex of Mont Collon, Austroalpine Dent Blanche nappe, Western Alps. A pegmatitic gabbro associated to the main cumulus sequence yields a concordant U/Pb zircon age of 284.2 +/- 0.6 Ma, whereas a pegmatitic granite dike crosscutting the latter yields a concordant age of 282.9 +/- 0.6 Ma. A Fe-Ti-rich ultrabasic lamprophyre, crosscutting all other lithologies of the complex, yields an 40Ar/39Ar plateau age of 260.2 +/- 0.7 Ma on a kaersutite concentrate. All ages are interpreted as magmatic. Sub-contemporaneous felsic dikes within the Mont Collon complex are ascribed to anatectic back-veining from the country-rock, related to the emplacement of the main gabbroic body in the continental crust, which is in accordance with new isotopic data. The lamprophyres have isotopic compositions typical of a depleted mantle, in contrast to those of the cumulate gabbros, close to values of the Bulk Silicate Earth. This indicates either contrasting sources for the two magma pulses - the subcontinental lithospheric mantle for the gabbros and the underlying asthenosphere for the lamprophyres - or a single depleted lithospheric source with variable degrees of crustal contamination of the gabbroic melts during their emplacement in the continental crust. The Mont Collon complex belongs to a series of Early Permian mafic massifs, which emplaced in a short time span about 285-280 Ma ago, in a limited sector of the post-Variscan continental crust now corresponding to the Austroalpine/ Southern Alpine domains and Corsica. This magmatic activity was controlled in space and time by crustal-scale transtensional shear zones.

Magmatic-dominated fluid evolution in the Jurassic Nambija gold skarn deposits (southeastern Ecuador)

The Jurassic (approximately 145 Ma) Nambija oxidized gold skarns are hosted by the Triassic volcanosedimentary Piuntza unit in the sub-Andean zone of southeastern Ecuador. The skarns consist dominantly of granditic garnet (Ad(20-98)) with subordinate pyroxene (Di(46-92)Hd(17-42)Jo(0-19)) and epidote and are spatially associated with porphyritic quartz-diorite to granodiorite intrusions. Endoskarn is developed at the intrusion margins and grades inwards into a potassic alteration zone. Exoskarn has an outer K- and Na-enriched zone in the volcanosedimentary unit. Gold mineralization is associated with the weakly developed retrograde alteration of the exoskarn and occurs mainly in sulfide-poor vugs and milky quartz veins and veinlets in association with hematite. Fluid inclusion data for the main part of the prograde stage indicate the coexistence of high-temperature (500A degrees C to > 600A degrees C), high-salinity (up to 65 wt.% eq. NaCl), and moderate- to low-salinity aqueous-carbonic fluids interpreted to have been trapped at pressures around 100-120 MPa, corresponding to about 4-km depth. Lower-temperature (510-300A degrees C) and moderate- to low-salinity (23-2 wt.% eq. NaCl) aqueous fluids are recorded in garnet and epidote of the end of the prograde stage. The microthermometric data (Th from 513A degrees C to 318A degrees C and salinity from 1.0 to 23 wt.% eq. NaCl) and delta(18)O values between 6.2aEuro degrees and 11.5aEuro degrees for gold-bearing milky quartz from the retrograde stage suggest that the ore-forming fluid was dominantly magmatic. Pressures during the early retrograde stage were in the range of 50-100 MPa, in line with the evidence for CO(2) effervescence and probable local boiling. The dominance of magmatic low-saline to moderately saline oxidizing fluids during the retrograde stage is consistent with the depth of the skarn system, which could have delayed the ingression of external fluids until relatively low temperatures were reached. The resulting low water-to-rock ratios explain the weak retrograde alteration and the compositional variability of chlorite, essentially controlled by host rock compositions. Gold was precipitated at this stage as a result of cooling and pH increase related to CO(2) effervescence, which both result in destabilization of gold-bearing chloride complexes. Significant ingression of external fluids took place after gold deposition only, as recorded by delta(18)O values of 0.4aEuro degrees to 6.2aEuro degrees for fluids depositing quartz (below 350A degrees C) in sulfide-rich barren veins. Low-temperature (< 300A degrees C) meteoric fluids (delta(18)O(water) between -10.0aEuro degrees and -2.0aEuro degrees) are responsible for the precipitation of late comb quartz and calcite in cavities and veins and indicate mixing with cooler fluids of higher salinities (about 100A degrees C and 25 wt.% eq. NaCl). The latter are similar to low-temperature fluids (202-74.5A degrees C) with delta(18)O values of -0.5aEuro degrees to 3.1aEuro degrees and salinities in the range of 21.1 to 17.3 wt.% eq. CaCl(2), trapped in calcite of late veins and interpreted as basinal brines. Nambija represents a deep equivalent of the oxidized gold skarn class, the presence of CO(2) in the fluids being partly a consequence of the relatively deep setting at about 4-km depth. As in other Au-bearing skarn deposits, not only the prograde stage but also the gold-precipitating retrograde stage is dominated by fluids of magmatic origin.

Hydrogen isotope fractionations between amphiboles, micas, and fluids in alkaline igneous intrusions

RÉSUMÉ DE LA THÈSE Les teneurs des amphiboles en éléments majeurs et en isotopes stables ont été analysées dans plusieurs complexes ignés alcalins et hyperalcalins, dans le but de déterminer l'importance des variations de composition des minéraux pour le fractionnement isotopique de l'hydrogène dans un système naturel minéral-magma-fluide. Cette étude se concentre principalement sur les syénites néphéliniques de complexes intrusifs alcalins bien connus mais à chimie variable, dont les amphiboles, ainsi que d'autres silicates hydratés tels que micas et eudialytes, lorsque cela était possible, ont été séparés. L'intérêt principal s'est porté sur le complexe alcalin d'Ilímaussaq de la Province du Gardar, au Sud du Groenland. Dans une optique de comparaison, nous avons collecté et analysé d'autres échantillons provenant du complexe de Tugtutôq (Sud Groenland), des complexes de Khibina et Lovozero (Péninsule de Kola, Russie), du Mont St-Hilaire et du Mont Royal (Canada) et de 6 autres du nord-ouest de la Namibie (Cape Cross, Okenyenya, Messum, Etaneno, Kalkfeld,et Okorusu). Les compositions isotopiques de l'hydrogène des amphiboles des ces différentes zones présentent de grandes variations (-227 à -700/00), ce qui est atypique pour des magmas d'origine mantellique. Les valeurs comprises entre -80 et -400/00 indiquent une provenance du manteau. Ces larges variations de compositions ainsi que l'extrême appauvrissement en isotope lourd de l'hydrogène (D), en comparaison avec d'autres roches ignées, semblent être propres.aux roches alcalines et hyperalcalines de ce type, ce qui indiquerait un processus commun. Les différents complexes alcalins choisis présentent un large intervalle de composition chimique des amphiboles. La caractérisation des amphiboles par microscopie électronique et par spectroscopie Mössbauer contribuent à observer le contrôle du Fe sur le fractionnement des isotopes de l'hydrogène. En effet, cela a mis en évidence un contrôle du Fe sur le fractionnement et même, dans le cas du complexe hyperalcalin d'Ilímaussaq, une relation entre le rapport Fei3+/FeT et les variations du rapport D/H. Les complexes étudiés diffèrent de par leur index agpaïtique (Na+K/Al) et également de par leur contenu en fer. Les plus hautes valeurs en Fe (27-35 wt%) et en éléments alcalins dans les amphiboles, ainsi que les teneurs de D/H les plus basses et leur grande variation, sont celles du complexe d'Ilímaussaq. Les amphiboles de la Péninsule de Kola et du Canada sont similaires, mais toutefois moins appauvries en D. En ce qui concerne les amphiboles des complexes du NO de la Namibie, elles présentent des compositions isotopiques de l'hydrogène magmatiques normales (-73 à -100 0/00), contiennent moins de Fe (15-17 wt%) et sont fortement enrichies en Ca et moins en Na. Dans ce cas, l'alcalinité est moins importante en comparaison des autres complexes étudiés. En dehors des teneurs en éléments alcalins des amphiboles, l'alcalinité des fluides s'avère également un facteur important, ce qui est cohérent avec certaines suggestions à partir de systèmes expérimentaux. Afin de mieux contraindre ce facteur, des expériences d'échanges hydrothermaux entre les amphiboles et les fluides de salinité différente ont été effectuées en simulant des conditions naturelles. L'approximation d'amphiboles naturelles de complexes ignés alcalins, couplée aux expériences d'échange, aide à préciser les facteurs contrôlant le fractionnement des isotopes de l'hydrogène dans les roches alcalines. Les valeurs extrêmement basses de 3D des amphiboles de ces complexes alcalins peuvent être dues à une combinaison de différents facteurs, telles qu'une haute alcalinité, une haute teneur en Fe et une faible profondeur d'intrusion. Les grandes variations ainsi que les faibles valeurs de SD des amphiboles étudiées peuvent résulter d'un processus magmatique interne et il est peu probable que de l'eau météorique soit impliquée et/ou que le dégazage magmatique ait joué un rôle. THESIS ABSTRACT Major element and stable isotope compositions of amphiboles were analyzed from a number of alkaline and peralkaline igneous complexes in order to determine the importance of compositional variations in minerals to hydrogen isotope fractionations in natural mineral-melt-fluid systems. The thesis mainly focuses on nepheline syenites of well-studied, but chemically variable alkaline intrusive rocks, from which amphiboles and, if possible, other hydrous silicates such as micas and eudialytes were separated. The system of primary interest was the alkaline Ilímaussaq Complex of the Gardar Province of South Greenland. For the purpose of comparison additional samples were collected and examined from the Tugtutôq Complex (South Greenland), the Khibina and Lovozero Complexes (Kola Peninsular, Russia), Mount St-Hilaire and Mount Royal (Canada) and six further complexes from NW Namibia (Cape Cross, Okenyenya, Messum, Etaneno, Kalkfeld, and Okorusu). The hydrogen isotope compositions of amphiboles from the localities studied differ greatly, which is atypical for amphiboles from mantle, range between - 227 and - 700/00 (latter compatible with a simple mantle origin). As this wide range in compositions and the extreme depletion in the heavy hydrogen isotope (D) content relative to other igneous rocks appear to be unique to alkaline to peralkaline rocks of this type, a common process is indicated. The different alkaline complexes chosen cover a wide range of amphibole chemical compositions. Detailed chemical characterization of amphiboles by electron microprobe and Mössbauer spectroscopy analyses helped to constrain the control of Fe on the H-isotope fractionations. Complete characterization of the chemical compositions of the amphiboles support Fe-control on fractionations and at least for the peralkaline Ilímaussaq complex a relationship between Fe3+/FeT ratios and variations in D/H. The studied complexes differ in their agpaitic index (Na+K/Al) and also in their Fe-content. The most iron (27-35 wt. %) and alkaline element rich amphiboles, with the lowermost D/H ratio, as well with very wide range, are the ones from Ilímaussaq complex. Similar, but less D depleted amphiboles are from the Kola Peninsula and the Canadian localities. The complexes described from NW Namibia have amphiboles with normal magmatic hydrogen isotope composition (-730/00 to -1000/00), and have less Fe-content (15-17 wt. %), and are more Ca-and less Na-rich. In this case alkalinity is not that important in comparison to the other studied complexes. Beside the alkaline element contents in the amphiboles, the alkalinity of the fluids has been found to be an important factor, in conjunction with earlier suggestions from experimental systems. To further constrain this factor, hydrothermal exchange experiments between amphiboles and fluids of different salinity simulating natural conditions were performed. The approach of examining natural amphiboles from alkaline igneous complexes in parallel to performing exchange experiments - helped to further constrain the factors controlling the H-isotope fractionations in alkaline rocks. The observed changes between the hydrogen and oxygen isotope compositions of amphiboles and fluids before and after the experiments suggest that another phase was produced during the experiments, which influenced the final hydrogen isotope composition of the system. This presumably hydrous phase has also influenced the Fe3 +/Fe2+ ratio of the amphiboles, which became more oxidized. The extremely low SD values of amphiboles in these alkaline complexes may be due to a combination of different factors such as high alkalinity, high Fe-content, and shallow intrusion depths. This wide range and the low SD values of the amphiboles studied might be a result of internal, magmatic processes and it is unlikely that meteoric water was involved and/or magmatic degassing played an important role. RÉSUMÉ DE LA THÈSE (pour le grand public) Fractionnement isotopique de l'hydrogène entre amphiboles, micas et fluides dans des intrusions alcalines Zsófia Wáczek Directeur de thèse, Prof. Torsten W. Vennemann Institut de Minéralogie et Géochimie, Université de Lausanne Les roches alcalines et celles qui leurs sont associées sont des sources importantes de nombreux minéraux et minerais, tels l'apatite, le niobium, le diamant et autres pierres précieuses. Cette étude se concentre sur des complexes alcalins localisés dans le sud du Groenland, au Canada, dans la péninsule de Kola en Russie et au nord-ouest de la Namibie. Ces complexes sont composés de roches ayant cristallisé à partir de magmas et de fluides très enrichis en alcalins. Cet enrichissement permet la précipitation de minéraux inhabituels riches en potassium et/ou sodium, telles les amphiboles sodiques, également enrichies en fer. Les amphiboles étudiées ont des compositions calciques, sodi-calciques et sodiques, qui reflètent leurs différents environnements de formation. Des études précédentes ont révélé une large gamme de rapports isotopiques de l'hydrogène dans les amphiboles de roches hyperalcalines, dont certains extrêmement bas. Cette variation importante est très intrigante, sachant que des valeurs entre -40 et -800/00 correspondent à des silicates ignés hydratés et non altérés, alors que des valeurs descendant jusqu'a -1500/00 nécessiteraient une altération par de l'eau météorique et/ou une contamination par les roches environnantes ou des sédiments riches en matière organique. Dans lé cas précis du complexe d'Ilímaussaq (sud du Groenland), aucune de ces explications n'a pu être démontrée et des valeurs encore plus faibles ont été trouvées. Le complexe d'Ilímaussaq présente des valeurs de rapport isotopique de l'hydrogène entre -227 et -500/00 dans les amphiboles. Une origine mantellique permet d'expliquer les valeurs élevées, mais d'autres processus doivent entrer en jeu pour engendrer les valeurs les plus négatives. C'est à l'identification de ces processus que nous nous sommes attachés dans ce travail. Les grandes variations observées dans les teneurs en fer et dans le rapport Fe3+/FeT des roches et des minéraux de ces complexes sont corrélées avec d'autres paramètres chimiques, tels que la composition isotopique de l'hydrogène dans les amphiboles. Nous avons dès lors abordé les questions suivantes: quelle est la relation entre la teneur en fer des amphiboles et leur composition isotopique? Que nous apprennent les changements de la teneur en fer et les changements dans le rapport Fe3+/FeT sur les processus pétrologiques dans ces roches? Pour répondre à ces questions, nous avons analysé les compositions isotopiques de l'oxygène et de l'hydrogène dans les amphiboles et d'autres silicates hydratés. La composition chimique et le rapport Fe3+/FeT des amphiboles ont également été déterminés. Des expériences hydrothermales simulant des conditions naturelles ont été entreprises afin de mieux comprendre les processus de fractionnement isotopiques dans ces systèmes très alcalins. Nos conclusions sont les suivantes: (1) Les valeurs extrêmement faibles ainsi que les larges variations des rapports isotopiques de l'hydrogène des amphiboles de ces complexes alcalins sont dues à une combinaison de facteurs tels que la forte alcalinité, la haute teneur en fer et la profondeur très faible de l'intrusion. (2) Ces valeurs sont probablement le résultat de processus magmatiques internes. (3) Il est peu probable que les eaux météoriques et/ou le dégazage magmatique aient joué un rôle lors de la formation de ces amphiboles. (4) Certaines corrélations, en accord avec les études précédentes, ont pu être trouvées au niveau des concentrations en fer. (5) Dans le cas du complexe d'Ilímaussaq exclusivement, une relation a été trouvée entre le rapport Fe3+/FeT et la composition isotopique de l'hydrogène des amphiboles.

Construction mechanisms and thermal evolution of upper crustal intrusions : the Saint-Jean-du-Doigt bimodal intrusion (Brittany, France)

Understanding the emplacement and growth of intrusive bodies in terms of mechanism, duration, ther¬mal evolution and rates are fundamental aspects of crustal evolution. Recent studies show that many plutons grow in several Ma by in situ accretion of discrete magma pulses, which constitute small-scale magmatic reservoirs. The residence time of magmas, and hence their capacities to interact and differentiate, are con¬trolled by the local thermal environment. The latter is highly dependant on 1) the emplacement depth, 2) the magmas and country rock composition, 3) the country rock thermal conductivity, 4) the rate of magma injection and 5) the geometry of the intrusion. In shallow level plutons, where magmas solidify quickly, evi¬dence for magma mixing and/or differentiation processes is considered by many authors to be inherited from deeper levels. This work shows however that in-situ differentiation and magma interactions occurred within basaltic and felsic sills at shallow depth (0.3 GPa) in the St-Jean-du-Doigt (SJDD) bimodal intrusion, France. This intrusion emplaced ca. 347 Ma ago (IDTIMS U/Pb on zircon) in the Precambrian crust of the Armori- can massif and preserves remarkable sill-like emplacement processes of bimodal mafic-felsic magmas. Field evidence coupled to high precision zircon U-Pb dating document progressive thermal maturation within the incrementally built ioppolith. Early m-thick mafic sills (eastern part) form the roof of the intrusion and are homogeneous and fine-grained with planar contacts with neighboring felsic sills; within a minimal 0.8 Ma time span, the system gets warmer (western part). Sills are emplaced by under-accretion under the old east¬ern part, interact and mingle. A striking feature of this younger, warmer part is in-situ differentiation of the mafic sills in the top 40 cm of the layer, which suggests liquids survival in the shallow crust. Rheological and thermal models were performed in order to determine the parameters required to allow this observed in- situ differentiation-accumulation processes. Strong constraints such as total emplacement durations (ca. 0.8 Ma, TIMS date) and pluton thickness (1.5 Km, gravity model) allow a quantitative estimation of the various parameters required (injection rates, incubation time,...). The results show that in-situ differentiation may be achieved in less than 10 years at such shallow depth, provided that: (1) The differentiating sills are injected beneath consolidated, yet still warm basalt sills, which act as low conductive insulating screens (eastern part formation in the SJDD intrusion). The latter are emplaced in a very short time (800 years) at high injection rate (0.5 m/y) in order to create a "hot zone" in the shallow crust (incubation time). This implies that nearly 1/3 of the pluton (400m) is emplaced by a subsequent and sustained magmatic activity occurring on a short time scale at the very beginning of the system. (2) Once incubation time is achieved, the calculations show that a small hot zone is created at the base of the sill pile, where new injections stay above their solidus T°C and may interact and differentiate. Extraction of differentiated residual liquids might eventually take place and mix with newly injected magma as documented in active syn-emplacement shear-zones within the "warm" part of the pluton. (3) Finally, the model show that in order to maintain a permanent hot zone at shallow level, injection rate must be of 0.03 m/y with injection of 5m thick basaltic sills eveiy 130yr, imply¬ing formation of a 15 km thick pluton. As this thickness is in contradiction with the one calculated for SJDD (1.5 Km) and exceed much the average thickness observed for many shallow level plutons, I infer that there is no permanent hot zone (or magma chambers) at such shallow level. I rather propose formation of small, ephemeral (10-15yr) reservoirs, which represent only small portions of the final size of the pluton. Thermal calculations show that, in the case of SJDD, 5m thick basaltic sills emplaced every 1500 y, allow formation of such ephemeral reservoirs. The latter are formed by several sills, which are in a mushy state and may interact and differentiate during a short time.The mineralogical, chemical and isotopic data presented in this study suggest a signature intermediate be¬tween E-MORB- and arc-like for the SJDD mafic sills and feeder dykes. The mantle source involved produced hydrated magmas and may be astenosphere modified by "arc-type" components, probably related to a sub¬ducting slab. Combined fluid mobile/immobile trace elements and Sr-Nd isotopes suggest that such subduc¬tion components are mainly fluids derived from altered oceanic crust with minor effect from the subducted sediments. Close match between the SJDD compositions and BABB may point to a continental back-arc setting with little crustal contamination. If so, the SjDD intrusion is a major witness of an extensional tectonic regime during the Early-Carboniferous, linked to the subduction of the Rheno-Hercynian Ocean beneath the Variscan terranes. Also of interest is the unusual association of cogenetic (same isotopic compositions) K-feldspar A- type granite and albite-granite. A-type granites may form by magma mixing between the mafic magma and crustal melts. Alternatively, they might derive from the melting of a biotite-bearing quartz-feldspathic crustal protolith triggered by early mafic injections at low crustal levels. Albite-granite may form by plagioclase cu¬mulate remelting issued from A-type magma differentiation.

Growth mechanisms and timing of emplacement of a vertically layered mafic intrusion in the feeder zone of an ocean island volcano (Fuerteventura, Canary islands)

Résumé pour le grand public L'île de Fuerteventura (Canaries) offre l'occasion rare d'observer les racines d'un volcan océanique édifié il y a 25 à 30 millions d'années et complètement érodé. On y voit de nombreux petits plutons de forme et composition variées, témoignant d'autant d'épisodes de l'activité magmatique. L'un de ces plutons, appelé PX1, présente une structure inhabituelle formée d'une alternance de bandes verticales d'épaisseur métrique à hectométrique de roches sombres de composition pyroxénilique ou gabbroïque. Les pyroxénites résultent clairement de l'accumulation de cristaux de pyroxènes et non de la simple solidification d'un magma? Se pose dès lors la question de la nature du processus qui a conduit à l'accumulation verticale de niveaux concentrés en pyroxènes. En effet, les litages pyroxénitiques classiques sont subhorizontaux, car ils résultent de l'accumulation gravitaire des cristaux séparés du magma dont ils cristalli¬sent par sédimentation. Cette étude vise à identifier et comprendre les mécanismes qui ont engendré ce Iitage minéralogique vertical et l'im¬portant volume de ces faciès cumulatifs. Nous nous sommes également intéressés aux conditions de pression et de température régnant au moment de la mise en place du pluton, ainsi qu'à sa durée de vie et à sa vitesse de refroidis¬sement. Enfin une approche géochimique nous a permis de préciser la nature de la source mantellique des magmas liés à cette activité magmatique. PX1 est en réalité un complexe filonien formé à des conditions de pression et de température de 1-2 kbar et 1050- 1100°C; sa construction a nécessité au moins 150 km3 de magma. L'alternance d'horizons gabbroïques et pyroxéniti¬ques représente des injections successives de magma sous la forme de filons verticaux, mis en place dans un contexte régional en extension. L'étude des orientations des minéraux dans ces faciès révèle que les horizons gabbroïques enregistrent l'extension régionale, alors que les pyroxénites sont générées par une compaction au sein du pluton. Ceci suggère que le régime des contraintes, qui était extensif lors de l'initiation de la mise en place de PX1, est pério¬diquement devenu compressif au sein même du pluton. Cette compression serait liée à des cycles de mise en place où la vitesse de croissance du pluton dépassait celle de l'extension régionale. La différenciation observée au sein de chaque horizon, depuis des pyroxénites riches en olivine jusqu'à des pyroxé¬nites à plagioclase interstitiel et des gabbros, ainsi que la composition géochimique des minéraux qui les constituent suggèrent que chaque filon vertical s'est mis en place à partir d'un magma de composition identique, puis a évolué indépendamment des autres en fonction du régime thermique et du régime des contraintes local. Lorsque le magma en train de cristalliser s'est trouvé en compression, le liquide résiduel a été séparé des cristaux déjà formés et extrait du système, laissant derrière lui une accumulation de cristaux dont la nature et les proportions dépendaient du stade de cristallisation atteint par le magma au moment de l'extraction. Ainsi, les niveaux de pyroxénites à olivine (premier minéral à cristalliser) ont été formés lorsque le magma correspondant était encore peu cristallisé; à l'inverse, les py¬roxénites riches en plagioclase (minéral plus tardif dans la séquence de cristallisation) et certains gabbros à caractère cumulatif résultent d'une compression tardive dans le processus de cristallisation du filon concerné. Les liquides résiduels extraits des niveaux pyroxénitiques sont rarement observés dans PX1, certaines poches et filonets de com¬position anorthositique pourraient en être les témoins. L'essentiel de ces liquides a probablement gagné des niveaux supérieurs du pluton, voire la surface du volcan. L'origine du régime compressif périodique affectant les filons en voie de cristallisation est attribuée aux injections suivantes de magma au sein du pluton, qui se sont succédées à un rythme plus rapide que la vitesse de consolidation des filons. Des datations U/Pb de haute précision sur des cristaux de zircon et de baddeleyite ainsi que40Ar/39Ar sur des cris¬taux d'amphibole révèlent une initiation de la mise en place de PX1 il y a 22.1 ± 0,7 Ma; celle-ci a duré quelque 0,48 ± 0,22 à 0,52 ± 0,29 Ma. Ce laps de temps est compatible avec celui nécessaire à la cristallisation des filons individuels, qui va de moins d'une année lors de l'initiation du magmatisme à 5 ans lors du maximum d'activité de PX1. La présence de cristaux résorbés enregistrant une cristallisation complexe suggère l'existence d'une chambre mag¬matique convective sous-jacente à PX1 et périodiquement rechargée. Les compositions isotopiques des roches étu¬diées révèlent une source mantellique profonde de type point chaud avec une contribution du manteau lithosphéri- que métasomatisé présent sous les îles Canaries. Résumé L'intrusion mafique Miocène PX1 fait partie du soubassement superficiel (0.15-0.2 GPa, 1100 °Q d'un volcan d'île océanique. La particularité de ce pluton est l'existence d'alternances d'unités de gabbros et de pyroxénites qui met¬tent en évidence un litage magmatique vertical (NNE-SSW). Les horizons gabbroiques et pyroxénitiques sont constitués d'unités de différenciation métriques qui suggèrent tine mise en place par injections périodiques de filons verticaux de magma formant un complexe filonien. Chaque filon vertical a subi une différenciation parallèle à un front de solidification sub-vertical parallèle aux bords du filon. Les pyroxénites résultent du fractionnement et de l'accumulation d'olivine ± clinopyroxene ± plagioclase à partir d'un magma basaltique faiblement alcalin et sont interprétées comme étant des imités de différenciation tronquées dont le liquide interstitiel a été extrait par compaction. L'orientation préférentielle des clinopyroxènes dans ces pyroxe- nites (obtenues par analyse EBSD et micro-tomographique) révèle une composante de cisaillement simple dans la genèse de ces roches, ce qui confirme cette interprétation. La compaction des pyroxénites est probablement causée par a mise en place de filons de magma suivants. Le liquide interstitiel expulsé est probablement par ces derniers. Les clinopyroxènes des gabbros, montrent une composante de cisaillement pure suggérant qu'ils sont affectés par une déformation syn-magmatique parallèle aux zones de cisaillement NNE-SSW observées autour de PX1 et liées au contexte tectonique Miocène d'extension régionale. Ceci suggère que les gabbros sont liés à des taux de mise en place faibles à la fin de cycles d'activité magmatique et sont peu ou pas affectés par la compaction. L'initiation et la géométrie de PX1 sont donc contrôlées par le contexte tectonique régional d'extension alors que les taux et les volumes de magma dépendent de facteurs liés à la source. Des taux d'injection élevés résultent probable¬ment en une croissance du pluton supérieure à la place crée par cette extension. Dans ce cas de figure, la propagation des nouveaux dykes et l'inaptitude du magma à circuler à travers les anciens dykes cristallisés pourrait causer une augmentation de la pression non-lithostatique sur ces derniers, exprimée par un cisaillement simple et l'expulsion du liquide interstitiel qu'ils contiennent (documenté par les zones de collecte anorthositiques). Les compositions en éléments majeurs et traces des gabbros et pyroxenites de PX1 sont globalement homogènes et dépendent de la nature cumulative des échantillons. Cependant, de petites variations des concentrations en éléments traces ainsi que les teneurs en éléments traces des bordures de clinopyroxenes suggèrent que ces derniers ont subi un processus de rééquilibrage et de cristallisation in situ. L'homogénéité des compositions chimiques des échantillons, ainsi que la présence de grains de clinopyroxene résorbés suggère que le complexe filonien PX1 s'est mis en place au dessus d'une chambre magmatique périodiquement rechargée dans laquelle la convection est efficace. Chaque filon est donc issu d'un même magma, mais a subi une différenciation par cristallisation in situ (jusqu'à 70% de fraction¬nement) indépendamment des autres. Dans ces filons cristallisés, les minéraux cumulatifs subissent un rééquilibrage partiel avec les liquide interstitiel avant que ce dernier ne soit expulsé lors de la compaction (mettant ainsi un terme à la différenciation). Ce modèle de mise en place signifie qu'un minimum de 150Km3 de magma est nécessaire à la genèse de PX1, une partie de ce volume ayant été émis par le 'Central Volcanic Complex' de Fuerteventura. Les rapports isotopiques radiogéniques mesurés révèlent la contribution de trois pôles mantelliques dans la genèse du magma formant PX1. Le mélange de ces pôles HIMU, DMM et EM1 refléterai l'interaction du point chaud Cana¬rien avec un manteau lithosphérique hétérogène métasomatisé. Les petites variations de ces rapports et des teneurs en éléments traces au sein des faciès pourrait refléter des taux de fusion partielle variable de la source, résultant en un échantillonnage variable du manteau lithosphérique métasomatisé lors de son interaction avec le point chaud. Des datations U/Pb de haute précision (TIMS) sur des cristaux de zircon et de baddeleyite extraits de gabbros de PX1 révèlent que l'initiation de la cristallisation du magma a eu lieu il y a 22.10±0.07 Ma et que l'activité magmatique a duré un minimum de 0.48 à 0.52 Ma. Des âges 40Ar/39Ar obtenus sur amphibole sont de 21.9 ± 0.6 à 21.8 ± 0.3 Ma, identiques aux âges U/Pb. La combinaison de ces méthodes de datations, suggère que le temps maximum nécessaire à PX1 pour se refroidir en dessous de la température de fermeture de l'amphibole est de 0.8Ma. Ceci signifie que la durée de vie de PX1 est de 520 000 à 800 000 ans. La coexistence de cristaux de baddeleyite et de zircon dans un gabbro est attribuée à son interaction avec un fluide riche en C02 relâché par les carbonatites encaissantes lors du métamorphisme de contact généré par la mise en place de PX1 environ 160 000 ans après le début de sa mise en place. Les durées de vie obtenue sont en accord avec le modèle de mise en place suggérant une durée de cristallisation poux chaque filon allant de 1 an à 5 ans. Abstract The Miocene PX1 gabbro-pyroxenite intrusion (Fuerteventura, Canary Islands), is interpreted as the shallow-level feeder-zone (0.15-0.2 GPa and 1100-1120°C), to an ocean island volcano. The particularity of PX1 is that it displays a NNE-SSW trending vertical magmatic banding expressed by alternating gabbro and pyroxeriite sequences. The gabbro and pyroxenite sequences consist of metre-thick differentiation units, which suggest emplacement by pe¬riodic injection of magma pulses as vertical dykes that amalgamated, similarly to a sub-volcanic sheeted dyke com¬plex. Individual dykes underwent internal differentiation following a solidification front (favoured by a significant lateral/horizontal thermal gradient) parallel to the dyke edges. Pyroxenitic layers result from the fractionation and accumulation of clinopyroxene ± olivine ± plagioclase crystals from a mildly alkaline basaltic liquid and are interpre¬ted as truncated differentiation sequences, from which residual melts were extracted by compaction. Clinopyroxene mineral orientation in pyroxenites (evidenced by EBSD and micro X-ray tomography analysis) display a marked pure shear component, supporting this interpretation. Compaction and squeezing of the crystal mush is ascribed to the incoming and inflating magma pulses. The resulting expelled interstitial liquid was likely collected and erupted along with the magma flowing through the newly injected dykes. Gabbro sequences represent crystallised coalesced magma batches, emplaced at lower rates at the end of eruptive cycles, and underwent minor melt extraction as evi¬denced by clinopyroxene orientations that record a simple shear component suggesting syn-magmatic deformation parallel to observed NNF.-SSW trending shear-zones induced by the regional tensional Miocene stress-field. The initiation and geometry of PX1 is controlled by the regional extensional tectonic regime whereas rates and vo¬lumes of magma depend on source-related factors. High injection rates are likely to induce intrusion growth rates larger than could be accommodated by the regional extension. In this case, dyke tip geometry and the inability of magma to circulate through previously emplaced and crystallised dykes could result in an increase of non-lithostatic pressure on previously emplaced mushy dyke walls; generating strong pure-shear compaction and interstitial melt expulsion within the feeder-zone as recorded by the cumulitic pyroxenite bands and anorthositic collection zones. The whole-rock major and trace-element chemistry of PX1 gabbros and pyroxenites is globally homogeneous and controlled by the cumulate nature of the samples (i.e. on the modal proportions of olivine, pyroxene, plagioclase and oxides). However, small variations of whole-rock trace-element contents as well as trace-element contents of clinopyroxene rims suggest that in-situ re-equilibration and crystallisation has occurred. Additionally, the global homogeneity and presence of complex zoning of rare resorbed clinopyroxene crystals suggest that the PX1 feeder- zone overlies a periodically replenished and efficiently mixed magma chamber. Each individual dyke of magma thus originated from a compositionally constant mildly alkaline magma and differentiated independently from the others reaching up to 70% fractionation. Following dyke arrest these are affected by interaction with the trapped interstitial liquid prior to its compaction-linked expulsion (thus stopping the differentiation process). This emplacement model implies that minimum amount of approximately 150 km3 of magma is needed to generate PX1, part of it having been erupted through the overlying Central Volcanic Complex of Fuerteventura. The radiogenic isotope ratios of PX1 samples reveal the contribution on three end-members during magma genesis. This mixing of the H1MU, EMI and DMM end-members could reflect the interaction of the deep-seated Canarian mantle plume with a heterogeneous metasomatic and sepentininsed lithospheric mantle. Additionally, the observed trace-element and isotopic variations within the same fades groups could reflect varying degrees of partial melting of the source region, thus tapping more or less large areas of the metasomatised lithospheric mantle during interac¬tion with the plume. High precision ID-TIMS U/Pb zircon and baddeleyite ages from the PX1 gabbro samples, indicate initiation of magma crystallisation at 22.10 ± 0.07 Ma. The magmatic activity lasted a minimum of 0.48 to 0.52 Ma. 40Ar/39Ar amphibole ages are of 21.9 ± 0.6 to 21.8 ± 0.3, identical within errors to the U/Pb ages. The combination of the 40Ar/39Ar and U/Pb datasets imply that the maximum amount of time PX1 took to cool below amphibole Tc is 0.8 Ma, suggesting PX1 lifetime of 520 000 to 800 000 years. On top of this, the coexistence of baddeleyite and zircon in a single sample is ascribed to the interaction of PX1 with C02-rich carbonatite-derived fluids released from the host-rock carbonatites during contact metamorphism 160 000 years after PX1 initiation. These ages are in agreement with the emplacement model, implying a crystallisation time of less than 1 to 5 years for individual dykes.