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  1. 1. Growth mechanisms and timing of emplacement of a vertically layered mafic intrusion in the feeder zone of an ocean island volcano (Fuerteventura, Canary Islands) James Allibon Lausanne, 13 Juillet 2010 Université de Grenoble
  2. 2. Google© Que veut dire ce titre? 2
  3. 3. Pico del Teide (3718 m) Dernière éruption 18 au 27 nov. 1909 Caldeira de la Cañadas Hauteur réelle 7500 m pirineos3000.com Que veut dire ce titre? 3
  4. 4. L’étude des racines d’un volcan d’île océanique ? ©GSC Que veut dire ce titre? 4
  5. 5. Introduction et généralités
  6. 6. Résultats géophysiques (gravimétrie et aéro-magnétisme, Araña et al., 2000): •Présence d’un corps générant une forte anomalie magnétique et gravimétrique entre -7 et -12 km Roches denses type cumulats Témoin d’une chambre magmatique? •Deux corps verticaux au dessus du corps profond entre -7 et +1.5 km Complexes filoniens? Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 6
  7. 7. Résultats géophysiques (Tomographie sismique, Montelli et al. 2004): •Les Canaries, Açores et le Cap Vert ont une origine commune à 2900 km de profondeur (discontinuité de Gutenberg) •Volcanisme de type point chaud lié à un panache mantellique (‘plume’) de 400 km de diamètre Indépendant des mouvements des plaques tectoniques à la surface du globe. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 7
  8. 8. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 8
  9. 9. Age (Ma) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 9
  10. 10. Worldwind, 2001 Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 10
  11. 11. Stillman (1999) Ancochea et al. (1996) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 11
  12. 12. Carte géologique simplifiée des roches plutoniques du complexe de base de Fuerteventura: + jeune + vieux PX1 Gabbro-pyroxénites D’après Le Bas et al. (1986) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 12 Filons
  13. 13. Coulée de lave (quaternaire) Paléo plage Filons verticaux Julien • Les roches de complexe de base sont recoupées par des filons verticaux (≈1m de large) • >70% de concentration autour des intrusions • <20% dans les intrusions • Orientation NNE-SSW • Filons mis en place avant, pendant et après les intrusions Stillman (1999) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 13
  14. 14. Lebas et al. (1986) Hobson et al. (1998) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 14
  15. 15. Cristallisation fractionnée: Cumulat cumulat de pyroxenes: pyroxénite Litage: Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 15 ?
  16. 16. Structure et mise en place
  17. 17. • Quelle est la structure interne de l’intrusion PX1 ? • quelles sont les conditions P et T de mise en place (profondeur) ? • Pourquoi le litage est vertical ? (Qu’est-ce qui controle le litage si ce n’est pas la gravité?) • Comment former ces grands volumes de cumulats (pyroxénites) ? • Quels volumes de magma ? • Quel âge a l’intrusion, combien de temps a duré sa mise en place? • Vitesse de refroidissement? Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 17
  18. 18. 2 mm 2 mm JA 42 JA 91 Pyroxenites : Textures Ad- à meso-cumulative Cpx ± Ol ± Pl ± Ilm ± Ti-Mag ± Krs Gabbros : Textures Heter-ad- à meso-cumulative Cpx ± Ol ± Pl ± Ilm ± Ti-Mag± Krs ± Hbl ± Ap ± Zrn Textures : isotrope, folié, poecilitique OlCpxPlIlm+Ti-Mag+Krs, typique d’un basalte alcalin Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 18
  19. 19. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 19
  20. 20. JA 91 JA 42 Fernandez et al. (1997) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 20
  21. 21. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 21
  22. 22. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 22 Gabbros: Orientation NNE-SSW visible des minéraux (pyroxènes et plagioclases) 2 mm Pyroxénites: Pas d’orientation NNE-SSW visible des minéraux (pyroxénes) 2 mm
  23. 23. La technique de l’EBSD (diffraction d’électrons) Pyroxène - monoclinique ©HKL technology, 2005 ©HKL technology, 2005 Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 23 1 mm
  24. 24. JA 91 – Gabbro (50% pyroxène, 40% plagioclase, 6% olivine, 4% oxydes) • Orientation systématique des 3 axes cristallographiques • Le plan <100> est orienté ≈ NNE-SSW Cisaillement simple Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 24
  25. 25. • Orientation d’1 seul axe cristallographique • Le plan <100> est orienté ≈ NNE-SSW Cisaillement pur JA 42 – Pyroxenite (90% pyroxènes, 10% oxydes) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 25
  26. 26. • Mise en place juste sous l’édifice volcanique (1050-1100 °C, 0.1 to 0.2 GPa) par injections successives de filons de magma • L’initiation de PX1 et le litage dans les gabbros sont contrôlés par la tectonique régionale (cisaillement simple des clinopyroxènesgabbros) • Les clinopyroxènespyroxenites montrent un changement des contraintes dans PX1: cisaillement simple cisaillement pur (compaction E-W). La quantité de magma injecté > à la place crée lors de l’extension E-W Compaction des filons partiellement cristallisés et expulsion du liquide interstitiel (témoins = anorthosites) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 26
  27. 27. RPT 60-80% Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 27
  28. 28. Si l’intrusion se met en place en un épisode magmatique : T cristallisation = 53,000 à 99,200 ans Pour une mise en place en filons larges de 2m: <1 an (initiation de PX1) à 5 ans (activité max.) 100m 100m filon basaltique 1050 à 1250°C (Solidification at 900 °C) encaissant 100 à 800 °C Température encaissant (°C) Tcristallisation(jours) Température du magma Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 28
  29. 29. • Volume de magma estimé: 150 km3 • Si ces filons de 2m sont compactés après 60 à 80% de cristallisation : ≈ 3000 filons pour expliquer l’extension latérale de PX1 (3,5 km) Temps de cristallisation ≈ 10 000 ans. • Problème: La mise en place de magma est cyclique Des périodes de quiescence ‘repos’ existent entre les périodes d’injection Durée minimum de mise en place de l’ordre de 10 000 ans Inférieur à la durée de 1 Ma suggéré par Muñoz et al. (2003) pour une intrusion voisine (association carbonatites, roches alkalines) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions QuestionsFacièsStructuresEBSD principes EBSD résultats Modèle 29
  30. 30. Age et durée de vie
  31. 31. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ÉchantillonsPrincipesU/Pbrésultats40Ar/39ArrésultatsBilan 31
  32. 32. El. père El. fils Demi-vie (El. Père/2) 238 U 206 Pb 4.47 Ga. 235 U 207 Pb 704 Ma. 14 C 17 N 5730 a. Baddeleyite : ZrO2 Principe de la datation radiométrique temps écoulé ≈ père/fils 238U/206Pb t = l x ln(1+Pb/U) Zircon ZrSiO4 Élément père • 92U238 Élément fils • 82Pb206 800 µm 700 µm ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ÉchantillonsPrincipesU/Pbrésultats40Ar/39ArrésultatsBilan 32
  33. 33. 200µm 200µm 200µm 200µm ‘Lead loss’ ou cristallisation pendant 0.48 Ma? U élevé T°c zircon et baddeleyite : Fermeture du sablier à 699-988°C (Grimes et al. 2009) ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ÉchantillonsPrincipesU/Pbrésultats40Ar/39ArrésultatsBilan 33 Centre de PX1
  34. 34. 100µm Scap Pl Bd Zr δ18O = + 7,7 δ18OWR = + 4,3 δ18Opl = + 4,2 ‘Lead loss’ ou cristallisation pendant 0.52 Ma ? U faible ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ÉchantillonsPrincipesU/Pbrésultats40Ar/39ArrésultatsBilan 34 Bordure de PX1 δ18Ocarbonatites = + 6,7 à + 9,6 (Démény et al. (1998)
  35. 35. Ol – clinopyroxenite 21.8 ± 0.3 Ma Gabbro poecilitique 21.9 ± 0.6 Ma Gabbro isotrope 21.8 ± 0.5 Ma Ages identiques à ceux obtenus pour les zircons et baddeleyites (on s’attendrait au moins à 1% de moins) T°c kaersutite : Fermeture du sablier à 550°C ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ÉchantillonsPrincipesU/Pbrésultats40Ar/39ArrésultatsBilan 35
  36. 36. Refroidissement de PX1 de 699-988°C à 550°C en moins de 0.3-0.6 Ma (ou ‘excess argon’, ‘lead loss’, ‘intersystem bias inaccuracy’) Mise en place pendant ≈ 500 000 ans Refroidissement sous 550°C en 300 000 à 600 000 ans Centre • Début de la cristallisation du Zrn 22.06 ± 0.04 Ma • Fin de cristallisation du Zrn 21.58 ± 0.06 Ma (ou ‘lead loss’) 0.48 ± 0.29 Ma Bord • Début de la cristallisation de la Bd 22.1 ± 0.7 Ma • Cristallisation du Zrn (sub-solidus) 21.94 ± 0.02 Ma Dévolatilisation des carbonatites Interaction avec fluides CO2 + Ca • Fin de cristallisation du Zrn 21.54 ± 0.15 Ma 0.52 ± 0.22 Ma ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ÉchantillonsPrincipesU/Pbrésultats40Ar/39ArrésultatsBilan 36
  37. 37. PX1 de Saint Blanquat et al. (2010) 150 km3 de magma en 500’000 ans 0.0003 km3/an en moyenne ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ÉchantillonsPrincipesU/Pbrésultats40Ar/39ArrésultatsBilan 37
  38. 38. Conclusions
  39. 39. • Complexe filonien superficiel présentant un litage vertical • Initiation et géométrie contrôlées par la trans-tension régionale • Mise en place cyclique sous la forme de filons (NNE-SSW) • Pendant le maximum d’activité de PX1, la quantité de magma injecté était trop grande pour être accommodée par l’extension E-W: au sein de PX1 le régime de contraintes devient compressif Pyroxénites générées par compaction de filons partiellement cristallisés causant l’expulsion du liquide interstitiel • Début de la mise en place il y a 22.1 Ma. • Durée de vie 500’000 ans • Refroidissement sous 550°C en 300’000 à 600’000 ans ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vieIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie 39
  40. 40. ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie 40
  41. 41. Merci de votre attention… ou de ne pas avoir ronflé trop fort…
  42. 42. 76-81 Ma 48-49 Ma 10.3 Ma 0 – 0.7 Ma 1.3 Ma 5.6 Ma plaque Pacifique Chaîne Hawaii-Empereurs • Le point chaud est fixe et indépendant de la tectonique • La plaque pacifique naît à l’ouest des Amériques (dorsales) et meurt dans les zones de subduction Bordant le N et l’O de la plaque Pacifique Face of the EarthTM Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 11
  43. 43. sédiments mésozoïques séries sous-marines r. alkalines et carbonatites volcanisme subaérien massif de Vega (syénites et néphélinites) volcanisme de bouclier volcanisme pliocène et quaternaire sédiments quaternaires massif de Betancuria (syénites et trachytes) r. plutoniques mafiques et ultramafiques Carte géologique détaillée des roches plutoniques et volcaniques du complexe de base de Fuerteventura : Muñoz et al. (2003) Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 15
  44. 44. Données gravimétriques: p = m x g (g est l’accélération de la pesanteur ≈ 9.8 m/s2 sur terre) Le poids d’un objet est variable car g varie en fonction de la géologie. Données aéro-magnétiques: Les minéraux riches en fer s’aimantent sous l’effet du champ géomagnétique. Ce champ magnétique induit dépend donc de la composition des roches Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 6
  45. 45. Tomographie sismique: •Utilise la propagation des ondes sismiques pour ‘imager’ la structure interne de la Terre. •Zones ‘liquides’ chaudes ralentissent la propagation •Zones ‘solides’ froides l’accélèrent Montelli et al. 2004 Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1 8

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