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

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

Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of 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 cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Gabbro, plagiogranite and associated dykes in the supra-subduction zone Evros Ophiolites, NE Greece

The incomplete Evros ophiolites in NE Greece form a NE-SW-oriented discontinuous belt in the Alpine orogen of the north Aegean. Field data, petrology and geochemistry are presented here for the intrusive section and associated mafic dykes of these ophiolites. Bodies of high-level isotropic gabbro and plagiogranite in the ophiolite suite are cross-cut by NE-SW-trending boninitic and tholeiitic-boninitic affinity dykes, respectively. The dykes fill tensile fractures or faults, which implies dyke emplacement in an extensional tectonic regime. The tholeiitic-transitional boninitic gabbro is REE- and HFS-depleted relative to N-MORB, indicating derivation from melting of a refractory mantle peridotite source. Associated boninitic dykes are slightly LREE-enriched, showing mineral and whole-rock geochemistry similar to the gabbro. The plagiogranite is a strongly REE-enriched high-silica trondhjemite, with textures and composition typical for an oceanic crust differentiate. Plagiogranite-hosted tholeiitic and transitional boninitic dykes are variably REE-enriched. Geochemical modelling indicates origin of the plagiogranite by up to 75% fractional crystallization of basaltic magma similar to that producing the associated tholeiitic dykes. All mafic rocks have high LILE/HFSE ratios and negative Ta-Nb-Ti and Ce anomalies, typical for subduction zone-related settings. The mafic rocks show a similar trace-element character to the mafic lavas of an extrusive section in Bulgaria, suggesting they both form genetically related intrusive and extrusive suites of the Evros ophiolites. The field occurrence, the structural context, the petrology and geochemical signature of the studied magmatic assemblage provide evidence for its origin in a proto-arc (fore-arc) tectonic setting, thus tracing the early stages of the tectono-magmatic evolution of Jurassic arc-marginal basin system that has generated the supra-subduction type Evros ophiolites.

Structural studies and gabbro mylonitization within the Barton Bay Deformation Zone, Geraldton, Ontario /

Structures related to ductile siMple shear parallel to the Bankf ield-Tonbill Fault, define a 5km wide zone, the Barton Bay Deformation Zone. Structures present within this zone Include; simple shear fabrics S, C and C , asymmetric Z shaped folds with rotated axes, boudinage and pinch and swell structures and a subhorlzontal extension llneation. The most highly deformed rock is a gabbro mylonite which occurs in the fault zone. The deformation of this gabbro has been traced in stages from a protomylonite to an ultramylonite In which feldspar and chlorite grainslze has been reduced from over 100 microns to as little as 5 microns. Evidence from the mylonite and the surrounding structure indicates that deformation within the Barton Bay Deformation Zone is related to a regional simple shear zone, the Bankf ield-Tombill Fault. Movement along this shear zone was in a south over north oblique strike slip fashion with a dextral sense of displacement.

Using AMS combined with mineral shape preferred orientation analysis to understand the emplacement fabrics of the Apiai gabbro-norite (Ribeira Belt, SE Brazil)

The Apiai gabbro-norite is a massive fine-grained Neoproterozoic intrusion emplaced in a core of synformal structure that deforms low-grade marine metasedimentary rocks of the Ribeira Belt of south-eastern Brazil. The lack of visible magmatic layering or any internal fabric has been a major limitation in deciding whether the emplacement occurred before or after the regional folding. To assist in the tectonic interpretations, we combine low-field anisotropy of magnetic susceptibility (AMS) and silicate shape preferred orientation (SPO) to reveal the internal structure of the mafic intrusion. Magnetic data indicate a mean susceptibility of about 10(-2) SI and a mean anisotropy degree (P) of about 1.08, essentially yielded by titanomagnetite. The magnetic and silicate foliations for P >= 1.10 are parallel to each other, while the lineations tend to scatter on the foliation plane, in agreement with the dominant oblate symmetry of the AMS and SPO ellipsoids. For lower P values, the magnetic and silicate fabrics vary from coaxial to oblique, and for P <= 1.05, their shapes and orientations can be quite distinct. The crystal size distribution (CSD) of plagioclase for P > 1.05 is log linear, in agreement with a bulk simple crystallisation history. These results combined show that for a strong SPO, corresponding to a magnetic anisotropy above 1.10, AMS is a reliable indicator of the magmatic fabric. They indicate that the Apiai gabbro-norite consists of sill-like body that was inclined gently to the north by the regional folding.

Zircons, isotope ratios and element analyses from tonalite and oxide gabbro of the mid-ocean ridge from ODP Hole 176-735B

A limiting factor in the accuracy and precision of U/Pb zircon dates is accurate correction for initial disequilibrium in the 238U and 235U decay chains. The longest-lived-and therefore most abundant-intermediate daughter product in the 235U isotopic decay chain is 231Pa (T1/2 = 32.71 ka), and the partitioning behavior of Pa in zircon is not well constrained. Here we report high-precision thermal ionization mass spectrometry (TIMS) U-Pb zircon data from two samples from Ocean Drilling Program (ODP) Hole 735B, which show evidence for incorporation of excess 231Pa during zircon crystallization. The most precise analyses from the two samples have consistent Th-corrected 206Pb/238U dates with weighted means of 11.9325 ± 0.0039 Ma (n = 9) and 11.920 ± 0.011 Ma (n = 4), but distinctly older 207Pb/235U dates that vary from 12.330 ± 0.048 Ma to 12.140 ± 0.044 Ma and 12.03 ± 0.24 to 12.40 ± 0.27 Ma, respectively. If the excess 207Pb is due to variable initial excess 231Pa, calculated initial (231Pa)/(235U) activity ratios for the two samples range from 5.6 ± 1.0 to 9.6 ± 1.1 and 3.5 ± 5.2 to 11.4 ± 5.8. The data from the more precisely dated sample yields estimated DPazircon/DUzircon from 2.2-3.8 and 5.6-9.6, assuming (231Pa)/(235U) of the melt equal to the global average of recently erupted mid-ocean ridge basaltic glasses or secular equilibrium, respectively. High precision ID-TIMS analyses from nine additional samples from Hole 735B and nearby Hole 1105A suggest similar partitioning. The lower range of DPazircon/DUzircon is consistent with ion microprobe measurements of 231Pa in zircons from Holocene and Pleistocene rhyolitic eruptions (Schmitt (2007; doi:10.2138/am.2007.2449) and Schmitt (2011; doi:10.1146/annurev-earth-040610-133330)). The data suggest that 231Pa is preferentially incorporated during zircon crystallization over a range of magmatic compositions, and excess initial 231Pa may be more common in zircons than acknowledged. The degree of initial disequilibrium in the 235U decay chain suggested by the data from this study, and other recent high precision datasets, leads to resolvable discordance in high precision dates of Cenozoic to Mesozoic zircons. Minor discordance in zircons of this age may therefore reflect initial excess 231Pa and does not require either inheritance or Pb loss.