Petrology of ultrabasic and basic xenoliths from the Kerguelen Islands. The mineralogical and thermobarometric constraints and their geodynamical implications.
Pétrologie des enclaves ultrabasiques et basiques des îles Kerguelen. Les contraintes minéralogiques et thermobarométriques et leurs implications géodynamiques
Résumé
The Southeast province of the Kerguelen Islands display several localities of ultrabasic-basic xenoliths (UB-B) that were entrained by highly alkaline lavas. Except Eclogitic, all known types of xenoliths from continental and oceanic areas are represented. This variety has led to a hierarchical typology by textural criteria (first order) and mineralogical criteria (second order). Three types and seven subtypes are defined. Type I is characterized by textures of mantle tectonics: it has subtypes I (harzburgites) and I (dunite). Type II, metamorphic textures with relics of igneous textures, contains IIa subtypes (cpx + opx + sp), IIb (cpx + ilm + sp) and IIc (lmenite-bearing metagabbros). Type III has typical magmatic textures and book consist of subtypes hornblenditic and biotitic.
Types I and II have been the subject of further study as type III. Type I xenoliths are witnesses of the upper mantle and have been equilibrated in the “spine peridotite” stability field. They reflect a competition between several mantle processes: partial melting, metasomatism and mantle-melts interaction. One of the two types of harzburgites contains clinopyroxene demonstrating very clearly mantle-melts interaction. The same mechanism plays a key role in the genesis of dunite and associated composite xenoliths. Type II xenoliths are originally magmatic cumulates and segregates. The type IIa form a complete suite, from ultramafic terms (peridotites) to basic terms (metagabbros) and could be connected to the tholeiitic-transitional magmatism of the archipelago. Several reactions (symplectites, coronites) are observed and some produce associations of saphirine +/- garnet. These rocks have been equilibrated in the conditions of the granulite facies at 0.5 to 1.6 GPa and 900 to 1000 ° C. The type IIb corresponds to deep segregates of alkaline magmas in emplaced within the upper mantle (0.7 to 1.35 GPa, 850-1000 ° C). The type IIC form a homogeneous suite, close to the compositions of the tholeiitic-transitional liquids occurring at the surface of the Islands, and equilibrated within the conditions of the granulite facies.
A discussion integrating these features to geochronology and geophysical data confirm and explain the inferred crustal thickening highlighted by the evolution of the seismic velocities at depth. The north end of the Kerguelen Plateau was built at the junction between the India / Antarctica ridge and the Australia / Antarctica ridge between 56 and 43 Ma. Near the Moho abundant tholeiitic-transitional magmas, produced by the synergy the the young East Indian Ridge and the Kerguelen plume, have formed cumulates and segregates that were "underplated" and that largely contributed to the crustal thickening. This is then amplified by the volcanic overload related to the duration of the plume activity, the cumulates slowly cool and sink to depths corresponding to the granulite facies. The younger alkaline magmas sampled those deep rocks and uplifted them to the surface.
This crustal thickening, and some special characterisitcs of the magmatic complexes from the archipelago, allows to consider an abnormally low density of the lithosphere and, consequently, to propose that it could not be easely subducted. In that case, Kerguelen would be a continental protolith.
La province Sud-Est des Iles Kerguelen a livré plusieurs gisements d’enclaves ultrabasiques-basiques (UB-B) qui ont été remontées par des laves très alcalines. A l’exception des éclogites, tous les types connus en domaines continentaux et océaniques sont représentés. Cette grande variété a conduit à une typologie hiérarchisée par les critères texturaux (1er ordre) et minéralogiques (2ème ordre). Trois types et sept sous-types sont définis. Le type I est caractérisé par des textures de tectoniques mantelliques : il possède les sous-types Ia (harzburgites) et Ib (dunites). Le type II, aux textures métamorphiques avec des reliques de textures magmatiques, renferme les sous-types IIa (assemblages cpx+opx+sp), IIb (cpx+ilm+sp) et IIc (métagabbros à ilménites). Le type III a des textures franchement magmatiques et livre les sous-types hornblenditiques et biotitiques.
Les types I et II ont fait l’objet d’une étude plus approfondie que le type III. Les enclaves de type I proviennent du manteau supérieur et elles sont rééquilibrées dans le champ de stabilité des « péridotites à spinelle ». Elles témoignent d’une compétition entre plusieurs processus mantelliques : fusion partielle, métasomatisme et interaction manteau-magmas. L’un des deux types de harzburgites contient un clinopyroxène qui témoigne très clairement de l’interaction manteau-magmas. Le même mécanisme joue un role principal dans la genèse des dunites et des enclaves composites auxquelles elles sont associées. Les enclaves de type II sont à l’origines des cumulats et ségrégats magmatiques. Le type Iia forme une suite complète, depuis des termes ultrabasiques (péridotites) jusqu’à des termes basiques (métagabbros). Il peut etre relié au magmatisme tholéiitique-transitionnel de l’archipel. Plusieurs réactions (symplectites, coronites) sont observées et certaines produisent des associations à saphirine +- grenat. Ces roches ont été rééquilibrées dans les conditions du faciès granulite de 0,5 à 1,6 GPa et de 900 à 1000°C. Le type IIb correspond à des ségrégats profonds de magmas alcalins mis en place dans le manteau supérieur (0,7 à 1,35 GPa, 850 à 1000 °C). Le type IIC forme un ensemble très homogènes, proche des compositions des liquides tholéiitiques-transitionnels de surface, et rééquilibré dans les conditions du faciès granulite.
Une discussion intégrant ces arguments aux données géochronologiques et géophysiques permet de confirmer et d’expliquer l’épaississement crustal déduit de l’évolution des vitesses sismiques en profondeur. L’extrémité nord du plateau de Kerguelen a été édifiée lors de la jonction entre la ride Inde/Antarctique et la ride Australie/Antarctique, entre 56 et 43 Ma. A proximité du Moho des magmas tholéiitiques-transitionnels très abondants, produits par la synergie de la jeune ride Est-Indienne et du point chaud de Kerguelen, ont formés des cumulats et des ségrégats qui ont été « sous-plaqués » et qui ont largement participé à l’épaississement crustal. Celui-ci est ensuite amplifié par la surcharge volcanique lié à la durée du point chaud, les cumulats refroidissent lentement et s’enfoncent jusqu’à des profondeurs correspondant au faciès granulite. Les magmas alcalins, plus jeunes, remontent ensuite les fragments de ces roches profondes. Cet épaississement crustal, ainsi que certains caractères particuliers des complexes magmatiques de l’archipel, permet d’envisager une densité anormalement faible de la lithosphère et, par voie de conséquence, de proposer son « insubductabilité ». Kerguelen serait alors un protolithe continental.