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

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

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.

Trace element distribution among rock-forming minerals from metamorphosed to partially molten basic igneous rocks in a contact aureole (Fuerteventura, Canaries)

Low pressure partial melting of basanitic and ankaramitic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact aureole of a layered pyroxenite-gabbro intrusion, in the root zone of an ocean island (Basal Complex, Fuerteventura, Canary Islands). These migmatites are characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations. Their mineralogy consists of plagioclase (An(32-36)), diopside, biotite, oxides (magnetite, ilmenite), +/-amphibole, dominated by plagioclase in the leucosome and diopside in the melanosome. The melanosome is almost completely recrystallised, with the preservation of large, relict igneous diopside phenocrysts in dyke centres. Comparison of whole-rock and mineral major- and trace-element data allowed us to assess the redistribution of elements between different mineral phases and generations during contact metamorphism and partial melting. Dykes within and outside the thermal aureole behaved like closed chemical systems. Nevertheless, Zr, Hf, Y and REEs were internally redistributed, as deduced by comparing the trace element contents of the various diopside generations. Neocrystallised diopside - in the melanosome, leucosome and as epitaxial phenocryst rims - from the migmatite zone, are all enriched in Zr, Hf, Y and REEs compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of enriched primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post-solidus reequilibration on the cooling of the migmatite terrain i.e. mineral-melt equilibria were reset to mineral-mineral equilibria. (C) 2007 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.

A case for hornblende dominated fractionation of arc magmas: the Chelan Complex (Washington Cascades)

Amphibole fractionation in the deep roots of subduction-related magmatic arcs is a fundamental process for the generation of the continental crust. Field relations and geochemical data of exposed lower crustal igneous rocks can be used to better constrain these processes. The Chelan Complex in the western U. S. forms the lowest level of a 40-km thick exposed crustal section of the North Cascades and is composed of olivine websterite, pyroxenite, hornblendite, and dominantly by hornblende gabbro and tonalite. Magmatic breccias, comb layers and intrusive contacts suggest that the Chelan Complex was build by igneous processes. Phase equilibria, textural observations and mineral chemistry yield emplacement pressures of similar to 1.0 GPa followed by isobaric cooling to 700 degrees C. The widespread occurrence of idiomorphic hornblende and interstitial plagioclase together with the lack of Eu anomalies in bulk rock compositions indicate that the differentiation is largely dominated by amphibole. Major and trace element modeling constrained by field observations and bulk chemistry demonstrate that peraluminous tonalite could be derived by removing successively 3% of olivine websterite, 12% of pyroxene hornblendite, 33% of pyroxene hornblendite, 19% of gabbros, 15% of diorite and 2% tonalite. Peraluminous tonalite with high Sr/Y that are worldwide associated with active margin settings can be derived from a parental basaltic melt by crystal fractionation at high pressure provided that amphibole dominates the fractionation process. Crustal assimilation during fractionation is thus not required to generate peraluminous tonalite.

The Mont Collon mafic complex (Austroalpine Dent Blanche nappe) : permian evolution of the Western European mantle

Résumé: Le complexe du Mont Collon (nappe de la Dent Blanche, Austroalpin) est l'un des exemples les mieux préservés du magmatisme mafique permien des Alpes occidentales. Il est composé d'affleurements discontinus et d'une stratification magmatique en son centre (Dents de Bertol) et est composé à 95% de roches mafiques cumulatives (gabbros à olivine et/ou cpx, anorthositiques, troctolites, wehrlites et wehrlites à plagioclase) et localement de quelques gabbros pegmatitiques. Ces faciès sont recoupés par de nombreux filons acides (aphtes, pegmatites quartziques, microgranodiorites et filons anorthositiques) et mafiques tardifs (dikes mélanocrates riches en Fe et Ti). Les calculs thermométriques (équilibre olivine-augite) montrent des températures de 1070-1120 ± 6°C, tandis que le thermomètre amphibole-plagioclase indique une température de 740 ± 40°C à 0.5 GPa pour les amphiboles magmatiques tardives. La geobarométrie sur pyroxène donne des pressions moyennes de 0.3-0.6 GPa, indiquant un emplacement dans la croûte moyenne. De plus, les températures obtenues sur des amphiboles coronitiques indiquent des températures de l'ordre de 700 ± 40°C confirmant que les réactions coronitiques apparaissent dans des conditions subsolidus. Les âges concordants U/Pb sur zircons de 284.2 ± 0.6 et 282.9 ± 0.6 Ma obtenus sur un gabbro pegmatitique et une pegmatitique quartzique, sont interprétés comme des âges de cristallisation. Les datations 40Ar/39Ar sur amphiboles des filons mélanocrates donnent un âge plateau de 260.2 ± 0.7 Ma, qui est probablement très proche de l'âge de cristallisation. Ainsi, cet age 40Ar/39Ar indique un second évènement magmatique au sein du complexe. Les compositions des roches totales en éléments majeurs et traces montrent peu de variations, ainsi que le Mg# (75-80). Les éléments traces enregistrent le caractère cumulatif des roches (anomalie positive en Eu) et révèlent des anomalies négatives systématiques en Nb, Ta, Zr, Hf et Ti dans les faciès basiques. Le manque de corrélation entre éléments majeurs et traces est caractéristique d'un processus de cristallisation in situ impliquant une quantité variable de liquide interstitiel (L) entre les phases cumulus. Les distributions des éléments traces dans les minéraux sont homogènes, indiquant une rééquilibration .subsolidus entre cristaux et liquide interstitiel. Un modèle quantitatif basé sur les équations de cristallisation in situ de Langmuir reproduisent correctement les concentrations en terres rares légères des minéraux cumulatifs montrant la présence de 0 à 35% de liquide interstitiel L pour des degrés de différenciation F de 0 à 45%, par rapport au faciès les moins évolués du complexe. En outre, les valeurs de L sont bien corrélées avec les proportions modales d'amphibole interstitielle et les concentrations en éléments incompatibles des roches (Zr, Nb). Le liquide parental calculé des cumulats du Mont Collon est caractérisé par un enrichissement relatif en terres rares légères et Th, un appauvrissement en terres rares lourdes typique d'une affinité transitionnelle (T-MORB) et une forte anomalie négative en Nb-Ta. Les roches cumulatives montrent des compositions isotopiques en Nd-Sr proches de la terre globale silicatée (BSE), soit 0.6<εNdi<+3.2, 0.7045<87Sr/86Sri<0.7056. Les rapports initiaux en Pb indiquent une source dans le manteau enrichi subcontinental lithosphérique, préalablement contaminé par des sédiments océaniques. Les dikes mélanocrates Fe-Ti sont représentatifs de liquides et ont des spectres de terres rares enrichis, une anomalie positive en Nb-Ta et des εNdi de +7, des 87Sr/86Sri de 0.703 et des rapports initiaux en Pb, similaires à ceux des basaltes d'île océanique, indiquant une source asthénosphérique modérément appauvrie. Ainsi, la fusion partielle du manteau lithosphérique subcontinental est induite par l'amincissement post-orogénique et la remontée de l'asthénosphère. Les filons mélanocrates proviennent, après délamination du manteau lithosphérique, de la fusion de l'asthénosphère. Abstract The early Permian Mont Collon mafic complex (Dent Blanche nappe, Austroalpine nappe system) is one of the best preserved examples of the Permian mafic magmatism in the Western Alps. It is composed of discontinuous exposures and a well-preserved magmatic layering (the Dents de Bertol cliff) crops out in the center part of the complex. It mainly consists of cumulative mafic rocks, which represent 95 vol-% of the mafic complex (ol- and cpx-bearing gabbros and rare anorthositic layers, troctolites, wehrlites and plagioclase-wehrlites) and locally pegmatitic gabbros. All these facies are crosscut by widespread acidic (aplites, quartz-rich pegmatites, microgranodiorites) and late mafic Fe-Ti melanocratic dikes. Olivine-augite thermometric calculations yield a range of 1070-1120 ± 6°C, while amphibole-plagioclase thermometer yields a temperature of 740 ± 40°C at 0.5 GPa. Pyroxene geobarometry points to a pressure of 0.3-0.6 GPa, indicating a middle crustal level of emplacement. Moreover, temperature calculations on the Mont Conon coronitic amphiboles indicate temperatures of 700 ± 40°C, close to those calculated for magmatic amphiboles. These temperatures confirm that coronitic reactions occurred at subsolidus conditions. ID-TIMS U/Pb zircon ages of 284.2 ± 0.6 and 282.9 ± 0.6 Ma obtained on a pegmatitic gabbro and a quartz-pegmatitic dike, respectively, were interpreted as the crystallization ages of these rocks. 40Ar/39Ar dating on amphiboles from Fe-Ti melanocratic dikes yields a plateau age of 260.2 ± 0.7 Ma, which is probably very close to the crystallization age. Consequently, this 40Ar/P39Ar age indicates a second magmatic event. Whole-rock major- and trace-element compositions show little variation across the whole intrusion and Mg-number stays within a narrow range (75-80). Trace-element concentrations record the cumulative nature of the rocks (e.g. positive Eu anomaly) and reveal systematic Nb, Ta, Zr, Hf and Ti negative anomalies for all basic facies. The lack of correlation between major and trace elements is characteristic of an in situ crystallization process involving variable amounts of interstitial liquid (L) trapped between the cumulus mineral phases. LA-ICPMS measurements show that trace-element distributions in minerals are homogeneous, pointing to subsolidus re-equilibration between crystals and interstitial melts. A quantitative modeling based on Langmuir's in situ crystallization equation successfully reproduced the Rare Earth Element (REE) concentrations in cumulitic minerals. The calculated amounts of interstitial liquid L vary between 0 and 35% for degrees of differentiation F of 0 to 45%, relative to the least evolved facies of the intrusion. Furthermore, 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. The calculated parental melt of the Mont Collon cumulates is characterized by a relative enrichment in Light REE and Th, a depletion in Heavy REE, typical of a transitional affinity (T-MORB), and strong negative Nb-Ta anomaly. Cumulative rocks display Nd-Sr isotopic compositions close to the BSE (-0.6 < εNdi < +3.2, 0.7045 < 87Sr/86Sri < 0.7056). Initial Pb ratios point to an origin from the melting of an enriched subcontinental lithospheric mantle source, previously contaminated at the source by oceanic sediments. The contrasted alkaline Fe-Ti melanocratic dikes are representative of liquids. They display enriched fractionated REE patterns, a positive Nb-Ta anomaly and εNdi of +7, 87Sr/86Sri of 0.703 and initial Pb ratios, all reminiscent of Ocean Island Basalt-type rocks, pointing to a moderately

Accessory phases as a tool to investigate magmatic underplating in polymetamorphic metasediments : an example from a fossil lower crust : Ivrea Verbano zne, NW Italy

The Ivrea and the Strona-Ceneri zones, NW italy and S Switzerland, offer the possibility to study the continental crust of the Southern Alps. Because of its high metamorphic degree and the abundant Permo- Carboniferous mafic intrusions, the Ivrea Zone is classically interpreted an exposed section trough the Permian lower crust. The present work is focused here on metasedimentary slices (septa) intercalated within Permian gabbro (mafic complex). In particular I studied the evolution of accessory phases such as rutile and zircon and the chemistry of the metasediments. The septa build an irregular and discontinuous band that cut obliquely the mafic complex from its deepest part (N) to its roof (S). The chemistry of the metasediments evolves along the band and the chemical evolution can be compared with that observed in the country-rock surrounding the mafic intrusion to the NE and overprinted by a main regional metamorphic event. This suggests that the degree of chemical depletion of the septa was mainly established during the same regional metamorphic event. Moreover it suggests that incorporation of the septa within the gabbro did not modify their original stratigraphie distribution within the crust. It implies that the mafic complex has been emplaced following a dynamic substantially different from the classic model of « gabbro glacier » (Quick et al., 1992; Quick et al., 1994). It is more likely that it has been emplaced by repeated injections of sills at different depths during a protracted period of time. Zircon trace elements and U-Pb ages suggest that regional metamorphism occurred 330-320Ma, the first sills in the deepest part of the Mafic Complex are injected at ~300Ma, the mafic magmas reached higher levels in the crust at 285Ma and the magmatic activity continued locally until 275Ma. The ages of detrital cores in zircons fix the maximal sedimentation age at ~370Ma, this age corresponds therefore with the maximal age of the incorporation of the Ivrea zone within the lower crust. I propose that the Ivrea zone has been accreted to the lower crust during the Hercynian orogeny sensu lato. The analysis of detrital ages suggests that the source terrains for the Ivrea zone and those for the Strona-Ceneri zone have a completely different Palaeozoic history. The systematic analysis of rutile in partially molten metasediments of the Ivrea zone reveals the occurrence of two generations. The two generations are characterized by a different chemistry and textural distribution. A first generation is formed during pro-grade metamorphism in the restitic counterpart. The second generation is formed in the melts during cooling at the same time that part of the first generation re-equilibrate. Re-equilibration of the first generation seems to be spatially controlled by the presence of fluids. Locally the second generation forms overgrowths on the first generation. Considered the different diffusivity of U and Pb in rutile, U heterogeneities have important implication for U-Pb dating of rutile. ID-TIMS and LA-ICPMS dating coupled with a careful textural investigation (SEM) suggest that rutile grains are characterized by multiple path along which Pb diffusion can occur: volume diffusion is an important process, but intragrain and subgrain boundaries provide additional high diffusivity pathways for Pb escape and reduce drastically the effective diffusion length. -- La zone d'Ivrea et la zone de Strona-Ceneri, en Italie nord-occidentale et Suisse méridionale, offrent la possibilité d'étudier la croûte continentale des Alpes du Sud. En raison du haut degré métamorphique et l'abondance d'intrusions mafiques d'âge Permo-Carbonifère [complexe mafique), la zone d'Ivrea est interprétée classiquement comme de la croûte inférieure permienne. Ce travail ce concentre sur des bandes metasédimentaires (septa) incorporées dans les magmas mafiques lors de l'intrusion. Les septa forment une bande irrégulière qui coupe obliquement le complexe mafique du bas (N) vers le haut (S). La chimie des septa évolue du bas vers le haut et l'évolution chimique se rapproche de l'évolution observé dans la roche encaissante l'intrusion affecté par un événement métamorphique régionale. Cette relation suggère que le degré d'appauvrissement chimique des septa a été établit principalement lors de l'événement métamorphique régional. De plus l'incorporation dans les gabbros n'a pas perturbée la distribution stratigraphique originelle des septa. Ces deux observations impliquent que le métamorphisme dans la roche encaissante précède la mise en place du gabbro et que cette dernière ne se fait pas selon le modèle classique (« gabbro glacier » de Quick et al., 1992, 1994), mais se fait plutôt par injections répétées de sills a différentes profondeurs. Les âges U-Pb et les éléments traces des zircons suggèrent que le métamorphisme régionale a eu lieu 330-320Ma, alors que les premiers sills dans la partie profonde du Mafic Complex s'injectent à ~300Ma, le magmatisme mafique atteigne des niveaux supérieurs à 285Ma et continue localement jusqu'à 270Ma. Les âges des coeurs détritiques des zircons permettent de fixer l'âge maximale de sédimentation à ~370Ma ce qui correspond donc à l'âge maximale de l'incorporation de la zone d'Ivrea dans la croûte inférieur. L'analyse systématique des rutiles, nous a permit de montrer l'existence de plusieurs générations qui ont une répartition texturale et une chimie différente. Une génération se forme lors de l'événement UHT dans les restites, une autre génération se forme dans les liquides lors du refroidissement, au même temps qu'une partie de la première génération se rééquilibre au niveau du Zr. Localement la deuxième génération peut former des surcroissances autour de la première génération. Dans ces cas, des fortes différences en uranium entre les deux générations ont des importantes implications pour la datation U-Pb sur rutile. Classiquement les ratios Pb/U dans le rutile sont interprétés comme indiquant l'âges du refroidissement du minéral sous une température à la quelle la diffusion du Pb dans le minéral n'est plus détectable et la diffusion à plus hautes températures est assumée se faire par «volume diffusion» dans le grain (Mezger et al., 1989). Par des datations ID-TIMS (sur grain entier) et LA-ICPMS (in-situ) et une analyse texturale (MEB) approfondie nous montrons que cette supposition est trop simpliste et que le rutile est repartie en sous-domaines. Chacun de ces domaines a ça propre longueur ou chemin de diffusion spécifique. Nous proposons donc une nouvelle approche plus cohérente pour l'interprétation des âges U-Pb sur rutile.

Evolution of an Archean greenstone belt in the Stormy Lake - Kawashegamuk Lake area (stratigraphy, structure and geochemistry) - Western Wabigoon Subprovince, Northwest Ontario /

330 km 2 of the easter-n part of the Archean Manitou Lakes - Stormy Lake metavolcanic - metasedimentary belt have been mapped and sampled. A large number of rocks ~.vere analyzed for the major and trace constituents including the rare-earth elements (REE). The Stormy Lake - Kawashegamuk Lake area may be subdivided into four major lithological groups of supracrustal rocks 1) A north-facing mafic assemblage, consisting of pillowed tholeiitic basalts and gabbro sills characterized by flat REE profiles, is exposed in the south part of the map area and belongs to a 8000 m thick homoclinal assemblage outside the map area. Felsic pyroclastic rocks believed to have been issued from a large central vent conformably overlie the tholeiites. 2) A dominantly epiclastic group facing to the north consists of terrestrial deposits interpreted to be an alluvial fan deposit ; a submarine facies is represented by turbiditic sediments. 3) The northeastern part of the study area consists of volcanic rocks belonging to two mafic - felsic cycles facing to the southuest ; andesitic flows with fractionated REE patterns make up a large part of the upper cycle, whereas the lower cycle has a stronger chemical polarity being represented by tholeiitic flows, with flat REE, which a r e succeeded by dacitic and rhyolitic pyroclasti cs. iii 4) A thick monotonous succession of tholeiitic pillmled basalt f lows and gabbro sills with flat REE represent the youngest supracrustal rocks. TIle entire belt underwent folding, faulting and granitic plutonism during a tectono-thermal event around 2700 Ma ago. Rocks exposed in the map area were subjected to regional greenschist facies metamorphism, but higher metamorphic grades are present near late granitic intrusions. Geochemical studies have been useful in 1) distinguishing the various rock units ; 2) relating volcanic and intrusive rocks 3) studying the significance of chemical changes due to post magmatic processes 4) determining the petrogenesis of the major volcanic rock types. In doing so, two major volcanic suites have been recognized : a) a tholeiitic suite, mostly represented by mafic rocks, was derived from partial melting of upper mantle material depleted in Ti, K and the light REE ; b) a calc-alkalic suite which evolved from partial melting of amphibolite in the lower crust. The more differentiated magma types have been produced by a multistage process involving partial melting and fractional crystallization to yield a continuum of compos i t i ons ranging from basaltic andesite to rhyolite. A model for the development of the eastern part of the Manitou Lakes - Stormy Lake belt has been proposed.

Geology of the Rankin Inlet area, Northwest Territories /

The Rankin Inlet area, on the west shore of Hudson Bay in the Northwest Territories, is in the Churchill Structural Province. Metamorphosed volcanic and sedimentary rocks, previously mapped as Archean and part of the Kaminak Group, underlie most of the area. The Rankin Inlet Group consists of greywacke, with minor conglomeratic greywacke, quartzite and dolomite, overlain by massive and pillowed basaltic flows. Gabbro sills intrude the sediments near the base of the volcanic sequence and three serpentinite sills outcrop at the base of the volcanic sequence. The sediments are in fault-contact with quartz monzonite to the south and were intruded by granitic rocks to the northwest. Two periods of folding were defined by the mapping. The first generation folds are recumbent isoclinal folds, with northwest-trending and northeast-dipping axial planes, formed through gravitational sliding. The second generation folds are symmetrically disposed about the axis of the granitic intrusion and have east-southeast trending and nearly vertical axial planes. Whole-rock analysis of 64 rock samples indicates that metasomatic alteration accompanied the intrusion of both the granitic rocks and the serpentinite. The volcanic rocks, gabbro and serpentinite were derived from a magma of oceanic tholeiitic affinities. The stratigraphic sequence and chemistry of the volcanic rocks of the Rankin Inlet Group indicate that this assemblage is correlative with the Hurwitz Group rather than the Kaminak Group and is therefore Aphebian in age.

Multiscale Curvature Analysis of Asphaltic Aggregate Particles

A new method for characterization and analysis of asphaltic mixtures aggregate particles is reported. By relying on multiscale representation of the particles, curvature estimation, and discriminant analysis for optimal separation of the categories of mixtures, a particularly effective and comprehensive methodology is obtained. The potential of the methodology is illustrated with respect to three important types of particles used in asphaltic mixtures, namely basalt, gabbro, and gravel. The obtained results show that gravel particles are markedly distinct from the other two types of particles, with the gabbro category resulting with intermediate geometrical properties. The importance of each considered measurement in the discrimination between the three categories of particles was also quantified in terms of the adopted discriminant analysis.

Trace element geochemistry and Sr-Nd characteristics of Mesoproterozoic mafic intrusive rocks from Rondonia, Brazil, SW Amazonian Craton: Petrogenetic and tectonic inferences

The Amazonian Craton comprises an Archean domain surrounded by four successively younger Proterozoic tectonic provinces. Within the Rio-Negro-Juruena province the Serra da Providencia Intrusive Suite (1.60 and 1.53 Ga) consists of A-type rapakivi granites, charnockites and mangerites genetically associated with diabase dikes, gabbros and amphibolites lites. The original mafic melts were derived from a depleted mantle source (epsilon(Nd(T)) + 2.5 to +2.8; epsilon(Sr(T)) - 12.1). Underplated mafic magma induced melting of a short-lived fielsic crust, thus originating coeval felsic-inafic magmatism in a continental intraplate setting. The Colorado Complex, assigned to the Rondonian-San Ignacio province, comprises 1.35-1.36 Ga intrusive bimodal magmatism represented by monzonite gneisses associated with amphibolite, gabbro and metadiabase dikes intercalated with metasediments with detrital zircon that yield U-Pb ages of 1.35 to 1.42 Ga. Mafic samples display juvenile signatures (epsilon(Nd(T)) 0.0 to +5.2; epsilon(Sr(T)) -5.0 to -30.7) and are less contaminated than the Serra da Previdencia and Nova Brasiladndia ones. The generation of the basaltic magma is related to the subduction of an oceanic slab below the peridotite wedge (intraoceanic arc setting). Fluids and/or small melts from the slab impregnated the mantle. The Nova Brasilandia Sequence (Sunsas-Aguapei province) comprises a metasedimentary sequence intruded by 1.10-1.02 Ga metadiabases, gabbros, meta-gabbros, and amphibolites associated with granitic plutons (bimodal magmatism). The original tholeiitic magmas, derived from a depleted source (epsilon(Nd(T)) = +3.1 to +5.0), in a proto-oceanic setting, underwent subsequent contamination by the host rocks, as indicated by the isotopic and trace element data.

Geology and geochronology of the Betara region in south-southeastern Brazil: Evidence for possible Statherian (1.80-1.75 Ga) and Calymmian (1.50-1.45 Ga) extension events

The results of geological mapping, chemical analysis and radiometric dating of metabasic rocks of Betara Formation, and mapping and dating of those present in the Betara basement nucleus together with mylonitic granodiorite and syenogranite are reported here. U-Pb analysis of bulk zircon fractions from the metabasic rocks of the basement nucleus yielded a Statherian age of 1790 +/- 22 Ma, while the metabasic rocks from the upper part of the Betara Formation yielded a Calymmian age between 1500 and 1450 Ma. This age is a minimum for the deposition of the Betara Formation. The older metabasic rocks are associated with post-tectonic, possibly anorogenic syenogranite, while the younger ones are gabbro or very porphyritic ankaramite whose REE patterns are consistent with crystallization from an N-MORB parent magma. The observations and data point to the probable events associated with extensional processes of the end of Paleoproterozoic and early Mesoproterozoic. Similar registers of Statherian (1.80-1.75 Ga) and Calymmian (1.50-1.45 Ga) extensional events are recorded in other parts of the South American and African continents. The Neoproterozoic witnessed the formation and junction of the tectonic slices which formed the Apiai domain during the assemblage of western Gondwana. (C) 2010 International Association for Gondwana Research. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Mecanismos de alojamento de magmas granitóides :exemplo do plúton de Japi(RN)

This dissertation describes the igneous suites of the Japi granitoid pluton, intrusive in the Paleoproterozoic gneiss-migmatite complex of the eastern domain of the Seridó Belt, northeastern Brazil. Field relations show that the pluton is affected by strong deformation associated to the Brasiliano orogeny (known as the D3 phase) , with a NW-trending extensionalleft-hand senestral shear zone (the Japi Shear Zone, JSZ) bordering the intrusive body to the west. Four plutonic suites are found in the main pluton and as satellyte intrusions, besides Iate pegmatite and pink leucogranites. An alkaline granitoid suite, dominated by syenogranites bearing sodic augite (and subordinate hornblende), define a main elliptical intrusion. In its northern part, this intrusion is made up by concentric sheets, contrasting with a smaller rounded stock to the south. These granites display a pervasive solid-state S>L fabric developed under high T conditions, characterized by plastic deformation of quartz and feldspar. It is especially, developed along the border of the pluton, with inward dips. A regular magmatic layering is present sometimes, parallel to the tectonic foliation. The syntectonic emplacement as regards to the Brasiliano (D3) event is indicated by the common occurrence of dykes and sheets along transtensional or extensional sites of the major structure. Field relations attest to the early emplacement of the alkaline granites as regards to the other suites. A basic-to-intermediate suite occurs as a western satellyte body and occupying the southern tail of the main alkaline pluton. It comprises a wide variety of compositional terms, including primitive gabbros and gabbro-norites, differentiated to monzonitic intermediate facies containing amphibole and biotite as their main mafic phases. These rocks display transitional high-K calc-alkaline to shoshonitic affinities. Porphyritic monzogranite suítes commonly occur as dykes and minor intrusives, isolated or associated with the basic-tointermediate rocks. In the latter case, magma mingling and mixing features attest that these are contemporaneous igneous suites. These granites show K-feldspar phenocrysts and a hornblende+biotite+titanite assemblage, displaying subalkaline/monzonitic geochemical affinities. Both suites exhibit SL magmatic fabrics overprinting or transitional to solid-state D3 deformation related to the JSI. Chemical data clearly show that they are related to different parental magmas. Finally, a microgranite suite occurs along a few topographic ridges paralell to the JSI. It comprises dominantly granodiorites with a mineralogy similar to the one of the porphyritic granitoids. However, discriminant diagrams show their distinct calc-alkaline affinity. The granodiorites display an essencially magmatic fabric, even though an incipient D3 solid-state structure may be developed along the JSI. Intrusion relationships with the previous suites, as well as regards to the D3 structures, point to their Iate emplacement. All these suites are intrusive in a Paleoproterozoic, high-grade gneiss-migmatite complex affected by two previous deformation phases (D1, D2). The fabrics associated with these earlier events are folded and overprinted by the younger D3 structures along the JSZ. The younger deformation is characterized by NE-dipping foliations and N/NE-plunging stretching lineations. In the JSZ northern termination the foliation acquires an ENE orientation, containing a stretching lineation plunging to the south. Symmetric kinematic cri teria developed at this site confirms the transpressional termination of the JSZ, as also shown by orthorrombic quartz c-axis patterns. E-W-trending d extra I shear zones developed in the central part of the JSZ are interpreted as antithetic structures associated to the transtensional deformation along the JSZ. This is consistent with its extensional-transcurrent kinematics and a flat-and-ramp geometry at depth, as shown by gravimetric data. The lateral displacement of the negative residual Bouguer anomalies, as regards to the main outcropping alkaline pluton, may be modelized by other deeper-seated granite bodies. Based on numerical modelling it was possible to infer two distinct intrusion styles for the alkaline pluton. The calculated model values are consistent with an emplacement by sheeting for the northern body, as already suggested by satellyte imagery and field mapping. On the other hand, the results point to a transition towards a diapir-related style associated to the smaller. southern stock. This difference in intrusion styles may relate to intensity variations and transtensional sites of the shear deformation along the JSZ. Trace element and Sr and Nd isotopes of the alkaline granites are compatible with their derivation trom a more basic crustal source, as compared to the presently outcropping highgrade gneisses, with participation (or alternatively dominated by) of an enriched lithospheric mantle component. Like other igneous suites in the Seridó Belt, the high LlL contents and fractionated REE patterns of the basic rocks also point to an enriched mantle as the source for this kind of magmatism. Geochemical and isotope data are compatible with a lower crustal origin for the porphyritic granites. On the basis of the strong control of the JSZ on the emplacement of lower crustal (porphyritic and alkaline granites) or lithospheric mantle (basic rocks, alkaline granites or a component of them) magmas, one may infer a deep root for this structure, bearing an important role in magma extraction, transport and emplacement in the Japi region, eastern domain of the Seridó Belt

Estudo da estrutura geo-elétrica da Região do Juruá, AM, pelo método magnetotelúrico

Utilizando-se dados magnetotelúricos (MT), foi obtida uma imagem geo-elétrica nítida da região do Juruá, Bacia do Solimões, na forma de seções geo-elétricas. Os dados de campo foram registrados ao longo de três linhas de 15 km, espaçadas de 3.5 km, recobrindo uma área de 100 km². O espaçamento entre as 35 estações é irregular, variando de 400 m a 3500 m. A faixa de freqüências utilizada cobriu de 0.001 Hz até 300 Hz, o que permitiu investigar de 100 m até 60 km de profundidade. Os dados apresentam-se afetados pelo efeito de distorção estática. Para corrigir este efeito foi utilizada a mediana da resistividade do primeiro condutor, correspondente à Formação Solimões. Foi utilizado o invariante do tensor MT para interpretar a estrutura geo-elétrica do Juruá. As seções geo-elétricas foram obtidas a partir do agrupamento dos dados resultantes da transformação de Bostick e da inversão 1D de Occam, para cada estação. Foi identificada uma seqüência de camadas condutivas e resistivas, correspondentes ao pacote sedimentar, uma zona de falhas e o topo do embasamento geo-elétrico, caracterizando a Bacia do Solimões. Abaixo do embasamento geo-elétrico foram também identificados uma zona condutora, seguida por uma camada de baixa condutividade, a profundidades iguais ou superiores a 20 km. Esta camada é interpretada como sendo de composição de gabro, estando associada a processos de acreção vertical, intimamente ligados à estabilização crustal e espessamento da litosfera. Os resultados apresentam uma boa concordância com os perfis de resistividade de poços e dados sísmicos de superfície.

Estudos isotópicos (Pb, O, H, S) em zonas alteradas e mineralizadas do depósito cupro-aurífero Visconde, Província Mineral de Carajás

O depósito cupro-aurífero Visconde está localizado na Província Mineral de Carajás, a cerca de 15 km a leste do depósito congênere de classe mundial Sossego. Encontra-se em uma zona de cisalhamento de direção WNW-ESE, que marca o contato das rochas metavulcanossedimentares da Bacia Carajás com o embasamento. Nessa zona ocorrem outros depósitos hidrotermais cupro-auríferos com características similares (Alvo 118, Cristalino, Jatobá, Bacaba, Bacuri, Castanha), que têm sido enquadrados na classe IOCG (Iron Oxide Copper-Gold), embora muitas dúvidas ainda existam quanto a sua gênese, principalmente no que diz respeito à idade da mineralização e fontes dos fluidos, ligantes e metais. O depósito Visconde está hospedado em rochas arqueanas variavelmente cisalhadas e alteradas hidrotermalmente, as principais sendo metavulcânicas félsicas (2968 ± 15 Ma), o Granito Serra Dourada (2860 ± 22 Ma) e gabros/dioritos. Elas registram diversos tipos de alteração hidrotermal com forte controle estrutural, destacando-se as alterações sódica (albita + escapolita) e sódico-cálcica (albita + actinolita ± turmalina ± quartzo ± magnetita ± escapolita), mais precoces, que promoveram a substituição ubíqua de minerais primários das rochas e a disseminação de calcopirita, pirita, molibdenita e pentlandita. Dados isotópicos de oxigênio e hidrogênio de minerais representativos desses tipos de alteração mostram que os fluidos hidrotermais foram quentes (410 – 355°C) e ricos em ¹⁸O (δ¹⁸O_H2O= +4,2 a 9,4‰). Sobreveio a alteração potássica, caracterizada pela intensa biotitização das rochas, a qual ocorreu concomitantemente ao desenvolvimento de foliação milonítica, notavelmente desenhada pela orientação de palhetas de biotita, que precipitaram de fluidos com assinatura isotópica de oxigênio similar à dos estágios anteriores (δ¹⁸O_H2O entre +4,8 e +7,2‰, a 355°C). Microclina e alanita são outras fases características desse estágio, além da calcopirita precipitada nos planos da foliação. A temperaturas mais baixas (230 ± 11°C), fluidos empobrecidos em ¹⁸O (δ¹⁸O_H2O = -1,3 a +3,7‰) geraram associações de minerais cálcico-magnesianos (albita + epidoto + clorita ± calcita ± actinolita) que são contemporâneas à mineralização. Valores de δ¹⁸D_H2O e δO_H2O indicam que os fluidos hidrotermais foram inicialmente formados por águas metamórficas e formacionais, a que se misturou alguma água de fonte magmática. Nos estágios tardios, houve considerável influxo de águas superficiais. Diluição e queda da temperatura provocaram a precipitação de abundantes sulfetos (calcopirita ± bornita ± calcocita ± digenita), os quais se concentraram principalmente em brechas tectônicas - os principais corpos de minério - que chegam a conter até cerca de 60% de sulfetos. Veios constituídos por minerais sódico-cálcicos também apresentam comumente sulfetos. A associação de minerais de minério e ganga indica uma assinatura de Cu-Au- Fe-Ni-ETRL-B-P para a mineralização. Os valores de δ³⁴S (-1,2 a +3,4‰) de sulfetos sugerem enxofre de origem magmática (proveniente da exsolução de magmas ou da dissolução de sulfetos das rochas ígneas pré-existentes) e precipitação em condições levemente oxidantes. Datação do minério por lixiviação e dissolução total de Pb em calcopirita forneceu idades de 2736 ± 100 Ma e 2729 ± 150 Ma, que indicam ser a mineralização neoarqueana e, a despeito dos altos erros, permite descartar um evento mineralizador paleoproterozoico. A idade de 2746 ± 7 Ma (MSDW=4,9; evaporação de Pb em zircão), obtida em um corpo granítico não mineralizado (correlacionado à Suíte Planalto) que ocorre na área do depósito, foi interpretada como a idade mínima da mineralização. Assim, a formação do depósito Visconde teria relação com o evento transpressivo ocorrido entre 2,76 e 2,74 Ga, reponsável pela inversão da Bacia Carajás e pela geração de magmatismo granítico nos domínios Carajás e de Transição. Esse evento teria desencadeado reações de devolatilização em rochas do Supergrupo Itacaiúnas, ou mesmo, provocado a expulsão de fluidos conatos salinos aprisionados em seus intertícios. Esses fluidos teriam migrado pelas zonas de cisalhamento e reagido com as rochas (da bacia e do embasamento) pelas quais se movimentaram durante a fase dúctil. As concentrações subeconômicas do depósito Visconde devem ser resultado da ausência de grandes estruturas que teriam favorecido maior influxo de fluidos superficiais, tal como ocorreu na formação dos depósitos Sossego e Alvo 118.