La modélisation des processus de cristallisation fractionnée et de fusion partielle des laves mafiques du Saghro a permis de conclure qu'elles proviennent de faibles niveaux de fusion partielle de péridotite carbonatée enrichie en éléments incompatibles au niveau de la transition grenat. Les néphélinites du Saghro présentent une évolution temporelle avec une légère augmentation de la vitesse de fusion et une diminution de la quantité d'amphibole dans le résidu depuis les plus anciennes (néphélinites du Miocène, 9,6 Ma) jusqu'aux plus récentes (néphélinites du Pliocène, 2,9 Ma).
Introduction
Contexte géodynamique du Maroc
Le délaminage de la lithosphère le long de ces zones de cisaillement provoque le soulèvement et la fonte de l'asthénosphère. La remontée de l'asthénosphère est favorisée par la convection produite par les variations latérales de température liées à la topographie de la base de la lithosphère (King et Anderson, 1998).
Le volcanisme alcalin récent du nord-ouest de l’Afrique
Ces modèles, qui s'appuient principalement sur des contraintes géophysiques (tomographie sismique, anomalies gravitationnelles, flux de chaleur, topographie, etc.), font encore l'objet de nombreux débats. L'étude chimique des laves alcalines produites par le volcanisme marocain permet, en ouvrant une fenêtre sur les processus se déroulant en profondeur, d'imposer des contraintes à ces modèles.
Objectifs et organisation de la thèse
Contexte géologique et méthodes analytiques
Contexte géologique du Jbel Saghro
L'annexe montre la position du Jbel Saghro dans la ceinture des montagnes de l'Atlas, en Afrique du Nord-Ouest (annexe adaptée de El Azzouzi et al., 2010). Les observations de terrain (Berger, 2008 ; Ibhi, 2000 ; cette étude) et la datation isotopique K-Ar (Berrahma et al., 1993) ont permis de reconstituer l'histoire volcanique récente du Jbel Saghro.
Échantillonnage
Les néphélinites pliocènes des coulées de Foum el Kouss (Figure 2.2) étaient localisées à une altitude de 1500 mètres. Les dômes forment des reliefs abrupts dont le diamètre n'excède pas 250 m, comme à Ikniouen ou Tifornine (Figure 2.3C-F).
Méthodes analytiques
- Analyses quantitatives des minéraux
- a. Éléments majeurs : microsonde électronique
- b. Éléments en trace : LA-ICP-MS
- Analyses en roche totale
- a. Éléments majeurs : spectrométrie XRF et analyse élémentaire
- b. Éléments en trace : spectrométrie ICP-MS
- Analyse des inclusions fluides
- a. Pétrographie
- b. Microthermométrie
- c. Microspectroscopie Raman
Les concentrations d'éléments traces dans les échantillons de lave de Jbel Saghr étaient. Les limites de détection sont de l’ordre du centième au dix millième de ppb (Tableau 2.3), les analyses ICP-MS permettent donc de mesurer de très faibles concentrations d’éléments traces avec une grande précision (écart type < 5.
Pétrographie et géochimie des échantillons
Pétrographie
- Néphélinites
- Basanites
- Téphrites
- Phonolites
Les cristaux d'augite présentent des anomalies LILE négatives variables (par exemple, Rb, Ba) dans des diagrammes normalisés au manteau primitif (Figure 3.5D). Les augites sont fortement appauvries en LILE dans les diagrammes normalisés au manteau primitif (Figure 3.2B).
Géochimie des laves alcalines
- Éléments majeurs
- Éléments en trace
Les néphélinites sont les seules laves mafiques de Saghro qui présentent un fractionnement K/Nb aussi important (Figure 3.7E). Harker trace les concentrations de (A) Cr, (B) Sc, (C) Ni et (D) Co en fonction de la teneur en SiO2 de la lave du Jbel Saghro.
Les inclusions fluides et les minéraux riches en éléments volatils
Introduction
Many authors emphasized the fact that formation, emplacement and crystallization of alkaline lavas were strongly influenced by volatile elements such as CO2, H2O, S, F and Cl (e.g. all these studies have shown that fluid inclusions in mantle xenoliths are generally dominated by CO2, with very little or no other detectable fluid species such as CO, H2O, N2, or CH4 However, very few studies of fluid inclusions in minerals from alkaline lavas that host the xenoliths have been performed, which may provide constraints on fluids found deeper in the mantle (Bureau et al., 1998; Frezzotti et al., 1991; Galipp et al., 2006; Hansteen et al., 1998).
During ascent of mafic magmas, fluid inclusions can form very rapidly (within hours to days; Wanamaker et al., 1990), and are thus able to record short-term magma stagnation levels.
Geological context of the Jbel Saghro volcanic complex
The origin of the alkaline volcanism in the Saghro massif is still debated, and two main hypotheses have been proposed: (1) a deviation of material from the Canary mantle plume below the Canary-Siroua-Saghro structural line related to the rollback of the Tethys plate (Duggen et al ., 2009; Hoernle and Schmincke, 1993; Ibhi, 2000); and (2) Liégeois et al. 2005) consider the Saghro volcanism to be part of the WAC Cenozoic volcanism as a whole, and thus to be caused by the reactivation of Pan-African structures that affected the northern boundary of the WAC during the collision between the African and European plates. Only one occurrence of intermediate lavas with tephrite characteristics has been observed (Berger et al., 2008; Ibhi, 2000; this study). Basanites and nephelinites always occur as relatively thin lava flows (< 15 m) that mark a reverse relief, and generally overlie thin (< 1 m) pyroclastic tuffs that are locally rich in megacrysts and xenoliths (Berger et al., 2009) ; Ibhi, 2000).
The tephrite occurs as a thick flow on the southern part of the Bou Gafer granitic intrusion.
Analytical methods
- Whole rock
- Minerals
- Fluid inclusions
Major element concentrations were measured by comparing the X-ray intensity for each element with that for two beads, each of nine reference geological standard samples (PCC-1, BCR-1, BIR-1, DNC-1, W -2, AGV- 1, GSP-1, G-2 and STM -1, using the values recommended by Govindaraj, 1994). The LOI content can be semi-quantitatively used as an estimate of the volatile matter content (CO2, OH, S, Cl and F) in the sample. The solid residues are then dissolved in H2O+HNO3 and diluted 8000 times to avoid saturation of the ICP-MS.
Major element mineral compositions have been acquired on a CAMECA SX100 electron micro probe at the Microsonde Sud service at the University of Montpellier.
Nephelinite from the Saghro volcanic field
- Miocene nephelinite
- Pliocene nephelinite
Augites show a strong LILE depletion in primitive mantle-normalized diagrams, except for two rims with high LILE content (Fig. 4.5C). The Pd/Ir (platinum group elements (PGE)) and Cu/Ni (metals) ratios of sulfides in Miocene nephelinites are low and occur in the OIB-type magma field (Fig. 4.6B). Olivine phenocrysts are the second dominant phase and represent less than 7 vol.% of the host rock (Fig. 4.2B).
Pt/Ir (PGE) and Cu/Ni (metal) sulfide ratios in Pliocene nephelinites are low and are shown in the OIB-type magma field (Figure 4.6B).
Fluid inclusions
- Petrography
- Microthermometry of single-phased inclusions
- Type 1 inclusion densities
- Fluid composition — Raman spectroscopy
- Solid phases in fluid inclusions — Raman spectroscopy
- Relation to the host olivine
It is important to note that Type 1A and Type 1B inclusions never share the same level. –C) Histograms of melting temperatures (Tm) for (A) Type 1A secondary and (C) Type 1B primary inclusions in Miocene nephelinite, and for (B) Type 1A secondary inclusions in Pliocene nephelinite. –F) Histograms of homogenization of the volatile phase (Th CO2) for (D) Type 1A secondary and (F) Type 1B primary fluid inclusions in Miocene nephelinite, and for (E) Type 1A secondary inclusions in Pliocene nephelinites.
In the Miocene nephelinites, all type 1A inclusions homogenized into vapor (Thv) and all type 1B inclusions homogenized into liquid (Thl).
Discussion
- Pre-eruptive conditions of Miocene and Pliocene nephelinites from Saghro
- Deep CO 2 fluids in nephelinite magmas
- Magma evolution for Saghro nephelinites
The occurrence of rare pyrrhotites (sulfides - S2-) and S-bearing apatites (S6+) suggests that Miocene nephelinites evolved under relatively oxidized conditions near $log fO2 = NNO+1 (Jugo et al., 2010) and unstable elements are present. at depth during magma crystallization. None of the fluid inclusions investigated provided evidence for the presence of H2O, although this component is often reported from studies of melt inclusions present in alkaline lavas (e.g. Bureau et al., 1998; Miocene nephelinites are the first nephelinites to have erupted in the Jbel Saghro volcanic massif (9.6-5.2 Ma, Berrahma et al., 1993).
As for the Miocene nephelinite, the presence of carbonate xenolith and peridotite (Ibhi et al., 2002) is evidence of the rapid rate of magma ascent.
Conclusion
Origine des magmas primaires du Jbel Saghro
Introduction
Plusieurs hypothèses ont été présentées pour expliquer l'origine des magmas hyperalcalins pauvres en quartz tels que les néphélinites et les basanites, qui seront développées et discutées plus en détail au chapitre 6. Dans le champ volcanique du Saghro, la présence de laves alcalines sous-saturées en quartz sous forme de néphélinites et de basanites permet de contraindre les caractéristiques de leur origine dans le manteau en étudiant leur composition chimique et en utilisant une modélisation de fusion partielle, discutant ainsi des différents modèles proposés. dans la littérature pour expliquer le volcanisme alcalin du nord-ouest de l'Afrique. Cette étude géochimique détaillée vise à contraindre l'origine et la genèse des laves alcalines mafiques du Jbel Saghro.
Cette approche permet de modéliser les processus de fusion partielle et de contraindre les conditions de cette fusion et de caractériser la source mantellique à l'origine des magmas néphélinitiques dans un contexte intracontinental à la marge nord-ouest du craton africain.
Discussion
- Magmas primaires
- Fusion partielle
- a. Processus de fusion partielle et paramètres impliqués
- b. Modélisation inverse
- c. Fusion partielle dans le manteau
- Origine des laves primaires de Saghro
Les modes sources et les coefficients de partage utilisés proviennent de McKenzie et O'Nions (1991). Pour les mêmes changements dans la composition modale de la source, les coefficients compilés par Berger et al. Enfin, les coefficients utilisés par Berger et al. 2014) produisent des courbes de fusion qui montrent une diminution du fractionnement Dy/Yb avec l'augmentation de la teneur en grenat dans la source.
Variations temporelles de la composition de (A) SiO2, (B) TiO2, (C) K2O et (D) Ba des néphélinites et basanites de Jbel Saghro.
Conclusion
Les carbonatites font partie des roches les plus enrichies et sont enrichies en éléments incompatibles, à l'exception de K, Zr, Hf et Ti (Zeng et al., 2010). Ils sont également caractérisés par des rapports Zr/Hf et Ca/Al très élevés, et de fortes anomalies négatives en K, Zr, Hf et Ti dans les diagrammes des terres rares normalisés pour le manteau primitif. La fusion d'un tel manteau métasomatisé produira ainsi des fluides enrichis en éléments incompatibles avec des anomalies négatives en K, Zr, Hf et Ti, similaires aux laves mafiques alcalines naturelles (Dasgupta et al., 2007 ; Hirose, 1997).
Le métasomatisme mantellique d'une composante carbonatitique permet donc d'expliquer les caractéristiques géochimiques des néphélinites et basanites du Jbel Saghro.
Discussion et conclusion
Une source péridotitique carbonatée
Les résultats obtenus au cours de cette thèse confirment la présence d'un manteau métasomatisé par des fluides carbonatés/hydratés issus de la fonte de la lithosphère océanique subductée. Variations des ratios (A) Ca/Al vs Zr/Hf et (B) Zr/Hf vs Ca/Sc pour les laves primaires de Jbel Saghro et pour d'autres néphélinites et basanites en contextes intraplaques d'après la littérature, montrant l'influence des carbonatiques mettent l'accent sur les métasomatiques sur la source du volcanisme du Saghro. Les néphélinites de Saghro analysées au cours de cette thèse sont comparables aux néphélinites de la littérature qui ont été influencées par un composant carbonaté dans leur source.
L'influence d'une composante carbonatitique et la présence d'amphibole dans la genèse des néphélinites et basanites du Jbel Saghro est donc certaine, mais ces deux composantes présentent des variations qui suggèrent une hétérogénéité, sinon spatiale, du moins temporelle de leur origine.
Contraintes sur les modèles de genèse des laves alcalines
La présence d'amphibole dans la source a également été suggérée dans plusieurs études sur les néphélinites et les basanites (Melluso et al., 2007 ; Dautria et al., 2010 ; Zeng et al., 2010). L'amalgame de veines métasomatiques produit par la percolation de fluides basaltiques hydratés a été suggéré par plusieurs auteurs comme une origine possible des laves mafiques alcalines (par exemple, Halliday et al., 1995 ; Lloyd et Bailey, 1975 ; Niu et O'Hara, 2003). ; Pilet et al., 2008). Les résultats obtenus sur les néphélinites et basanites du Jbel Saghro (cette étude et Berger et al., 2014), sur les basanites de la péninsule de Bobaomby à Madagascar (Melluso et al., 2007), sur les basanites du Languedoc (Dautria et al., 2010 ) ) ou sur des néphélinites et des basanites du Shandong en Chine ( Zeng et al., 2010 ) et suggérant la présence d'amphibole dans la source indiquent tous de faibles taux de fusion inférieurs à ∼5–6 %.
Des expériences sur la réaction de fluides riches en quartz avec la péridotite montrent une dissolution de l'olivine et une précipitation de l'orthopyroxène qui produit des fluides pauvres en quartz lors de processus de fusion partielle (Lambart et al., 2012 ; Mallik et Dasgupta, 2012 ; Yaxley et Green, 1998).
Contraintes sur la géodynamique du volcanisme Nord-Ouest Africain
Carbonate metasomatism in the lithospheric mantle: peridotite xenoliths from a melilitic district of the Sahara Basin. Electrical signature of modern and ancient tectonic processes in the crust of the Atlas Mountains of Morocco. Crustal structure of the Ionian margin of Sicily: volcano Etna in the context of regional evolution.
Origin of a recrystallization front in the Ronda peridotite by a pervasive porous melt flow at the kilometer scale.
