Influência da técnica da elaboração de provetes laboratoriais na quantificação da deformabilidade e resistência mecânica dos solos

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Comportamento térmico de blocos de terra comprimida ativados alcalinamente

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

Designation of natural monuments by the local administration: the example of Viana do Castelo municipality and its engagement with geoconservation (NW Portugal)

"First online: 11 April 2016"

The spatial analysis and speciation of uranium and thorium series radionuclides in the soil of the Cronamuck Valley, County Donegal, Ireland

This thesis details the findings of a study into the spatial distribution and speciation of 238U, 226Ra and 228Ra in the soils of the Cronamuck valley, County Donegal . The region lies on the north-eastern edge of the Barnesmore granite and has been the subject of uranium prospecting efforts in the past. The results of the project provide information on the practicability of geostatistical techniques as a means of estimating the spatial distribution of natural radionuclides and provide insight into the behaviour of these nuclides and their modes of occurrence and enrichment in an upland bog environment. The results of the geostatistical survey conducted on the area indicate that the primary control over the levels of the studied nuclides in the soil of the valley is the underlying geology. Isopleth maps of nuclide levels in the valley indicate a predominance of elevated nuclide levels in the samples drawn from the granite region, statistical analysis of the data indicating that levels of the nuclides in samples drawn from the granite are greater than levels drawn from the non-granite region by up to a factor of 4.6 for 238U and 4.9 for 226Ra. Redistribution of the nuclides occurs via drainage systems within the valley, this process being responsible for transport of nuclides away from the granite region resulting in enrichment of nuclides in soils not underlain by the granite. Distribution of the nuclides within the valley is erratic, the effect of drainage f lows on the nuclides resulting in localized enriched areas within the valley. Speciation of the nuclides within one of the enriched areas encountered in the study indicates that enrichment is as a result of saturation of the soil with drainage water containing trace amounts of radionuclides. 238U is primarily held within the labile fractions (exchangeable cat ions + easily oxidisable organics + amorphous iron oxides ) of the soil , 226Ra being associated with the non- labile fractions, most probably the resistant organic material. 228Ra displays a significant occurrence in both the labile and non- labile fractions. The ability of the soil to retain uranium appears to be affected largely by the redox status of the soil, samples drawn from oxidizing environments tending to have little or no uranium in the easily oxidisable and amorphous iron oxide fractions. This loss of uranium from oxidised soil samples is responsible for the elevated 226Ra /238U disequilibrium encountered in the enriched areas of the valley. Analysis of the data indicates that samples displaying elevated 226Ra/238U ratios also exhibit elevated 228Ra/238U ratios indicating a loss of uranium from the samples as opposed to an enrichment of 226Ra.

Litosol: suas características e provável gênese

Some of the characteristics peculiar to Litosois are discussed based on data published on Litosois occurring in the States of São Paulo and Paraná. Litosois are the first stages of development of a soil. Litosois probably originate through the exposure of the rockbed caused by an excessive relief. Rock weathering processes are intensive, prevailing those of chemical nature rather than those processes in which physical phenomena dominate. The A horizon has a high organic matter content (2% to 10%). Silt and clay amount to approximately 50% of the fine earth in the A horizon, with the exception of Litosois originated from sandstone and granite. The SiO2/Al2O3 relationship of the soil's colloidal complex and the clay's cation exchange capacity indicate that it is quite probable the presence of 2:1 type clay in Litosois derived from basic rocks.

Simulium (Inaequalium) marins, a new species of black fly (Diptera: Simuliidae) from inselbergs in Brazil

A new species of black fly, Simulium (Inaequalium) marins (Diptera: Simuliidae), is described based on the male, female, pupa and larva. This new species was collected from two localities: a small stream on the Pico dos Marins, a high mountain with granite outcrops in Piquete County, state of São Paulo, and in a small stream in the Serra dos Órgãos National Park, state of Rio de Janeiro, Brazil.

Melt topology and chemistry during partial melting in contact aureoles : an experimental study and field example

This study was initiated to investigate partial melting within the high-grade metamorphic rocks beneath the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA), in order to understand the melt generation, melt migration, and geometry of initial melt distribution on grain scale during crustal anatexis. The emplacement of the Little Cottonwood stock produced a contact aureole in the pelitic host rocks of the Big Cottonwood formation (BC). Metamorphic isogrades in pelitic rocks range form biotite to 2nd sillimanite grade as a function of distance from the contact. Migmatites are restricted to the highest grade and resulted form partial melting of the BC formation rocks. First melt was produced by a combined muscovite/biotite dehydration reaction in the sillimanite + k-feldspar stability field. Melt extraction from the pelites resulted in restites (magnetite + cordierite + alumosilicate ± biotite) surrounded by feldspar enriched quartzite zones. This texture is the result of gradual infiltration of partial melts into the quartzite. Larger, discrete melt accumulation occurred in extensional or transpressional domains such as boudin necks, veins, and ductile shear zones. Melt composition are Si02- rich, crystallized as pegmatites, and apparently were very mobile. They were able to infiltrate the quartzite pervaisivly. These melts are similar in composition to first melts produced in the hydrothermal partial melt experiments at 2kbar between 700 - 800°C on fine grained high metamorphic rocks (andalusite-cordierited-biotite-zone) of the BC formation. The experimental melts are water rich and in disequilibrium with the melting rock. Initial melt composition is heterogeneous for short run duration, reflective a lack of chemical equilibrium between individual melt pools. Rock core scale heterogeneity decreased with time indicating partial homogenization of melt compositions. A simultaneous shift of melt composition to higher silica content with time was observed. The silica content of the melt increased due to local melt/mineral reactions. Melt textures indicate that reactive melt transport is most efficient along grain boundaries rimmed by dissimilar grains. Melt heterogeneity resulted in chemical potential gradients which are major driving forces for initial melt migration and govern melt distribution during initial melting. An additional subject of the thesis is the crystal size distributions of opaque minerals in a fine-grained, high-grade meta-pelite of the Big Cottonwood which were obtained from 3D X-ray tomography (uCT) and 2D thin section analysis. µCT delivers accurate size distributions within a restricted range (~ a factor of 20 in size in a single 3D image), while the absolute number of crystals is difficult to obtain from these sparsely distributed, small crystals on the basis of 2D images. Crystal size distributions obtained from both methods are otherwise similar. - Ce travail de recherche a été entrepris dans le but d'étudier les processus de fusion partielle dans les roches fortement métamorphiques de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA) et ceci afin de comprendre la génération de liquide de fusion, la migration de ces liquides et la géométrie de la distribution initiale des liquides de fusion à l'échelle du grain durant l'anatexie de la croûte. L'emplacement du petit massif intrusif de Little Cottonwood a produit une auréole de contact dans les roches pélitiques encaissantes appartenant à la Foimation du Big Cottonwood (BC). Les isogrades métamorphiques dans les roches pélitiques varient de l'isograde de la biotite à la deuxième isograde de la sillimanite en fonction de la distance par rapport au massif intrusif. Les migmatites sont restreintes aux zones montrant le plus haut degré métamorphique et résultent de la fusion partielle des roches de la Formation de BC. Le premier liquide de fusion a été produit par la réaction de déshydratation combinée de la muscovite et de la biotite dans le champ de stabilité du feldspath potassique Pt de la sillimanite. L'extraction du liquide de fusion des pélites forme des restites (magnétites + cordiérite + aluminosilicate ± biotite) entourées par des zones de quartzites enrichies en feldspath. Cette texture est le résultat de l'infiltration graduelle du liquide de fusion partielle dans les quartzites. Des accumulations distinctes et plus larges de liquide de fusion ont lieu dans des domaines d'extension ou de transpression tels que les boudins, les veines, et les zones de cisaillement ductile. La composition des liquides de fusion est similaire à celle des liquides pegmatoïdes, et ces liquides sont apparemment très mobiles et capables d'infiltrer les quartzites. Ces liquides de fusion ont la même composition que les premiers liquides produits dans les expériences hydrotheunales de fusion partielle à 2kbar et entre 700-800° C sur les roches finement grenues et hautement métamorphiques (andalousite-cordiérite-biotite zone) de la Formation de BC. Les liquides de fusion obtenus expérimentalement sont riches en eau et sont en déséquilibre avec la roche en fusion. La composition initiale des liquides de fusion est hétérogène pour les expériences de courte durée et reflète l'absence d'équilibre chimique entre les différentes zones d'accumulation des liquides de fusion. L'hétérogénéité à l'échelle du noyau s'estompe avec le temps et témoigne de l'homogénéisation de la composition des liquides de fusion. Par ailleurs, on observe parallèlement un décalage de la composition des liquides vers des compositions plus riches en silice au cours du temps. Le contenu en silice des liquides de fusion évolue vers un liquide pegmatitique en raison des réactions liquides/minéraux. Les textures des liquides de fusion indiquent que le transport des liquides est plus efficace le long des bordures de grains bordés par des grains différents. Aucun changement apparent du volume total n'est visible. L'hétérogénéité des liquides s'accompagne d'un gradient de potentiel chimique qui sert de moteur principal à la migration des liquides et à la distribution des liquides durant la fusion. Un sujet complémentaire de ce travail de thèse réside dans l'étude de la distribution de la taille des cristaux opaques dans les pélites finement grenues et fortement métamorphiques de la Formation de Big Cottonwood. Les distributions de taille ont été obtenues suite à l'analyse d'images 3D acquise par tomographie ainsi que par analyse de lames minces. La microtomographie par rayon X fournit une distribution de taille précise sur une marge restreinte (- un facteur de taille 20 dans une seule image 3D), alors que le nombre absolu de cristaux est difficile à obtenir sur la base d'image 2D en raison de la petite taille et de la faible abondance de ces cristaux. Les distributions de taille obtenues par les deux méthodes sont sinon similaire. Abstact: Chemical differentiation of the primitive Earth was due to melting and separation of melts. Today, melt generation and emplacement is still the dominant process for the growth of the crust. Most granite formation is due to partial melting of the lower crust, followed by transport of magma through the crust to the shallow crust where it is emplaced. Partial melting and melt segregation are essential steps before such a granitic magma can ascent through the crust. The chemistry and physics of partial melting and segregation is complex. Hence detailed studies, in which field observations yield critical information that can be compared to experimental observations, are crucial to the understanding of these fundamental processes that lead and are leading to the chemical stratification of the Earth. The research presented in this thesis is a combined field and experimental study of partial melting of high-grade meta-pelitic rocks of the Little Cottonwood contact aureole (Utah, USA). Contact metamorphic rocks are ideal for textural studies of melt generation, since the relatively short times of the metamorphic event prevents much of the recrystallization which plagues textural studies of lower crustal rocks. The purpose of the study is to characterize melt generation, identify melting reactions, and to constrain melt formation, segregation and migration mechanisms. In parallel an experimental study was undertaken to investigate melt in the high grade meta pelitic rocks, to confirm melt composition, and to compare textures of the partial molten rock cores in the absence of deformation. Results show that a pegmatoidal melt is produced by partial melting of the pelitic rocks. This melt is highly mobile. It is capable of pervasive infiltration of the adjacent quartzite. Infiltration results in rounded quartz grains bordered by a thin feldspar rim. Using computed micro X-ray tomography these melt networks can be imaged. The infiltrated melt leads to rheological weakening and to a decompaction of the solid quartzite. Such decompaction can explain the recent discovery of abundant xenocrysts in many magmas, since it favors the isolation of mineral grains. Pervasive infiltration is apparently strongly influenced by melt viscosity and melt-crystal wetting behavior, both of which depend on the water content of melt and the temperature. In all experiments the first melt is produced on grain boundaries, dominantly by the local minerals. Grain scale heterogeneity of a melting rock leads thus to chemical concentration gradients in the melt, which are the driving force for initial melt migration. Pervasive melt films along grain boundaries leading to an interconnected network are immediately established. The initial chemical heterogeneities in the melt diminish with time. Résumé large public: La différenciation chimique de la Terre primitive est la conséquence de la fusion des roches et de la séparation des liquides qui en résultent. Aujourd'hui, la production de liquide magmatique est toujours le mécanisme dominant pour la croissance de la croûte terrestre. Ainsi la formation de la plupart des granites est un processus qui implique la production de magma par fusion partielle de la croûte inférieure, la migration de ces magmas à travers la croûte et finalement son emplacement dans les niveaux superficielle de la croûte terrestre. Au cours de cette évolution, les processus de fusion partielle et de ségrégation sont des étapes indispensables à l'ascension des granites à travers la croûte. Les conditions physico-chimiques nécessaires à la fusion partielle et à l'extraction de ces liquides sont complexes. C'est pourquoi des études détaillées des processus de fusion partielle sont cruciales pour la compréhension de ces mécanismes fondamentaux responsables de la stratification chimique de la Terre. Parmi ces études, les observations de terrain apportent notamment des informations déterminantes qui peuvent être comparées aux données expérimentales. Le travail de recherche présenté dans ce mémoire de thèse associe études de terrain et données expérimentales sur la fusion partielle des roches pélitiques de haut degré métamorphiques provenant de l'auréole de contact de Little Cottonwood (Utah, USA). Les roches du métamorphisme de contact sont idéales pour l'étude de la folination de liquide de fusion. En effet, la durée relativement courte de ce type d'événement métamorphique prévient en grande partie la recristallisation qui perturbe les études de texture des roches dans la croûte inférieure. Le but de cette étude est de caractériser la génération des liquides de fusion, d'identifier les réactions responsables de la fusion de ces roches et de contraindre la formation de ces liquides et leur mécanisme de ségrégation et de migration. Parallèlement, des travaux expérimentaux ont été entrepris pour reproduire la fusion partielle de ces roches en laboratoire. Cette étude a été effectuée dans le but de confirmer la composition chimique des liquides, et de comparer les textures obtenues en l'absence de déformation. Les résultats montrent qu'un liquide de fusion pegmatoïde est produit par fusion partielle des roches pélitiques. La grande mobilité de ce liquide permet une infiltration pénétrative dans les quarzites. Ces infiltrations se manifestent par des grains de quartz arrondis entourés par une fine bordure de feldspath. L'utilisation de la tomography à rayons X a permis d'obtenir des images de ce réseau de liquide de fusion. L'infiltration de liquide de fusion entraîne un affaiblissement de la rhéologie de la roche ainsi qu'une décompaction des quartzites massifs. Une telle décompaction peut expliquer la découverte récente d'abondants xénocristaux dans beaucoup de magmas, puisque elle favorise l'isolation des minéraux. L'infiltration pénétrative est apparemment fortement influencée par la viscosité du fluide de fusion et le comportement de la tension superficielle entre les cristaux et le liquide, les deux étant dépendant du contenu en eau dans le liquide de fusion et de la température. Dans toutes les expériences, le premier liquide est produit sur les bordures de grains, principalement par les minéraux locaux. L'hétérogénéité à l'échelle des grains d'une roche en fusion conduit donc à un gradient de concentration chimique dans le liquide, qui sert de moteur à l'initiation de la migration du liquide. Des fines couches de liquide de fusion le long de bordures de grains formant un réseau enchevêtré s'établit immédiatement. Les hétérogénéités chimiques initiales dans le liquide s'estompent avec le temps.

Sr, C and O isotope systematics in the Pucara Basin, central Peru - Comparison between Mississippi Valley-type deposits and barren areas

A combined Sr, O and C isotope study has been carried out in the Pucara basin, central Peru, to compare local isotopic trends of the San Vicente and Shalipayco Zn-Pb Mississippi Valley-type (MVT) deposits with regional geochemical patterns of the sedimentary host basin. Gypsum, limestone and regional replacement dolomite yield Sr-87/Sr-86 ratios that fall within or slightly below the published range of seawater Sr-87/Sr-86 values for the Lower Jurassic and the Upper Triassic. Our data indicate that the Sr isotopic composition of seawater between the Hettangian and the Toarcian may extend to lower Sr-87/Sr-86 ratios than previously published values. An Sr-87-enrichment is noted in (1) carbonate rocks from the lowermost part of the Pucara basin, and (2) different carbonate generations at the MVT deposits. This indicates that host rocks at MVT deposits and in the lowermost part of the carbonate sequence interacted with Sr-87-enriched fluids. The fluids acquired their radiogenic nature by interaction with lithologies underlying the carbonate rocks of the Pucara basin. The San Ramon granite, similar Permo-Triassic intrusions and their elastic derivatives in the Mitu Group are likely sources of radiogenic Sr-87. The Brazilian shield and its erosion products are an additional potential source of radiogenic Sr-87. Volcanic rocks of the Mitu Group are not a significant source for radiogenic Sr-87; however, molasse-type sedimentary rocks and volcaniclastic rocks cannot be ruled out as a possible source of radiogenic Sr-87. The marked enrichment in Sr-87 of carbonates toward the lower part of the Pucara Group is accompanied by only a slight decrease in delta(18)O values and essentially no change in delta(13)C values, whereas replacement dolomite and sparry carbonates at the MVT deposits display a coherent trend of progressive Sr-87-enrichment, and O-18- and C-13-depletion. The depletion in O-18 in carbonates from the MVT deposits are likely related to a temperature increase, possibly coupled with a O-18-enrichment of the ore-forming fluids. Progressively lower delta(13)C values throughout the paragenetic sequence at the MVT deposits are interpreted as a gradually more important contribution from organically derived carbon. Quantitative calculations show that a single fluid-rock interaction model satisfactorily reproduces the marked Sr-87-enrichment and the slight decrease in delta(18)O values in carbonate rocks from the lower part of the Pucara Group. By contrast, the isotopic covariation trends of the MVT deposits are better reproduced by a model combining fluid mixing and fluid-rock interaction. The modelled ore-bearing fluids have a range of compositions between a hot, saline, radiogenic brine that had interacted with lithologies underlying the Pucara sequence and cooler, dilute brines possibly representing local fluids within the Pucara sequence. The composition of the local fluids varies according to the nature of the lithologies present in the neighborhood of the different MVT deposits. The proportion of the radiogenic fluid in the modelled fluid mixtures interacting with the carbonate host rocks at the MVT deposits decreases as one moves up in the stratigraphic sequence of the Pucara Group.

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.

The Fry method applied to an augen orthogneiss: Problems and results

The application of the Fry method to measure strain in deformed porphyritic granites is discussed. This method requires that the distribution of markers has to satisfy at least two conditions. It has to be homogeneous and isotropic. Statistics on point distribution with the help of a Morishita diagram can easily test homogeneity. Isotropy can be checked with a cumulative histogram of angles between points. Application of these tests to undeformed (Mte Capanne granite, Elba) and to deformed (Randa orthogneiss, Alps of Switzerland) porphyritic granite reveals that their K-feldspars phenocrysts both satisfy these conditions and can be used as strain markers with the Fry method. Other problems are also examined. One is the possible distribution of deformation on discrete shear-bands. Providing several tests are met, we conclude that the Fry method can be used to estimate strain in deformed porphyritic granites. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

THE ADULA NAPPE: STRATIGRAPHY, STRUCTURE AND KINEMATICS OF AN EXHUMED HIGH-PRESSURE NAPPE

This study analyses the stratigraphy, structure and kinematics of the northern part of the Adula nappe of the Central Alps. The Adula nappe is one of the highest basement nappes in the Lower Penninic nappe stack of the Lepontine Dome. This structural position makes possible the investigation of the transition between the Helvetic and North Penninic paleogeographic domains. The Adula nappe is principally composed of crystalline basement rocks. The investigation of the pre-Triassic basement shows that it contains several Palaeozoic detrital metasedimentary formations dated from the Cambrian to the Ordovician. These formations contain also some volcanic or intrusive magmatic rocks. Ordovician metagranites dated at ~450 Ma are also a common rock-type of the Adula basement. These formations underwent Alpine and Variscan deformation and metamorphism. Permian granites (Zervreila orthogneiss, dated at ~290 Ma) have intruded this pre-structured basement in a post-orogenic geodynamic context. Due to their age, the Zervreila orthogneiss are good markers for alpine deformation. The stratigraphy of the Mesozoic and Paleogene sedimentary cover of the Adula nappe is essential to unraveling its pre- orogenic history. The autochthonous cover is assigned to a North Penninic Triassic series that testifies for a transition between the Helvetic and Briançonnais Triassic domains. The Adula domain goes through an emersion during the Middle Jurassic, and is part of a topographic high during the first phase of the Alpine rift. The sediments of the late Middle Jurassic show a drowning phase associated with a tectonic activity and a breccia formation. In the neighbouring domains, coeval with the drowning phase in the Adula domain, a strong extensional crustal delamination and a scattered magmatic activity is associated with the main opening of the North Penninic domain. The Upper Jurassic of the Adula nappe is characterized by a carbonate formation comparable with those in the Helvetic or Subbriaçonnais domains. Flysch s.l. deposition starts probably at the end of the Cretaceous. These sediments are deposited on a large unconformity testifying for a Cretaceous sedimentary gap. The Adula nappe exhibits a very complex structure. This structure is formed by several deformation phases. Two ductile deformations are responsible for the nappe emplacement. The first deformation phase is associated with a folding compatible with a top-to-south movement at the top of the nappe. The second phase is dominant and pervasive throughout the whole nappe. It goes with a strong north vergent folding and the main nappe emplacement. These two phases cause the exhumation and emplacement of a coherent, although pre-structured, piece of continental crust. Two further deformation phases postdate the nappe emplacement. - Ce travail concerne l'étude géologique de la partie nord de la nappe de l'Adula dans les Alpes centrales. La nappe de l'Adula est l'une des nappes cristallines la plus élevée dans la pile des nappes du Pennique inférieur des Alpes lepontines. Cette position particulière permet d'étudier la transition entre les nappes des domaines helvétique et pennique inférieur. La nappe de l'Adula est principalement composée de socle cristallin : l'étude de l'histoire géologique du socle est donc l'un des thèmes de cette recherche. Ce socle contient plusieurs formations métasédimentaires paléozoïques du Cambrien à I'Ordovicien. Ces métasédiments sont issus de formations clastiques comprenant souvent des roches magmatiques volcaniques et intrusives. Ces métasédiments ont subi les cycles orogéniques varisque et alpin. La nappe de l'Adula contient plusieurs corps magmatiques granitiques métamorphisés. Les premiers métagranites sont Ordovicien et témoignent d'un environnement de marge active. Ces granites sont aussi polymétamorphiques. Les deuxièmes métagranites sont représentés par les orthogneiss de type Zervreila. Ce métagranite est d'âge permien (-290 Ma). Il est mis en place dans un contexte tectonique post-orogénique. Ce granite est un maqueur de la déformation alpine car il n'est pas affecté par les orogenèses précédentes, flippy Le contenu stratigraphique des roches mésozoïques et cénozoiques de la couverture sédimentaire de la nappe de l'Adula est'important pour en étudier son histoire pré-alpine. La couverture autochtone est composée d'une série d'âge triasique d'affinité nord-pennique, un faciès qui marque la transition entre les domaines helvétiques et briançonnais au Trias. Le domaine paléogéographique représenté dans la nappe de l'Adula connaît une émersion pendant le Jurassique moyen. Cette émersion marque le commencement du rift dans le domaine alpin. La sédimentation de la fin du Jurassique moyen est marquée par une transgression marine accompagnée par des mouvements tectoniques et la formation d'une brèche. Cette transgression est contemporaine des importants mouvements tectoniques et des manifestations magmatiques dans les unités voisines qui marquent la phase principale d'ouverture du bassin nord-pennique. Le Jurassique supérieur est caractérisé par l'instauration d'une sédimentation carbonatée comparable à celle du domaine helvétique ou subbriançonnais. Une sédimentation flyschoïde, probablement du Crétacé à Tertiaire, est déposée sur une importante discordance qui témoigne d'une lacune au Crétacé. La structure complexe de la nappe de l'Adula témoigne de nombreuses phases de déformation. Ces phases de déformation sont en partie issues de la mise en place de la nappe et de déformations plus tardives. La mise en place de la nappe produit deux phases de déformation ductile : la première produit un plissement compatible avec un cisaillement top-vers-le sud dans la partie supérieure de la nappe; la deuxième produit un intense plissement qui accompagne la mise en place de la nappe vers le nord. Ces deux phases de déformation témoignent d'un mécanisme d'exhumation par déformation ductile d'un bloc cohérent.

Metamorphism and kinetics in the Torres del Paine contact aureole

Contact aureoles provide an excellent geologic environment to study the mechanisms of metamorphic reactions in a natural system. The Torres del Paine (TP) intrusion is one of the most spectacular natural laboratories because of its excellent outcrop conditions. It formed in a period from 12.59 to 12.43 Ma and consists of three large granite and four smaller mafic batches. The oldest granite is on top, the youngest at the bottom of the granitic complex, and the granites overly the mafic laccolith. The TP intruded at a depth of 2-3 km into regional metamorphic anchizone to greenschist facies pelites, sandstones, and conglomerates of the Cerro Toro and Punta Barrosa formations. It formed a thin contact aureole of 150-400 m width. This thesis focuses on the reaction kinetics of the mineral cordierite in the contact aureole using quantitative textural analysis methods. First cordierite was formed from chlorite break¬down (zone I, ca. 480 °C, 750 bar). The second cordierite forming reaction was the muscovite break-down, which is accompanied by a modal decrease in biotite and the appearance of k- feldspar (zone II, 540-550 °C, 750 bar). Crystal sizes of the roundish, poikiloblastic cordierites were determined from microscope thin section images by manually marking each crystal. Images were then automatically processed with Matlab. The correction for the intersection probability of each crystal radius yields the crystal size distribution in the rock. Samples from zone I below the laccolith have the largest crystals (0.09 mm). Cordierites from zone II are smaller, with a maximum crystal radius of 0.057 mm. Rocks from zone II have a larger number of small cordierite crystals than rocks from zone I. A combination of these quantitative analysis with numerical modeling of nucleation and growth, is used to infer nucleation and growth parameters which are responsible for the observed mineral textures. For this, the temperature-time paths of the samples need to be known. The thermal history is complex because the main body of the intrusion was formed by several intrusive batches. The emplacement mechanism and duration of each batch can influence the thermal structure in the aureole. A possible subdivision of batches in smaller increments, so called pulses, will focus heat at the side of the intrusion. Focusing all pulses on one side increases the contact aureole size on that side, but decreases it on the other side. It forms a strongly asymmetric contact aureole. Detailed modeling shows that the relative thicknesses of the TP contact aureole above and below the intrusion (150 and 400 m) are best explained by a rapid emplacement of at least the oldest granite batch. Nevertheless, temperatures are significantly too low in all models, compared to observed mineral assemblages in the hornfelses. Hence, an other important thermal mechanisms needs to take place in the host rock. Clastic minerals in the immature sediments outside the contact aureole are hydrated due to small amounts of expelled fluids during contact metamorphism. This leads to a temperature increase of up to 50 °C. The origin of fluids can be traced by stable isotopes. Whole rock stable isotope data (6D and δ180) and chlorine concentrations in biotite document that the TP intrusion induced only very small amounts of fluid flow. Oxygen whole rock data show δ180 values between 9.0 and 10.0 %o within the first 5 m of the contact. Values increase to 13.0 - 15.0 %o further away from the intrusion. Whole rock 6D values display a more complex zoning. First, host rock values (-90 to -70 %o) smoothly decrease towards the contact by ca. 20 %o, up to a distance of ca. 150 m. This is followed by an increase of ca. 20 %o within the innermost 150 m of the aureole (-97.0 to -78 %o at the contact). The initial decrease in 6D values is interpreted to be due to Rayleigh fractionation accompanying the dehydration reactions forming cordierite, while the final increase reflects infiltration of water-rich fluids from the intrusion. An over-estimate on the quantity and the corresponding thermal effect yields a temperature increase of less than 30 °C. This suggests that fluid flow might have contributed only for a small amount to the thermal evolution of the system. A combination of the numerical growth model with the thermal model, including the hydration reaction enthalpies but neglecting fluid flow and incremental growth, can be used to numerically reproduce the observed cordierite textures in the contact aureole. This yields kinetic parameters which indicate fast cordierite crystallization before the thermal peak in the inner aureole, and continued reaction after the thermal peak in the outermost aureole. Only small temperature dependencies of the kinetic parameters seem to be needed to explain the obtained crystal size data. - Les auréoles de contact offrent un cadre géologique privilégié pour l'étude des mécanismes de réactions métamorphiques associés à la mise en place de magmas dans la croûte terrestre. Par ses conditions d'affleurements excellentes, l'intrusion de Torres del Paine représente un site exceptionnel pour améliorer nos connaissances de ces processus. La formation de cette intrusion composée de trois injections granitiques principales et de quatre injections mafiques de volume inférieur couvre une période allant de 12.50 à 12.43 Ma. Le plus vieux granite forme la partie sommitale de l'intrusion alors que l'injection la plus jeune s'observe à la base du complexe granitique; les granites recouvrent la partie mafique du laccolite. L'intrusion du Torres del Paine s'est mise en place a 2-3 km de profondeur dans un encaissant métamorphique. Cet encaissant est caractérisé par un métamorphisme régional de faciès anchizonal à schiste vert et est composé de pélites, de grès, et des conglomérats des formations du Cerro Toro et Punta Barrosa. La mise en place des différentes injections granitiques a généré une auréole de contact de 150-400 m d'épaisseur autour de l'intrusion. Cette thèse se concentre sur la cinétique de réaction associée à la formation de la cordiérite dans les auréoles de contact en utilisant des méthodes quantitatives d'analyses de texture. On observe plusieurs générations de cordiérite dans l'auréole de contact. La première cordiérite est formée par la décomposition de la chlorite (zone I, environ 480 °C, 750 bar), alors qu'une seconde génération de cordiérite est associée à la décomposition de la muscovite, laquelle est accompagnée par une diminution modale de la teneur en biotite et l'apparition de feldspath potassique (zone II, 540-550 °C, 750 bar). Les tailles des cristaux de cordiérites arrondies et blastic ont été déterminées en utilisant des images digitalisées des lames minces et en marquant individuellement chaque cristal. Les images sont ensuite traitées automatiquement à l'aide du programme Matlab. La correction de la probabilité d'intersection en fonction du rayon des cristaux permet de déterminer la distribution de la taille des cristaux dans la roche. Les échantillons de la zone I, en dessous du lacolite, sont caractérisés par de relativement grands cristaux (0.09 mm). Les cristaux de cordiérite de la zone II sont plus petits, avec un rayon maximal de 0.057 mm. Les roches de la zone II présentent un plus grand nombre de petits cristaux de cordiérite que les roches de la zone I. Une combinaison de ces analyses quantitatives avec un modèle numérique de nucléation et croissance a été utilisée pour déduire les paramètres de nucléation et croissance contrôlant les différentes textures minérales observées. Pour développer le modèle de nucléation et de croissance, il est nécessaire de connaître le chemin température - temps des échantillons. L'histoire thermique est complexe parce que l'intrusion est produite par plusieurs injections successives. En effet, le mécanisme d'emplace¬ment et la durée de chaque injection peuvent influencer la structure thermique dans l'auréole. Une subdivision des injections en plus petits incréments, appelés puises, permet de concentrer la chaleur dans les bords de l'intrusion. Une mise en place préférentielle de ces puises sur un côté de l'intrusion modifie l'apport thermique et influence la taille de l'auréole de contact produite, auréole qui devient asymétrique. Dans le cas de la première injection de granite, une modélisation détaillée montre que l'épaisseur relative de l'auréole de contact de Torres del Paine au-dessus et en dessous de l'intrusion (150 et 400 m) est mieux expliquée par un emplacement rapide du granite. Néanmoins, les températures calculées dans l'auréole de con¬tact sont trop basses pour que les modèles thermiques soient cohérants par rapport à la taille de cette auréole. Ainsi, un autre mecanisme exothermique est nécessaire pour permettre à la roche encais¬sante de produire les assemblages observés. L'observation des roches encaissantes entourant les granites montre que les minéraux clastiques dans les sédiments immatures au-dehors de l'auréole sont hydratés suite à la petite quantité de fluide expulsée durant le métamorphisme de contact et/ou la mise en place des granites. Les réactions d'hydratation peuvent permettre une augmentation de la température jusqu'à 50 °C. Afin de déterminer l'origine des fluides, une étude isotopique de roches de l'auréole de contact a été entreprise. Les isotopes stables d'oxygène et d'hydrogène sur la roche totale ainsi que la concentration en chlore dans la biotite indiquent que la mise en place des granites du Torres del Paine n'induit qu'une circulation de fluide limitée. Les données d'oxygène sur roche totale montrent des valeurs δ180 entre 9.0 et 10.0%o au sein des cinq premiers mètres du contact. Les valeurs augmentent jusqu'à 13.0 - 15.0 plus on s'éloigne de l'intrusion. Les valeurs 5D sur roche totale montrent une zonation plus complexe. Les valeurs de la roche encaissante (-90 à -70%o) diminuent progressivement d'environ 20%o depuis l'extérieur de l'auréole jusqu'à une distance d'environ 150 m du granite. Cette diminution est suivie par une augmentation d'environ 20%o au sein des 150 mètres les plus proches du contact (-97.0 à -78%o au contact). La diminution initiale des valeurs de 6D est interprétée comme la conséquence du fractionnement de Rayleigh qui accompagne les réactions de déshydratation formant la cordiérite, alors que l'augmentation finale reflète l'infiltration de fluide riche en eau venant de l'intrusion. A partir de ces résultats, le volume du fluide issu du granite ainsi que son effet thermique a pu être estimé. Ces résultats montrent que l'augmentation de température associée à ces fluides est limitée à un maximum de 30 °C. La contribution de ces fluides dans le bilan thermique est donc faible. Ces différents résultats nous ont permis de créer un modèle thermique associé à la for¬mation de l'auréole de contact qui intègre la mise en place rapide du granite et les réactions d'hydratation lors du métamorphisme. L'intégration de ce modèle thermique dans le modèle numérique de croissance minérale nous permet de calculer les textures des cordiérites. Cepen¬dant, ce modèle est dépendant de la vitesse de croissance et de nucléation de ces cordiérites. Nous avons obtenu ces paramètres en comparant les textures prédites par le modèle et les textures observées dans les roches de l'auréole de contact du Torres del Paine. Les paramètres cinétiques extraits du modèle optimisé indiquent une cristallisation rapide de la cordiérite avant le pic thermique dans la partie interne de l'auréole, et une réaction continue après le pic thermique dans la partie la plus externe de l'auréole. Seules de petites dépendances de température des paramètres de cinétique semblent être nécessaires pour expliquer les don¬nées obtenues sur la distribution des tailles de cristaux. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur la cinétique qui contrôle les réactions métamorphiques.

U-Pb zircon dating of granitoids from the Dora-Maira massif (western Italian Alps)

Among the large number of granitic intrusions within the Dora-Maira massif, several main types can be distinguished. In this study we report field, petrographic and geochemical investigations as well as zircon typology and conventional U-Pb zircon dating of plutons representing these types. The main results are as follows: the Punta Muret augengneiss is a polymetamorphosed peraluminous granite of anatectic origin. It is 457 +/- 2 Ma old and represents one of the numerous Caledonian orthogneisses of the Alpine basement. All other dated granites are of Late Variscan age. The Cavour leucogranite is an evolved granite of probably calc-alkaline affiliation, dated at 304 +/- 2 Ma. The dioritic and granodioritic facies of the Malanaggio diorite (auct.) are typical calc-alkaline rocks, whose respective age of 290 +/- 2 and 288 +/- 2 Ma overlap within errors. The Sangone and Freidour granite types have very similar alkali-calcic characteristics; their ages are poorly constrained between 267-279 and 268-283 Ma, respectively. The new data for the Dora-Maira granites are in keeping with models of the overall evolution of the Late- to Post-Variscan magmatism in the Alpine area in terms of age distribution and progressive geochemical evolution towards alkaline melts. In a first approximation, granitic rocks across the Variscan belt seem to be increasingly younger towards the internal (southern) parts of the orogen. A Carboniferous, distensive Basin and Range situation is thought to be responsible for the magmatic activity. This tectonic context is comparable to the back-are opening of an active continental margin. The observed southward migration of the magmatism could be linked to the roll-back of the subducting Paleotethyan oceanic plate along the Variscan cordillera.

Structural development of the Tso Morari ultra-high pressure nappe of the Ladakh Himalaya

A continental subduction-related and multistage exhumation process for the Tso Morari ultra-high pressure nappe is proposed. The model is constrained by published thermo-barometry and age data, combined with new geological and tectonic maps. Additionally, observations on the structural and metamorphic evolution of the Tso Morari area and the North Himalayan nappes are presented. The northern margin of the Indian continental crust was subducted to a depth of >90 km below Asia after continental collision some 55 Ma ago. The underthrusting was accompanied by the detachment and accretion of Late Proterozoic to Early Eocene sediments, creating the North Himalayan accretionary wedge, in front of the active Asian margin and the 103-50 Ma Ladakh arc batholith. The basic dikes in the Ordovician Tso Morari granite were transformed to eclogites with crystallization of coesite, some 53 Ma ago at a depth of >90 kin (>27 kbar) and temperatures of 500 to 600 degrees C. The detachment and extrusion of the low density Tso Morari nappe, composed of 70% of the Tso Morari granite and 30% of graywackes with some eclogitic dikes, occurred by ductile pure and simple shear deformation. It was pushed by buoyancy forces and by squeezing between the underthrusted Indian lithosphere and the Asian mantle wedge. The extruding Tso Morari nappe reached a depth of 35 km at the base of the North Himalayan accretionary wedge some 48 Ma ago. There the whole nappe stack recrystallized under amphibolite facies conditions of a Barrovian regional metamorphism with a metamorphic field gradient of 20 degrees C/km. An intense schistosity with a W-E oriented stretching lineation L, and top-to-the E shear criteria and crystallization of oriented sillimanite needles after kyanite, testify to the Tso Morari nappe extrusion and pressure drop. The whole nappe stack, comprising from the base to top the Tso Morari, Tetraogal, Karzok and Mata-Nyimaling-Tsarap nappes, was overprinted by new schistosities with a first N-directed and a second NE-directed stretching lineation L-2 and L-3 reaching the base of the North Himalayan accretionary wedge. They are characterized by top-to-the S and SW shear criteria. This structural overprint was related to an early N- and a younger NE-directed underthrusting of the Indian plate below Asia that was accompanied by anticlockwise rotation of India. The warping of the Tso Morari dome started already some 48 Ma ago with the formation of an extruding nappe at depth. The Tso Morari dome reached a depth of 15 km about 40 Ma ago in the eastern Kiagar La region and 30 Ma ago in the western Nuruchan region. The extrusion rate was of about 3 cm/yr between 53 and 48 Ma, followed by an uplift rate of 1.2 mm/yr between 48 and 30 Ma and of only 0.5 mm/yr after 30 Ma. Geomorphology observations show that the Tso Morari dome is still affected by faults, open regional dome, and basin and pull-apart structures, in a zone of active dextral transpression parallel to the Indus Suture zone.

Variscan lamprophyres in the Lower Penninic domain (Central Alps): age and tectonic significance

Lamprophyre dykes have been recently discovered in blocks of gneiss embedded in a calcschist formation of wildflysch type that forms the top of the Mesozoic-Tertiary metasedimentary cover of the Antigorio nappe (the Teggiolo zone) in the Val Bavona (Lower Penninic, NW Ticino, Switzerland). The presence of the lamprophyres gives a clue to the possible source of these blocks. Similar dykes occur in the N part of the Maggia nappe where they are intruded into the Matorello granite and the surrounding gneisses. We studied these lamprophyres at two localities in the Teggiolo zone (Tamierpass and Lago del Zott) and at one locality in the Maggia nappe (Laghetti). Detailed mineralogical and geochemical investigations confirm their great similarity, particularly between the Tamier and Laghetti dykes. They all recrystallized during Alpine metamorphism under amphibolite facies conditions and lost their primary mineral assemblages and textures. The chemistry reveals a calc-alkaline affinity, a limited differentiation range, features of mineral accumulation and intense remobilization in some cases. The lamprophyres are characterized by a high mg# and relatively low contents in REE and other incompatible elements. In situ SHRIMP and LA-ICPMS U-Pb zircon dating yielded ages of 284.8 +/- 1.7 Ma (Tamier), 290.0 +/- 1.3 Ma (Zott) and 290.5 +/- 3.7 Ma (Laghetti). These ages are compatible with the general late- to post-Variscan magmatic evolution of the Helvetic and Lower Penninic domains. The lamprophyres are considered as melts derived from the lithospheric Variscan mantle, variously hybridized and differentiated at the contact with crustal material during late- to post-orogenic extension. These lamprophyres are chemically distinct from earlier lamprophyres of Visean age, emplaced together with their associated granites in transcurrent fault zones during the Variscan orogenic compression. The similarity of these different dykes suggests that the front of the Maggia nappe is a likely source of the gneissic blocks embedded in the calcschists at the top of the Teggiolo zone. They would have been provided by the advancing Maggia nappe during its thrusting over the Antigorio nappe and simultaneous closure of the Teggiolo sedimentary basin.