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.

The role of basalt replenishment in the generation of basaltic andesites of the ongoing activity at Arenal volcano, Costa Rica: evidence from clinopyroxene and spinel

The bulk composition of magma erupted from Volcan Arenal has remained nearly constant (SiO2 = 53.6-54.9 wt%; MgO = 5.0-4.5 wt%) during almost 30 years of continuous activity (1969-1996). None the less, clinopyroxene (cpx) phenocrysts and their spinel inclusions record a much more complex open-system evolution in which steady-state production of the erupted basaltic andesitic magma is linked to episodic injections of basalt into Arenal's magma conduit/reservoir system. High-resolution major element zoning profiles (electron microprobe) on a large number of phenocrysts (>14,000 analyses), tied to back-scattered electron (BSE) images, have been used to assess the compositional characteristics of the magmatic end members as well as the timing and dynamics of magma replenishment events. No two cpx phenocrysts have exactly the same zoning profile. The vast majority of our analyses record the crystallization of cpx (Cr2O3 < 0.12 wt%; Mg# = 65-79; Al/Ti = 2-7) from a liquid comparable to or more evolved than erupted magma compositions. However, half of all cpx grains are cored by high-Cr cpx (Cr2O3 = 0.2-0.72 wt%) or contain similar basaltic compositions as abrupt growth bands in phenocrysts with and without high-Cr cores; phenocrysts with high-Cr cpx occur throughout the ongoing activity. In a few cases, high-Cr cpx occurs very near the outer margin of the grain without an apparent growth hiatus, particularly in 1968/69 and 1992/93. The main conclusions are: (1) all basaltic andesitic lavas erupted at Arenal during the ongoing activity that began in July, 1968, are the products of magma mixing, (2) clinopyroxenes record multiple replenishment events of basaltic magma in contrast to the near constancy of erupted bulk compositions, (3) some phenocrysts preserve records of multiple interactions with basaltic magmas requiring magmatic processes to operate on time-scales shorter than residence times of some phenocrysts, (4) multiple occurrences of clinopyroxene with high-Cr rims suggest that basalt replenishment events have occurred with sub-decadal frequency and may predate eruption by months or less. From this we infer that Arenal volcano is underlain by a continuously active, small-volume magmatic reservoir maintained in quasi-steady state by basalt recharge over several decades. The monotony of erupting Arenal magmas implies that fractionation, recharge, ascent, and eruption are well balanced in order for magmas to be essentially uniform while containing phenocrysts with vastly different growth histories at the time of eruption.

Enriched basaltic andesites from mid-crustal fractional crystallization, recharge, and assimilation (Pilavo Volcano, Western Cordillera of Ecuador)

The origin of andesite is an important issue in petrology because andesite is the main eruptive product at convergent margins, corresponds to the average crustal composition and is often associated with major Cu-Au mineralization. In this study we present petrographic, mineralogical, geochemical and isotopic data for basaltic andesites of the latest Pleistocene Pilavo volcano, one of the most frontal volcanoes of the Ecuadorian Quaternary arc, situated upon thick (30-50 km) mafic crust composed of accreted Cretaceous oceanic plateau rocks and overlying mafic to intermediate Late Cretaceous-Late Tertiary magmatic arcs. The Pilavo rocks are basaltic andesites (54-57 center dot 5 wt % SiO(2)) with a tholeiitic affinity as opposed to the typical calc-alkaline high-silica andesites and dacites (SiO(2) 59-66 wt %) of other frontal arc volcanoes of Ecuador (e.g. Pichincha, Pululahua). They have much higher incompatible element contents (e.g. Sr 650-1350 ppm, Ba 650-1800 ppm, Zr 100-225 ppm, Th 5-25 ppm, La 15-65 ppm) and Th/La ratios (0 center dot 28-0 center dot 36) than Pichincha and Pululahua, and more primitive Sr ((87)Sr/(86)Sr similar to 0 center dot 7038-0 center dot 7039) and Nd (epsilon(Nd) similar to +5 center dot 5 to +6 center dot 1) isotopic signatures. Pilavo andesites have geochemical affinities with modern and recent high-MgO andesites (e.g. low-silica adakites, Setouchi sanukites) and, especially, with Archean sanukitoids, for both of which incompatible element enrichments are believed to result from interactions of slab melts with peridotitic mantle. Petrographic, mineral chemistry, bulk-rock geochemical and isotopic data indicate that the Pilavo magmatic rocks have evolved through three main stages: (1) generation of a basaltic magma in the mantle wedge region by flux melting induced by slab-derived fluids (aqueous, supercritical or melts); (2) high-pressure differentiation of the basaltic melt (at the mantle-crust boundary or at lower crustal levels) through sustained fractionation of olivine and clinopyroxene, leading to hydrous, high-alumina basaltic andesite melts with a tholeiitic affinity, enriched in incompatible elements and strongly impoverished in Ni and Cr; (3) establishment of one or more mid-crustal magma storage reservoirs in which the magmas evolved through dominant amphibole and clinopyroxene (but no plagioclase) fractionation accompanied by assimilation of the modified plutonic roots of the arc and recharge by incoming batches of more primitive magma from depth. The latter process has resulted in strongly increasing incompatible element concentrations in the Pilavo basaltic andesites, coupled with slightly increasing crustal isotopic signatures and a shift towards a more calc-alkaline affinity. Our data show that, although ultimately originating from the slab, incompatible element abundances in arc andesites with primitive isotopic signatures can be significantly enhanced by intra-crustal processes within a thick juvenile mafic crust, thus providing an additional process for the generation of enriched andesites.

A Miocene mud volcano and its plumbing system: A chaotic complex revisited (Monferrato, NW Italy)

Chaotic deposits are frequently reported in the geological literature and are commonly interpreted as olistostromes or tectonic melanges. A chaotic complex in the Cenozoic succession of Monferrato (NW Italy) consists of interbedded mud breccia and burrowed silty clays that are pierced by sheared mud breccias and embed carbonate-cemented blocks. These may be represented by microcrystalline limestones or strongly cemented matrix-supported breccias locally containing remains of chemosymbiotic organisms (lucinid bivalves). Moreover, cylindrical concretions, up to 15 cm in diameter and 1 m long, occur in the chaotic complex and crosscut bedding planes at high angles. The cement of all these lithified portions is mainly dolomite characterized by low delta(13)C values (from -10.3 to -23parts per thousand PDB) and delta(18)O values up to + 7parts per thousand PDB. The delta(13)C values testify to precipitation of carbonates induced by microbial oxidation of methane, whereas the markedly positive delta(18)C signature, ubiquitous in the cylindrical concretions, is the evidence for the presence and destabilization of gas hydrates. The studied section provides a well-exposed example of the geological record of the birth, life, and death of a mud volcano. Unsheared, soft mud breccias represent mud flows along the flanks of the volcano, whereas sheared mud breccias are the result of the injection of unconsolidated overpressured fine-grained sediments, both taking place during ``eruptive'' phases. They were followed by more quiet stages of hemipelagic sedimentation, burrowing, and CH4 seeping. The cylindrical concretions represent the first described ancient example of the chimneys observed in present-day mud-volcano settings. They are the remnants of a cold-seep plumbing network that crosscut the mud volcano edifice. The chimneys were the pathway for the expulsion toward the sea floor of gas- and sediment-charged fluids likely originated from destabilization of methane gas hydrates. The association of mud breccias and methane-derived carbonates may not be due to mass gravity flows but can be primary and, therefore, is a diagnostic criterion for recognizing chaotic deposits due to mud volcano activity in the geological record.

Lifetime of an ocean island volcano feeder zone: constraints from U-Pb dating on coexisting zircon and baddeleyite, and 40Ar/39Ar age determinations, Fuerteventura, Canary Islands

High-precision isotope dilution - thermal ionization mass spectrometry (ID-TIMS) U-Pb zircon and baddeleyite ages from the PX1 vertically layered mafic intrusion Fuerteventura, Canary Islands, indicate initiation of magma crystallization at 22.10 +/- 0.07 Ma. The magmatic activity lasted a minimum of 0.52 Ma. Ar-40/Ar-39 amphibole dating yielded ages from 21.9 +/- 0.6 to 21.8 +/- 0.3, identical within errors to the U-Pb ages, despite the expected 1% theoretical bias between Ar-40/Ar-39 and U-Pb dates. This overlap could result from (i) rapid cooling of the intrusion (i. e., less than the 0.3 to 0.6 Ma 40Ar/39Ar age uncertainties) from closure temperatures (T-c) of zircon (699-988 degrees C) to amphibole (500-600 degrees C); (ii) lead loss affecting the youngest zircons; or (iii) excess argon shifting the plateau ages towards older values. The combination of the Ar-40/Ar-39 and U/Pb datasets implies that the maximum amount of time PX1 intrusion took to cool below amphibole T-c is 0.8 Ma, suggesting PX1 lifetime of 520 000 to 800 000 Ma. Age disparities among coexisting baddeleyite and zircon (22.10 +/- 0.07/0.08/0.15 Ma and 21.58 +/- 0.15/0.16/0.31 Ma) in a gabbro sample from the pluton margin suggest complex genetic relationships between phases. Baddeleyite is found preserved in plagioclase cores and crystallized early from low silica activity magma. Zircon crystallized later in a higher silica activity environment and is found in secondary scapolite and is found close to calcite veins, in secondary scapolite that recrystallised from plagioclase. close to calcite veins. Oxygen isotope delta O-18 values of altered plagioclase are high (+7.7), indicating interaction with fluids derived from host-rock carbonatites. The coexistence of baddeleyite and zircon is ascribed to interaction of the PX1 gabbro with CO2-rich carbonatite-derived fluids released during contact metamorphism.

Mineral inventory of continuously erupting basaltic andesites at Arenal volcano, Costa Rica: implications for interpreting monotonous, crystal-rich, mafic arc stratigraphies

Except for the first 2 years since July 29, 1968, Arenal volcano has continuously erupted compositionally monotonous and phenocryst-rich (similar to35%) basaltic andesites composed of plagioclase (plag), orthopyroxene (opx), clinopyroxene (cpx), spinel olivine. Detailed textural and compositional analyses of phenocrysts, mineral inclusions, and microlites reveal comparable complexities in any given sample and identify mineral components that require a minimum of four crystallization environments. We suggest three distinct crystallization environments crystallized low Mg# (<78) silicate phases from andesitic magma but at different physical conditions, such as variable pressure of crystallization and water conditions. The dominant environment, i.e., the one which accounts for the majority of minerals and overprinted all other assemblages near rims of phenocrysts, cocrystallized clinopyroxene (Mg# similar to71-78), orthopyroxene (Mg# similar to71-78), titanomagnetite and plagioclase (An(60) to An(85)). The second environment cocrystallized clinopyroxene (Mg# 71-78), olivine (<Fo(78)), titanomagnetite, and very high An (similar to90) plagioclase, while the third cocrystallized clinopyroxene (Mg# 71-78) with high (>7) Al/Ti and high (>4 wt.%) Al2O3, titanomagnetite with considerable Al2O3 (10-18 wt.%) and possibly olivine but appears to lack plagioclase. A fourth crystallization environment is characterized by clinopyroxene (e.g., Mg#=similar to78-85; Cr2O3=0.15-0.7 wt.%), Al-, Cr-rich spinel olivine (similar toFo(80)), and in some circumstances high-An (>80) plagioclase. This assemblage seems to record mafic inputs into the Arenal system and crystallization at high to low pressures. Single crystals cannot be completely classified as xenocrysts, antecrysts (cognate crystals), or phenocrysts, because they often contain different parts each representing a different crystallization environment and thus belong to different categories. Bulk compositions are mostly too mafic to have crystallized the bulk of ferromagnesian minerals and thus likely do not represent liquid compositions. On the other hand, they are the cumulative products of multiple mixing events assembling melts and minerals from a variety of sources. The driving force for this multistage mixing evolution to generate erupting basaltic andesites is thought to be the ascent of mafic magma from lower crustal levels to subvolcanic depths which at the same time may also go through compositional modification by fractionation and assimilation of country rocks. Thus, mafic magmas become basaltic andesite through mixing, fractionation and assimilation by the time they arrive at subvolcanic depths. We infer new increments of basaltic andesite are supplied nearly continuously to the subvolcanic reservoir concurrently to the current eruption and that these new increments are blended into the residing, subvolcanic magma. Thus, the compositional monotony is mostly the product of repetitious production of very similar basaltic andesite. Furthermore, we propose that this quasi-constant supply of small increments of magma is the fundamental cause for small-scale, decade-long continuous volcanic activity; that is, the current eruption of Arenal is flux-controlled by inputs of mantle magmas. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

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.

Volcanic debris avalanche deposits of the upper Maronne valley (Cantal Volcano, France): evidence for contrasted formation and transport mechanisms

The deposits of two volcanic debris avalanches (VDA I and II) that occur in the upper Maronne valley, northwest sector of Cantal Volcano, France, were studied to establish their mechanisms of formation, transport and deposition. These two volcanic debris avalanches that clearly differ with regard to their structures, textures and extensions, exemplify the wide spectrum of events associated with large-scale sector collapse. VDA I is voluminous (similar to1 km(3) in the upper Maronne valley) and widespread. The deposits comprise two distinct facies: the block facies that forms the intermediate and upper part of the unit and the mixed facies that crops out essentially at the base of the unit. The block facies consists of more or less brecciated lava, block-and-ash-flow breccia and pumice-flow tuff megablocks set in breccias resulting from block disaggregation. Mixing and differential movements are almost absent in this part of the VDA. The mixed facies consists of breccias rich in fine particles that originate from block disagregation, as well as being picked up from the substratum during movement. Mixing and differential movements are predominant in this zone. Analysis of fractures on lava megablocks suggests that shear stress during the initial sliding is the principal cause of fracture. These data strongly indicate that VDA I is purely gravitational and argue for a model in which the initial sliding mass transforms into a flow due to differential in situ fragmentation caused by the shear stress. VDA II is restricted to low-topography areas. Its volume, in the studied area, is about 0.3 km(3). The deposits consist of brecciated, rounded blocks and megablocks set in a fine-grained matrix composed essentially of volcanic glass. This unit is stratified, with a massive layer that contains all the megablocks at the base and in the intermediate part, and in the upper part a normally graded layer that contains only blocks <1 m in size. The different lithologies present are totally mixed. These observations suggest that VDA II may be of the Bezymianny-type and that it underwent a flow transformation from a turbulent to a stratified flow consisting of a basal hyperconcentrated laminar body overlain by a dilute layer. (C) 2000 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

3-D density structure and geological evolution of Stromboli volcano (Aeolian Islands, Italy) inferred from land-based and sea-surface gravity data

We present the first density model of Stromboli volcano (Aeolian Islands, Italy) obtained by simultaneously inverting land-based (543) and sea-surface (327) relative gravity data. Modern positioning technology, a 1 x 1 m digital elevation model, and a 15 x 15 m bathymetric model made it possible to obtain a detailed 3-D density model through an iteratively reweighted smoothness-constrained least-squares inversion that explained the land-based gravity data to 0.09 mGal and the sea-surface data to 5 mGal. Our inverse formulation avoids introducing any assumptions about density magnitudes. At 125 m depth from the land surface, the inferred mean density of the island is 2380 kg m(-3), with corresponding 2.5 and 97.5 percentiles of 2200 and 2530 kg m-3. This density range covers the rock densities of new and previously published samples of Paleostromboli I, Vancori, Neostromboli and San Bartolo lava flows. High-density anomalies in the central and southern part of the island can be related to two main degassing faults crossing the island (N41 and NM) that are interpreted as preferential regions of dyke intrusions. In addition, two low-density anomalies are found in the northeastern part and in the summit area of the island. These anomalies seem to be geographically related with past paroxysmal explosive phreato-magmatic events that have played important roles in the evolution of Stromboli Island by forming the Scari caldera and the Neostromboli crater, respectively. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Oceanic intraplate volcanoes exposed: Example from seamounts accreted in Panama

Two Paleogene ocean islands are exposed in the Azuero Peninsula, west Panama, within sequences accreted in the early-Middle Eocene. A multidisciplinary approach involving litho-logic mapping, paleontological age determinations, and petrological study allows reconstruction of the stratigraphy and magmatic evolution of one of these intraplate oceanic volcanoes. From base to top, the volcano's structure comprises submarine basaltic lava flows locally interlayered with hemipelagic sediments, basaltic breccias, shallow-water limestones, and subaerial basaltic lava. Gabbros and basaltic dikes were emplaced along a rift zone of the island. Geochemical trends of basaltic lavas include decreased Mg# {[Mg/(Mg + Fe)] * 100} and, with time, increased incompatible element contents thought to be representative of many poorly documented intraplate volcanoes in the Pacific. Our results show that, in addition to deep drilling, the roots of oceanic islands can be explored through studies of accreted and subaerially exhumed oceanic sequences.

Contact metamorphism and emplacement of the western Adamello tonalite

The geodynamic forces acting in the Earth's interior manifest themselves in a variety of ways. Volcanoes are amongst the most impressive examples in this respect, but like with an iceberg, they only represent the tip of a more extensive system hidden underground. This system consists of a source region where melt forms and accumulates, feeder connections in which magma is transported towards the surface, and different reservoirs where it is stored before it eventually erupts to form a volcano. A magma represents a mixture of melt and crystals. The latter can be extracted from the source region, or form anywhere along the path towards their final crystallization place. They will retain information of the overall plumbing system. The host rocks of an intrusion, in contrast, provide information at the emplacement level. They record the effects of thermal and mechanical forces imposed by the magma. For a better understanding of the system, both parts - magmatic and metamorphic petrology - have to be integrated. I will demonstrate in my thesis that information from both is complementary. It is an iterative process, using constraints from one field to better constrain the other. Reading the history of the host rocks is not always straightforward. This is shown in chapter two, where a model for the formation of clustered garnets observed in the contact aureole is proposed. Fragments of garnets, older than the intrusive rocks are overgrown by garnet crystallizing due to the reheating during emplacement of the adjacent pluton. The formation of the clusters is therefore not a single event as generally assumed but the result of a two-stage process, namely the alteration of the old grains and the overgrowth and amalgamation of new garnet rims. This makes an important difference when applying petrological methods such as thermobarometry, geochronology or grain size distributions. The thermal conditions in the aureole are a strong function of the emplacement style of the pluton. therefore it is necessary to understand the pluton before drawing conclusions about its aureole. A study investigating the intrusive rocks by means of field, geochemical, geochronologi- cal and structural methods is presented in chapter three. This provided important information about the assembly of the intrusion, but also new insights on the nature of large, homogeneous plutons and the structure of the plumbing system in general. The incremental nature of the emplacement of the Western Adamello tonalité is documented, and the existence of an intermediate reservoir beneath homogeneous plutons is proposed. In chapter four it is demonstrated that information extracted from the host rock provides further constraints on the emplacement process of the intrusion. The temperatures obtain by combining field observations with phase petrology modeling are used together with thermal models to constrain the magmatic activity in the immediate intrusion. Instead of using the thermal models to control the petrology result, the inverse is done. The model parameters were changed until a match with the aureole temperatures was obtained. It is shown, that only a few combinations give a positive match and that temperature estimates from the aureole can constrain the frequency of ancient magmatic systems. In the fifth chapter, the Anisotropy of Magnetic Susceptibility of intrusive rocks is compared to 3D tomography. The obtained signal is a function of the shape and distribution of ferromagnetic grains, and is often used to infer flow directions of magma. It turns out that the signal is dominated by the shape of the magnetic crystals, and where they form tight clusters, also by their distribution. This is in good agreement with the predictions made in the theoretical and experimental literature. In the sixth chapter arguments for partial melting of host rock carbonates are presented. While at first very surprising, this is to be expected when considering the prior results from the intrusive study and experiments from the literature. Partial melting is documented by compelling microstructures, geochemical and structural data. The necessary conditions are far from extreme and this process might be more frequent than previously thought. The carbonate melt is highly mobile and can move along grain boundaries, infiltrating other rocks and ultimately alter the existing mineral assemblage. Finally, a mineralogical curiosity is presented in chapter seven. The mineral assemblage magne§site and calcite is in apparent equilibrium. It is well known that these two carbonates are not stable together in the system Ca0-Mg0-Fe0-C02. Indeed, magnesite and calcite should react to dolomite during metamorphism. The presented explanation for this '"forbidden" assemblage is, that a calcite melt infiltrated the magnesite bearing rock along grain boundaries and caused the peculiar microstructure. This is supported by isotopie disequilibrium between calcite and magnesite. A further implication of partially molten carbonates is, that the host rock drastically looses its strength so that its physical properties may be comparable to the ones of the intrusive rocks. This contrasting behavior of the host rock may ease the emplacement of the intrusion. We see that the circle closes and the iterative process of better constraining the emplacement could start again. - La Terre est en perpétuel mouvement et les forces tectoniques associées à ces mouvements se manifestent sous différentes formes. Les volcans en sont l'un des exemples les plus impressionnants, mais comme les icebergs, les laves émises en surfaces ne représentent que la pointe d'un vaste système caché dans les profondeurs. Ce système est constitué d'une région source, région où la roche source fond et produit le magma ; ce magma peut s'accumuler dans cette région source ou être transporté à travers différents conduits dans des réservoirs où le magma est stocké. Ce magma peut cristalliser in situ et produire des roches plutoniques ou alors être émis en surface. Un magma représente un mélange entre un liquide et des cristaux. Ces cristaux peuvent être extraits de la source ou se former tout au long du chemin jusqu'à l'endroit final de cristallisation. L'étude de ces cristaux peut ainsi donner des informations sur l'ensemble du système magmatique. Au contraire, les roches encaissantes fournissent des informations sur le niveau d'emplacement de l'intrusion. En effet ces roches enregistrent les effets thermiques et mécaniques imposés par le magma. Pour une meilleure compréhension du système, les deux parties, magmatique et métamorphique, doivent être intégrées. Cette thèse a pour but de montrer que les informations issues de l'étude des roches magmatiques et des roches encaissantes sont complémentaires. C'est un processus itératif qui utilise les contraintes d'un domaine pour améliorer la compréhension de l'autre. Comprendre l'histoire des roches encaissantes n'est pas toujours aisé. Ceci est démontré dans le chapitre deux, où un modèle de formation des grenats observés sous forme d'agrégats dans l'auréole de contact est proposé. Des fragments de grenats plus vieux que les roches intru- sives montrent une zone de surcroissance générée par l'apport thermique produit par la mise en place du pluton adjacent. La formation des agrégats de grenats n'est donc pas le résultat d'un seul événement, comme on le décrit habituellement, mais d'un processus en deux phases, soit l'altération de vieux grains engendrant une fracturation de ces grenats, puis la formation de zone de surcroissance autour de ces différents fragments expliquant la texture en agrégats observée. Cette interprétation en deux phases est importante, car elle engendre des différences notables lorsque l'on applique des méthodes pétrologiques comme la thermobarométrie, la géochronologie ou encore lorsque l'on étudie la distribution relative de la taille des grains. Les conditions thermales dans l'auréole de contact dépendent fortement du mode d'emplacement de l'intrusion et c'est pourquoi il est nécessaire de d'abord comprendre le pluton avant de faire des conclusions sur son auréole de contact. Une étude de terrain des roches intrusives ainsi qu'une étude géochimique, géochronologique et structurale est présente dans le troisième chapitre. Cette étude apporte des informations importantes sur la formation de l'intrusion mais également de nouvelles connaissances sur la nature de grands plutons homogènes et la structure de système magmatique en général. L'emplacement incrémental est mis en évidence et l'existence d'un réservoir intermédiaire en-dessous des plutons homogènes est proposé. Le quatrième chapitre de cette thèse illustre comment utiliser l'information extraite des roches encaissantes pour expliquer la mise en place de l'intrusion. Les températures obtenues par la combinaison des observations de terrain et l'assemblage métamorphique sont utilisées avec des modèles thermiques pour contraindre l'activité magmatique au contact directe de cette auréole. Au lieu d'utiliser le modèle thermique pour vérifier le résultat pétrologique, une approche inverse a été choisie. Les paramètres du modèle ont été changés jusqu'à ce qu'on obtienne une correspondance avec les températures observées dans l'auréole de contact. Ceci montre qu'il y a peu de combinaison qui peuvent expliquer les températures et qu'on peut contraindre la fréquence de l'activité magmatique d'un ancien système magmatique de cette manière. Dans le cinquième chapitre, les processus contrôlant l'anisotropie de la susceptibilité magnétique des roches intrusives sont expliqués à l'aide d'images de la distribution des minéraux dans les roches obtenues par tomographie 3D. Le signal associé à l'anisotropie de la susceptibilité magnétique est une fonction de la forme et de la distribution des grains ferromagnétiques. Ce signal est fréquemment utilisé pour déterminer la direction de mouvement d'un magma. En accord avec d'autres études de la littérature, les résultats montrent que le signal est dominé par la forme des cristaux magnétiques, ainsi que par la distribution des agglomérats de ces minéraux dans la roche. Dans le sixième chapitre, une étude associée à la fusion partielle de carbonates dans les roches encaissantes est présentée. Si la présence de liquides carbonatés dans les auréoles de contact a été proposée sur la base d'expériences de laboratoire, notre étude démontre clairement leur existence dans la nature. La fusion partielle est documentée par des microstructures caractéristiques pour la présence de liquides ainsi que par des données géochimiques et structurales. Les conditions nécessaires sont loin d'être extrêmes et ce processus pourrait être plus fréquent qu'attendu. Les liquides carbonatés sont très mobiles et peuvent circuler le long des limites de grain avant d'infiltrer d'autres roches en produisant une modification de leurs assemblages minéralogiques. Finalement, une curiosité minéralogique est présentée dans le chapitre sept. L'assemblage de minéraux de magnésite et de calcite en équilibre apparent est observé. Il est bien connu que ces deux carbonates ne sont pas stables ensemble dans le système CaO-MgO-FeO-CO.,. En effet, la magnésite et la calcite devraient réagir et produire de la dolomite pendant le métamorphisme. L'explication présentée pour cet assemblage à priori « interdit » est que un liquide carbonaté provenant des roches adjacentes infiltre cette roche et est responsable pour cette microstructure. Une autre implication associée à la présence de carbonates fondus est que la roche encaissante montre une diminution drastique de sa résistance et que les propriétés physiques de cette roche deviennent comparables à celles de la roche intrusive. Cette modification des propriétés rhéologiques des roches encaissantes peut faciliter la mise en place des roches intrusives. Ces différentes études démontrent bien le processus itératif utilisé et l'intérêt d'étudier aussi bien les roches intrusives que les roches encaissantes pour la compréhension des mécanismes de mise en place des magmas au sein de la croûte terrestre.

Le contact Gondwana - péri-Gondwana dans le Zanskar oriental (Ladakh-Himalaya)

A l'Est du fleuve Zanskar (Ladakh), la zone de suture de l'Indus sépare les nappes de la bordure nord-indienne du Gondwana (Haut-Himalaya, nappes du Zanskar, cristallin de Tso Morari) des éléments péri·gondwaniens du Trans-himalaya. Des recherches géologiques entreprises entre l'Indus el la Tsarap ont montré que: - la molasse autochlone du Ladakh est surmontée par un édifice de flysch et molasses tertiaires, rétrocharrié vers le NordEst et coiffé par les conglomérats post· éocène moyen du Stok Kangri et une formation eontinentale de molasse rouge; - - la zone de suture comprend deux unités. principales : a) au Nord et au Nord-Ouest, l'unité volcano-sédimentaire de Dras-Nindam avec des conglomérats et flysch crétacés, des brèches massives à radiolarHes et roches vertes; cette unité est accompagnée d'un mélange coloré à roches ultra-basiques, blocs exoti(Iues divers et une méga lentille de brèche carbonatée polygénique à grands Foraminifères (Nummulites ?) ; b) au Sud, l'unité de la Markha, un flysch à lentilles de calcaires plus ou moins marmoréens datée de la base du Jurassique moyen et que nons corrélons avec le Oysch de Lamayuru ; - l'unité complexe de Nimaling représente la terminaison occidentale du crist allin de Rupshn (Tso MOI'ari) ; il comprend un socle gneissique, des roches vert.es et une couverture de schistes quartzitiques, quartzites el dolomies. Cet ensemble est intrudé pal' un granite porphyrique et il est surmonté, en contact tectonique, par une épaisse série métamorphique de calcschistes, shales et grès de faciès schistes lustrés, d'âge inconnu; dans ce tte série, on note au moins trois phases de fortes déformaljons superposées (linéations replissées) ; le long de la vallée de la Markha, le style st.ructural évoque, avec des plis isoclinaux de 2" phase à axes verticaux, une « zone de racine" et pourrait également témoigner de mouvements horizontaux importants; - l'édifice des napp es du Zanskar a été subdivisé en trois unités; il surmonte vers le Nord-Est les schistes lustrés du groupe de Langtang et vient buter vers le Sud-Ouest, le long d'un aceident chevauchant, contre la nappe de Zangla (Haut Himalaya). Les séries sédimentaires (Trias - Crétacé supérieur) sont d'affinité téthysienne. De nouvelles datations sont apportées et nous mettons en évidence, directement à l'Est du fleuve Zanskar, la présence de Crétacé sous faciès calcaires multicolores à microfaune planctique ; transgressif sur les grès de Giumal, ce faciès calcaire déhut.e déjà dans l'Alhien supérieur, c'est-à-dire nellement plus tôt que dans les régions plus orientales de l 'Himalaya; - les nappes du Haut Himalaya comprennent du Nord-Est vers le Sud-Ouest la nappe de Zangla qui chevauche par l'intermédiaire d'une semelle de « Panjal Traps » des témoins écaillés de Paléozoïque inférieur, puis la nappe de cristallin. La nappe de Zangla correspond à l'unité qui, à l 'Ouest du Zanskar supporte la klippe ophiolitique de Spongtang.