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. Google©
Que veut dire ce titre?
2

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. L’étude des racines d’un volcan
d’île océanique
?
©GSC
Que veut dire ce titre?
4

5. Introduction et généralités

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. 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. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1
8

9. Age (Ma)
Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1
9

10. Worldwind, 2001
Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1
10

11. Stillman (1999)
Ancochea et al. (1996)
Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie ConclusionsDonnéesexistantesVolcansd’îlesocéaniquesFuerteventuraPX1
11

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. 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. 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. 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. Structure et mise en place

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. 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. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions
QuestionsFacièsStructuresEBSD
principes
EBSD
résultats
Modèle
19

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. Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions
QuestionsFacièsStructuresEBSD
principes
EBSD
résultats
Modèle
21

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. 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. 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. • 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. • 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. RPT
60-80%
Introduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie Conclusions
QuestionsFacièsStructuresEBSD
principes
EBSD
résultats
Modèle
27

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. • 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. Age et durée de vie

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. Conclusions

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. ConclusionsIntroduction et généralités Structure et mise en place Age et durée de vie
40

41. Merci de votre attention…
ou de ne pas avoir ronflé trop fort…

43. 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

44. 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

45. 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

46. 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