Epidote in hydrous mafic magmas : near solidus phase relations in the lower crust

Crystallisation of hydrous mafic magmas at high pressure is a subject of numerous petrologic and experimental studies since the last century and is mainly related to the process of continental crust formation and the possible link between mantle derived melts and low pressure granitoids. Albeit the sequence of crystallization is well constrained by experimental studies, the origin of exposed lower crustal rocks exposed on the earth surface is controversial. Ones line of argument is favouring high pressure crystallization of dry or wet mafic magmas, whereas others invoke partial melting of pre-existing crust. Therefore studies involving field, textural and chemical observations of exposed lower crust such as in Kohistan (Pakistan) or Talkeetna (Alaska) are crucial to understand the continental crust formation processes via arc magmatism. Epidote-bearing gabbros are very sparse and always associated with the deep part of continental crust (>30 km) as in the Kohistan Arc Complex (Pakistan) or in the Chelan Complex (western U.S.). Magmatic epidote is restricted to a small temperature interval above the water-saturated solidus of MORB and represent the last crystallizing liquids in lower crustal regions. However, epidote and melt stability at lower crustal pressures are not clearly established.¦The Chelan complex (western U.S.) at the base of the Cascadian Arc is composed mainly by peraluminous tonalité associated with gabbroic and ultramafic rocks and was traditionally interpreted as a migmatitic terrain. However field, chemical and mineralogical observations rather suggest a magmatic origin and point to a protracted crystallization at intermediate to high pressure ~ 1.0 GPa dominated by amphibole fractionation and followed by isobaric cooling down to 650°C. Crystal fractionation modelling using whole rock composition and field constraints is able to generate peraluminous tonalité. The modelled crystallisation sequence and the volume proportions are in agreement with experimental studies performed at these pressures. The Chelan complex was thus not formed during a partial melting event, but represent the sequence of crystallisation occurring at the base of the crust. Massive fractionation of hornblende is able to generate peraluminous tonalité without significant assimilation of crustal rock.¦Similarly to the Chelan complex, the base of the Kohistan arc is composed of cumulates derived by high pressure crystallization of hydrous magma. In garnet gabbros, epidote occurs as magmatic phase, crystallising from hydrous interstitial melt trapped between grain boundaries at lower crustal pressures (Ρ ~ 1.2 GPa) for temperature of (650-700 °C). Trace and REE signature in epidote indicate that epidote was formed through peritectic reaction involving garnet, clinopyroxene and plagioclase. At the beginning of the crystallisation epidote signature is dominated by REE content in the melt, whereas at the end the signature is dominated by reacting phases. Melt in equilibrium with epidote inferred from the partition coefficients available is similar to intrusive tonalité up the section indicating that hydrous melt was extracted from the garnet gabbros. In some gabbros epidote shows single homogeneous compositions, while in others coexisting epidote have different compositions indicating the presence of solvi along the Al-Fe3+ join. The overgowths are only observed in presence of paragonite in the assemblage, suggesting high water content. At high water content, the hydrous solidus is shift to lower temperature and probably intersects the solvi observed along the Al-Fe3+ join. Therefore, several compositions of epidote is stable at high water content.¦-¦La composition chimique de la croûte continentale est considérée comme similaire à celle du magmatisme calco-alcalin de marge continentale active (enrichissement en éléments mobiles dans les fluides, anomalies négatives en Nb, Ta et éléments à haut potentiel électronique, etc...). Cependant la nature andésitique de la croûte continentale (Si02 > 60 wt%), résultant des nombreuses intrusions de granitoïdes dans la croûte supérieure, est sujette à polémique et le lien entre les magmas dérivés du manteau et les roches évoluées de faible profondeur n'est pas clairement établi (fusion partielle de croûte basaltique, cristallisation fractionnée à haute pression, etc...).¦Les affleurements de croûte profonde sont rares mais précieux, car ils permettent d'observer les phénomènes se passant à grande profondeur. Le complexe de Chelan (Washington Cascades) en est un exemple. Formé à environ 30 km de profondeur, il est composé de roches gabbroïques et ultramafiques, ainsi que de tonalités, qui furent souvent interprétés comme le produit de la fusion partielle de la croûte. Cependant, les relations de terrain, la chimie des éléments majeurs et des éléments traces sont cohérentes avec l'évolution d'un complexe magmatique mafique dans la croûte profonde ou moyenne ( 1.0 GPa), dominée par le fractionnement de l'amphibole. Après son emplacement, le complexe a subi un refroidissement isobare jusqu'à des températures de l'ordre de 650 °C, déduit de la composition chimique des minéraux. Un bilan de masse contraint pax les observations de terrain permet de calculer la séquence et les volumes de fractionnement. Les faciès évolués légèrement hyperalumineux observés sur le terrain peuvent être générés par la cristallisation de 3 % de websterite à olivine, 12 % d'hornblendite à pyroxène 33 % d'hornblendite, 19 % de gabbros, 15 % de diorite et 2 % de tonalité. Nous montrons ainsi qu'une série de fractionnement contrôlée par l'amphibole permet de générer des tonalités sans assimilation de matériel crustal et l'exemple de Chelan illustre la viabilité de ce processus dans la formation de croûte continentale.¦Les réactions proches du solidus saturé en H20 dans les systèmes basaltiques à des pressions élevées restent énigmatiques. Diverses expériences tendent à montrer que l'épidote est stable dans ces conditions, mais rarement observée (décrite ?) comme phase primaire dans les systèmes naturels. Les épidotes trouvées dans les gabbros de Jijal (nord-Pakistan) montrent des textures de type .magmatique telles qu'observées dans les roches évoluées. Le contenu en terres rares de ces épidotes est très variable allant de signatures enrichies en terres rares légères impliquant la présence de liquide interstitiel à des signatures complètement déprimées en ces mêmes éléments, évoquant une cristallisation en coexistence avec du grenat. Ces diverses signatures reflètent un chemin de cristallisation en présence de liquide interstitiel et enregistrent des réactions péritectiques impliquant grenat, clinopyroxene et plagioclase à des pressions de ~ 1.2 GPa pour des températures de 650-700 °C. Cependant dans quelques échantillons deux ou trois compositions d'épidotes coexistent démontrant la présence de lacunes d'immiscibilité le long de la solution solide épidote-clinozoïsite. La forte teneur en H20 du liquide magmatique est certainement à l'origine de la coexistence de deux compositions distinctes.

A refined solution to the first terrestrial Pb-isotope paradox

The first terrestrial Pb-isotope paradox refers to the fact that on average, rocks from the Earth's surface (i.e. the accessible Earth) plot significantly to the right of the meteorite isochron in a common Pb-isotope diagram. The Earth as a whole, however, should plot close to the meteorite isochron, implying the existence of at least one terrestrial reservoir that plots to the left of the meteorite isochron. The core and the lower continental crust are the two candidates that have been widely discussed in the past. Here we propose that subducted oceanic crust and associated continental sediment stored as garnetite slabs in the mantle Transition Zone or mid-lower mantle are an additional potential reservoir that requires consideration. We present evidence from the literature that indicates that neither the core nor the lower crust contains sufficient unradiogenic Pb to balance the accessible Earth. Of all mantle magmas, only rare alkaline melts plot significantly to the left of the meteorite isochron. We interpret these melts to be derived from the missing mantle reservoir that plots to the left of the meteorite isochron but, significantly, above the mid-ocean ridge basalt (MORB)-source mantle evolution line. Our solution to the paradox predicts the bulk silicate Earth to be more radiogenic in Pb-207/Pb-204 than present-day MORB-source mantle, which opens the possibility that undegassed primitive mantle might be the source of certain ocean island basalts (OIB). Further implications for mantle dynamics and oceanic magmatism are discussed based on a previously justified proposal that lamproites and associated rocks could derive from the Transition Zone.

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

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

Time resolved construction of a bimodal laccolith (Torres del Paine, Patagonia)

Granitic and mafic magma pulses were sequentially accreted in the spectacularly exposed shallow crustal Torres del Paine laccolith, in southern Patagonia. This 12.5 Ma pluton forms a composite intrusion with a subvertical feeding system in the west and a laccolith in the east. A key unknown in the formation of sill complexes is how individual magma pulses are assembled over time and the geometry and localization of their feeding system. High resolution zircon CA-ID-TIMS U-Pb dating shows that the laccolith grew first by under-accretion of granitic sills over 90 +/- 30 ka, linked to a `sheet-like' feeding system, followed by underplating of mafic sills after similar to 20 ka of quiescence. In the mafic sills complex, individual sills were injected by over-accretion during 41 +/- 11 ka. Our data show that successive granitic and mafic magmas emplacement generated a volume of similar to 88 km(3) in 162 +/- 11 ka. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

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.

Petrogenesis of syntectonic granites emplaced at the transition from thrusting to transcurrent tectonics in post-collisional setting: Whole-rock and Sr-Nd-Pb isotope geochemistry in the Neoproterozoic Quatro Ilhas and Mariscal Granites, Southern Brazil

The Neoproterozoic post-collisional period in southern Brazil (650-580 Ma) is characterized by substantial volumes of magma emplaced along the active shear zones that compose the Southern Brazilian Shear Belt. The early-phase syntectonic magmatism (630-610 Ma) is represented by the porphyritic, high-K, metaluminous to peraluminous Quatro Ilhas Granitoids and the younger heterogranular, slightly peraluminous Mariscal Granite. Quatro II has Granitoids include three main petrographic varieties (muscovite-biotite granodiorite mbg; biotite monzogranite - bmz: and leucogranite - lcg) that, although sharing some significant geochemical characteristics, are not strictly comagmatic, as shown by chemical and Sr-Nd-Pb isotope data. The most primitive muscovite-biotite granodiorite was produced by contamination of more mafic melts (possibly with some mantle component) with peraluminous crustal melts; the biotite monzogranite, although more felsic, has higher Ca, MgO,TiO2 and Ba, and lower K2O, FeOt, Sr and Rb contents, possibly reflecting some mixing with coeval mafic magmas of tholeiitic affinity; the leucogranite may be derived from pure crustal melts. The Mariscal Granite is formed by two main granite types which occur intimately associated in the same pluton, one with higher K (5-6.5 wt.% K2O) high Rb and lower CaO, Na2O, Ba and Zr as compared to the other (3-5 wt.% of K2O). The two Mariscal Granite varieties have compositional correspondence with fine-grained granites (fgg) that occur as tabular bodies which intruded the Quatro Ilhas Granoitoids before they were fully crystallized, and are inferred to correspond to the Mariscal Granite feeders, an interpretation that is reinforced by similar U-Pb zircon crystallization ages. The initial evolution of the post-collisional magmatism, marked by the emplacement of the Quatro Ilhas Granitoids varieties, activated sources that produced mantle and crustal magmas whose emplacement was controlled both by flat-lying and transcurrent structures. The transition from thrust to transcurrent-related tectonics coincides with the increase in the proportion of crustal-derived melts. The transcurrent tectonics seems to have played an essential role in the generation of mantle-derived magmas and may have facilitated their interaction with crustal melts which seem to be to a large extent the products of reworking of orthogneiss protoliths. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Petrology and geochemistry of Lipari Island (Aeolian archipelago): constraints on magma genesis and evolution

A full set of geochemical and Sr, Nd and Pb isotope data both on bulk-rock and mineral samples is provided for volcanic rocks representative of the whole stratigraphic succession of Lipari Island in the Aeolian archipelago. These data, together with petrographic observations and melt/fluid inclusion investigations from the literature, give outlines on the petrogenesis and evolution of magmas through the magmatic and eruptive history of Lipari. This is the result of nine successive Eruptive Epochs developing between 271 ka and historical times, as derived from recentmost volcanological and stratigraphic studies, combined with available radiometric ages and correlation of tephra layers and marine terrace deposits. These Eruptive Epochs are characterized by distinctive vents partly overlapping in space and time, mostly under control of the main regional tectonic trends (NNW-SSE, N-S and minor E-W). A large variety of lava flows, scoriaceous deposits, lava domes, coulees and pyroclastics are emplaced, ranging in composition through time from calcalkaline (CA) and high-K (HKCA) basaltic andesites to rhyolites. CA and HKCA basaltic andesitic to dacitic magmas were erupted between 271 and 81 ka (Eruptive Epochs 1-6) from volcanic edifices located along the western coast of the island (and subordinately the eastern Monterosa) and the M.Chirica and M.S.Angelo stratocones. These mafic to intermediate magmas mainly evolved through AFC and RAFC processes, involving fractionation of mafic phases, assimilation of wall rocks and mixing with newly injected mafic magmas. Following a 40 ka-long period of volcanic quiescence, the rhyolitic magmas were lately erupted from eruptive vents located in the southern and north-eastern sectors of Lipari between 40 ka and historical times (Eruptive Epochs 7-9). They are suggested to derive from the previous mafic to intermediate melts through AFC processes. During the early phases of rhyolitic magmatism (Eruptive Epochs 7-8), enclaves-rich rocks and banded pumices, ranging in composition from HKCA dacites to low-SiO2 rhyolites were erupted, representing the products of magma mixing between fresh mafic magmas and the fractionated rhyolitic melts. The interaction of mantle-derived magmas with the crust represents an essential process during the whole magmatic hystory of Lipari, and is responsible for the wide range of observed geochemical and isotopic variations. The crustal contribution was particularly important during the intermediate phases of activity of Lipari when the cordierite-bearing lavas were erupted from the M. S.Angelo volcano (Eruptive Epoch 5, 105 ka). These lavas are interpreted as the result of mixing and subsequent hybridization of mantle-derived magmas, akin to the ones characterizing the older phases of activity of Lipari (Eruptive Epochs 1-4), and crustal anatectic melts derived from dehydration-melting reactions of metapelites in the lower crust. A comparison between the adjacent islands of Lipari and Vulcano outlines that their mafic to intermediate magmas seem to be genetically connected and derive from a similar mantle source affected by different degrees of partial melting (and variable extent of crustal assimilation) producing either the CA magmas of Lipari (higher degrees) or the HKCA to SHO magmas of Vulcano (lower degrees). On a regional scale, the most primitive rocks (SiO2<56%, MgO>3.5%) of Lipari, Vulcano, Salina and Filicudi are suggested to derive from a similar MORB-like source, variably metasomatized by aqueous fluids coming from the slab and subordinately by the additions of sediments.

Major element and mineral composition of gabbroic xenoliths and megacrysts from Jeju Island, South Korea

Gabbroic xenoliths and diverse megacrysts (e.g., clinopyroxenes, amphiboles and plagioclases), which correspond to the lithology ranging from gabbro-norite to gabbro, occur in the Pleisto-Holocene alkali basalts from Jeju Island, South Korea. The gabbroic xenoliths consist primarily of moderate-K2O plagioclase, Ti-Al-rich clinopyroxene and CaO-rich orthopyroxene; additionally, TiO2-rich amphibole (kaersutite) and Ti-Fe oxides might or might not be present. The plagioclase is the most dominant phase (approx. 60-70 vol.%). The xenoliths and megacrysts provide evidence for the modal metasomatism of the lower continental crust by the mafic magmas during the Pleistocene. The coarse grain size (up to 5 mm), moderate Mg# [=100xMg/(Mg+Fe(total)) atomic ratio] of pyroxenes (70-77) and textural features (e.g., poikilitic) indicate that the gabbroic xenoliths are consistent with a cumulus origin. The clinopyroxenes from these xenoliths are enriched in REE with smooth convex-upward MREE patterns, which are expected for cumulus minerals formed from a melt enriched in incompatible trace elements. The strikingly similar major and trace element variations and the patterns of constituent minerals clearly indicate a genetic link between the gabbroic xenoliths (plus megacrysts) and the host basalt, indicating that the xenoliths belong to the Jeju Pleisto-Holocene magma system. On the basis of the textural features, the mineral equilibria and the major and trace element variations, the xenoliths appear to have crystallized from basaltic melts at the reservoir-roof environment within the lower crust (4-7 kbars) above the present Moho estimates beneath Jeju Island, where the xenoliths represent wall rocks. Following the consolidation of the xenolith lithologies, volatile- and incompatible element-enriched melt/fluid, as metasomatic agents, infiltrated through the grain boundaries and/or cracks and reacted with the preexisting anhydrous phases, which produced the metasomatic amphiboles. This volatile-enriched melt/fluid could have evolved from the initially anhydrous compositions to the volatile-saturated compositions by the active fractional crystallization in the Jeju Pleisto-Holocene magma system. This process was significant in that it was a relatively young event and played an important role in the formation of the hydrous minerals and the metasomatization of the lower continental crust, which is a plume-impacted area along the Asian continental margin. The major and trace element analyses of the mineral phases from the xenoliths were performed to define the principal geochemical characteristics of the crustal lithosphere segment represented by the studied xenoliths.

Arc crust-magma interaction in the Andean Southern Volcanic Zone from thermobarometry, mineral composition, radiogenic isotope and rare earth element systematics of the Azufre-Planchon-Peteroa volcanic complex, Chile

The Andean Southern Volcanic Zone (SVZ) is a vast and complex continental arc that has been studied extensively to provide an understanding of arc-magma genesis, the origin and chemical evolution of the continental crust, and geochemical compositions of volcanic products. The present study focuses on distinguishing the magma/sub-arc crustal interaction of eruptive products from the Azufre-Planchon-Peteroa (APP 35°15'S) volcanic center and other major centers in the Central SVZ (CSVZ 37°S–42°S), Transitional SVZ (TSVZ 34.3–37.0°S), and Northern SVZ (NSVZ 33°S–34°30'S). New Hf and Nd isotopic and trace element data for SVZ centers are consistent with former studies that these magmas experienced variable depths of crystal fractionation, and that crustal assimilation is restricted to the lower crustal depths with an apparent role of garnet. Thermobarometric calculations applied to magma compositions constrain the depth of magma separation from mantle sources in all segments of the SVZ to(70-90 km). Magmatic separation at the APP complex occurs at an average depth of ~50 km which is confined to the mantle lithosphere and the base of the crust suggesting localized thermal abrasion both reservoirs. Thermobarometric calculations indicate that CSVZ primary magmas arise from a similar average depth of (~54 km) which confines magma separation to the asthenospheric mantle. The northwards along-arc Sr-Nd-Hf isotopic data and LREE enrichment accompanied with HREE depletion of SVZ mafic magmas correlates well with northward increasing crustal thickness and decreasing primary melt separation from mantle source regions indicating an increased involvement of lower crustal components in SVZ magma petrogenesis. ^ The study concludes that the development of mature subduction zones over millions of years of continuous magmatism requires that mafic arc derived melts stagnate at lower crustal levels due to density similarities and emplace at lower crustal depths. Basaltic underplating creates localized hot zone environments below major magmatic centers. These regions of high temperature/partial melting, and equilibration with underplated mafic rocks provides the mechanism that controls trace element and isotopic variability of primary magmas of the TSVZ and NSVZ from their baseline CSVZ-like precursors.^

The multistage crystallization of zircon in calc-alkaline granitoids : U-Pb age constraints on the timing of Variscan tectonic activity in SW Iberia

CL imaging and U–Th–Pb data for a population of zircons from two of the Évora Massif granitoids (Ossa-Morena Zone, SW Iberia) show that both calc-alkaline granitoids have zircon populations dominated by grains with cores and rims either showing or not showing differences in Th/U ratio, and having ages in the range ca. 350–335 Ma (Early Carboniferous). Multistage crystallization of zircon is revealed in two main growth stages (ca. 344–342 Ma and ca. 336–335 Ma), well represented by morphologically complex zircons with cores and rims with different ages and different Th/U ratios that can be explained by: (1) crystallization from melts with different compositions (felsic peraluminous to felsic-intermediate metaluminous; 0.001 Th/U ratio < 0.5) and (2) transient temperature fluctuations in a system where anatectic felsic melts periodically underwent injection of more mafic magmas at higher temperatures. The two studied calc-alkaline granitoids do not include inherited zircons (pre-Carboniferous), probably because they were formed at the highest grade of metamorphism (T 837 °C; granulite facies) and/or because they were derived from inheritance-poor felsic and mafic rocks from a previous cycle, as suggested by the internal structures of zircon cores. These Variscan magmatic rocks with crystallization ages estimated at ca. 336–335 Ma are spatially and temporally related to high-temperature metamorphism, anatexis, processes of interaction between crustal- and mantle-derived magmas and intra-orogenic extension that acted in SW Iberia during the Early Carboniferous.

The Banhado Alkaline Complex, Southeastern Brazil: source and evolution of potassic SiO2-undersaturated high-Ca and low-Ca magmatic series

The Cretaceous Banhado alkaline complex in southeastern Brazil presents two potassic SiO2-undersaturated series. The high-Ca magmatic series consist of initially fractionated olivine (Fo(92-91)) + diopside (Wo(48-43)En(49-35)Ae(0-7)), as evidenced by the presence of xenocrysts and xenoliths. In that sequence, diopside (Wo(47-38)En(46-37)Ae(0-8)) + phlogopite + apatite + perovskite (Prv(> 92)) crystallized to form the phlogopite melteigite and led to the Ca enrichment of the magma. Diopside (Wo(47-41)En(32-24) Ae(3-14)) continued to crystallize as an early mafic mineral, followed by nepheline (Ne(74.8-70.1)Ks(26.3-21.2)Qz(7.6-0.9)) and leucite (Lc(65-56)) and subsequently by melanite and potassic feldspar (Or(85-99)Ab(1-7)) to form melanite ijolites, wollastonite-melanite urtites and melanite-nepheline syenites. Melanite-pseudoleucite-nepheline syenites are interpreted to be a leucite accumulation. Melanite nephelinite dykes are believed to represent some of the magmatic differentiation steps. The low-Ca magmatic series is representative of a typical fractionation of aegirine-augite (Wo(36-29)En(25-4)Ae(39-18)) + alkali feldspar (Or(57-96)Ab(3-43)) + nepheline (Ne(76.5-69.0)Ks(19.9-14.4)Qz(15.1-7.7)) + titanite from phonolite magma. The evolution of this series from potassic nepheline syenites to sodic sodalite syenites and sodalitolites is attributed to an extensive fractionation of potassic feldspar, which led to an increase of the NaCl activity in the melt during the final stages forming sodalite-rich rocks. Phonolite dykes followed a similar evolutionary process and also registered some crustal assimilation. The mesocratic nepheline syenites showed interactions with phlogopite melteigites, such as compatible trace element enrichments and the presence of diopside xenocrysts, which were interpreted to be due to a mixing/mingling process of phonolite and nephelinite magmas. The geochemical data show higher TiO2 and P2O5 contents and lower SiO2 contents for the high-Ca series and different LILE evolution trends and REE chondrite-normalized patterns as compared to the low-Ca series. The Sr-87/Sr-86, Nd-143/Nd-144, Pb-206/Pb-204 and Pb-208/Pb-204 initial ratios for the high-Ca series (0.70407-0.70526, 0.51242-0.51251, 17.782-19.266 and 38.051-39.521, respectively) were slightly different from those of the low-Ca series (0.70542-0.70583, 0.51232-0.51240, 17.758-17.772 and 38.021-38.061, respectively). For both series, a CO2-rich potassic metasomatized lithospheric mantle enriched the source with rutile-bearing phlogopite clinopyroxenite veins. Kamafugite-like parental magma is attributed to the high-Ca series with major contributions from the melting of the veins. Potassic nephelinite-like parental magma is assigned to the low-Ca series, where the metasomatized wall-rock played a more significant role in the melting process.

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.

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.

Cambrian mafic to felsic magmatism and its connections with transcurrent shear zones of the Borborema Province (NE Brazil): Implications for the late assembly of the West Gondwana

New U-Pb (SHRIMP) and (40)Ar/(39)Ar isotopic data of igneous rocks and mylonites of the Borborema Province (NE Brazil) show that a wide range of tectonothermal events affected the province during the transition from the Precambrian to the Cambrian. Concordant zircon U-Pb data constrained the crystallization age of mafic stocks, mafic to felsic dikes and granite batholiths between 548 and 533 Ma. These bodies were emplaced in a regional strain field combining extension and dextral shearing. The ductile shear deformation overprinted an older basement fabric to develop a low- to medium metamorphic grade vertical mylonite belt that cut the province in the E-W direction. Magnetic fabrics of the Cambrian batholiths determined by anisotropy of magnetic susceptibility are consistent with syntectonic emplacement. The magmatic pulses and shear deformation would have supplied enough heat to reset the synkinematic micas of mylonites to yield (40)Ar/(39)Ar plateau cooling ages between ca. 550 and 510 Ma. These results provide evidence that emplacement of Early Cambrian mafic and felsic magmas were accompanied by regional-scale shear deformations, probably in the consequence of late collisions along the West Gondwana margin. (C) 2010 Published by Elsevier B.V.

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.