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Catherine Annen en remplacement du Professeur Dungan Roches magmatiques.

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1 Catherine Annen en remplacement du Professeur Dungan Roches magmatiques

2 Polycopié du Professeur Dungan An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology, de J.D. Winter, Prentice Hall Cours en ligne de J.D. Winter: Igneous and Metamorphic Petrology, de M. G. Best, Blackwell Sources principales

3 Plan du cours I. Analyse et modélisation des roches magmatiques 1. Les éléments majeurs 2. Les éléments en trace 3. Les isotopes II. Types de magmatisme et contextes géodynamiques 1. Intrusions mafiques stratifiées (LMI) 2. Basaltes de rides océaniques (MORB) 3. Basaltes des Iles Océaniques (OIB) 4. Basaltes des plateaux (Flood basalts) 5. Magmatisme darc 6. Granites et granitoïdes 7. Magmatisme alcalin

4 Chapitre 1: les éléments majeurs Roches magmatiques: Comprendre et modéliser les roches magmatiques

5 Elements majeurs: >1% SiO 2 Al 2 O 3 FeO* MgO CaO Na 2 O K 2 O H 2 O Elements mineurs: % TiO 2 MnO P 2 O 5 CO 2 Elements en trace: < 0.1% Le reste ElementWt % OxideAtom % O60.8 Si Al Fe Ca Mg Na Abundance of the elements in the Earths crust Daprès cours en ligne de Winter

6 o Elements majeurs: SiO 2 Al 2 O 3 FeO* MgO CaO Na 2 O K 2 O H 2 O Constituants des minéraux. Controllent les paramètres physiques des liquides. o Elements mineurs: TiO 2 MnO P 2 O 5 CO 2 Se substituent aux éléments majeurs dans le minéraux principaux. Parfois forment des phases minérales: minéraux accessoires. o Elements en trace: < 0.1% Le reste.

7 Modern Spectroscopic Techniques Figure 8-1. The geometry of typical spectroscopic instruments. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall. Daprès cours en ligne de Winter

8 Spectromètre de masse Echantillons chauffés et ionisés injectés dans une chambre à vide en présence dun fort champs magnétique. Trajet des ions fonction de leur masse Utilisé pour déterminer les rapports disotope Microsonde électronique Analyse des minéraux Lame mince polie bombardée avec des électrons Echantillons émets des rayons X

9 Must multiply by # of cations in oxide Daprès cours en ligne de Winter

10 Détermination de H 2 O: LOI LOI: loss on ignition Echantillon chauffé à 100°C: perte de leau non structurale. Echantillon chauffé à 800°C: perte de leau structurale

11 Table 8-3. Chemical analyses of some representative igneous rocks PeridotiteBasaltAndesiteRhyolitePhonolite SiO TiO Al2O Fe2O FeO MnO MgO CaO Na2O K2O H2O Total Peridotite: Lizard and Green, 1964; Autres: LeMaitre (1976)

12 Diagrammes Bivariés (x-y) (x-y) Diagrammes de Harker Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocks from Crater Lake (Mt. Mazama), Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). Daprès cours en ligne de Winter

13 Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocks from Crater Lake (Mt. Mazama), Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). Diagrammes Bivariés (x-y) (x-y) Diagrammes de Harker Daprès cours en ligne de Winter

14 o Magma primaire: issu directement de la fusion partielle (pas de différentiation) o Magma primitif: magma peu évolué o Magma parent: magma le plus primitif dun ensemble de magma et dont les autres sont dérivés (magmas dérivés ou évolués) o Province pétrogénétique ou pétrographique: région géographique dans les roche ignées ont un lien génétique

15 Principaux indices de différenciation SiO 2 MgO Zr, Th, Ce Rapports Mg/Fe

16 Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocks from Crater Lake (Mt. Mazama), Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). Rareté de certains spectre de composition Daly gap: % SiO 2 Dynamique de la cristallisation fractionnée (apparition soudaine dune grande quantité de cristaux). Mélange de magma

17 Diagrammes ternaires Example: diagramme AFM (alkalis-FeO*-MgO) Figure 8-2. AFM diagram for Crater Lake volcanics, Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). Daprès cours en ligne de Winter

18 Diagrammes de Pearce Nicholls 1990 Teste lhypothèse quune phase est fractionnée Rapport entre les éléments Dénominateur semblable en abscisse et en ordonnée Dénominateur est un élément qui nest pas contenu dans la phase fractionnée Numérateur reflète la stœchiométrie de la phase fractionnée Proportion moléculaire (pas en poids) Même dénominateur: Corrélation ne prouve rien.

19 Figure 8-7. Stacked variation diagrams of hypothetical components X and Y (either weight or mol %). P = parent, D = daughter, S = solid extract, A, B, C = possible extracted solid phases. For explanation, see text. From Ragland (1989). Basic Analytical Petrology, Oxford Univ. Press. Modélisation: Diagrammes de Harker Daprès cours en ligne de Winter

20 Figure 8-2. Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocks from Crater Lake (Mt. Mazama), Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication). Diagrammes Bivariés (x-y) (x-y) Diagrammes de Harker Daprès cours en ligne de Winter

21 Hypothèses: 1 Différentiation par cristallisation fractionée 2 Trends = liquid line of descent 3 Le basalte est le magma parent Figure 8-7. Stacked variation diagrams of hypothetical components X and Y (either weight or mol %). P = parent, D = daughter, S = solid extract, A, B, C = possible extracted solid phases. For explanation, see text. From Ragland (1989). Basic Analytical Petrology, Oxford Univ. Press. Modélisation: Diagrammes de Harker Daprès cours en ligne de Winter

22 Figure 8-7. Stacked Harker diagrams for the calc-alkaline volcanic series of Table 8-5 (dark circles). From Ragland (1989). Basic Analytical Petrology, Oxford Univ. Press. Daprès cours en ligne de Winter Quelle phase faut-il extraire du premier liquide pour obtenir le liquide suivant ?

23 OxideWt%Cation Norm SiO ab18.3 TiO 2 1.4an30.1 Al 2 O di23.2 Fe 2 O 3 *11.5hy4.7 MgO10.8ol19.3 CaO11.5mt1.7 Na 2 O2.1il2.7 K 2 O0 Total Résultats: Cristallisation et extraction de plagioclase, olivine, pyroxene et oxide Fe-Ti Daprès cours en ligne de Winter

24 Eléments majeurs et séries magmatiques Les éléments majeurs sont utilisés pour distinguer des séries magmatiques: Somme des alkalins (Na 2 O + K 2 O) Silice (SiO 2 ) et saturation en silice Alumine (Al 2 O 3 )

25 Figure Total alkalis vs. silica diagram for the alkaline and sub-alkaline rocks of Hawaii. After MacDonald (1968). GSA Memoir 116

26 Tétrahèdre du basalte Figure Left: the basalt tetrahedron (after Yoder and Tilley, 1962). J. Pet., 3, Right: the base of the basalt tetrahedron using cation normative minerals, with the compositions of subalkaline rocks (black) and alkaline rocks (gray) from Figure 8-11, projected from Cpx. After Irvine and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8,

27 Ne Ab Q Ab + Tr Tr + L Ab + L Ne + L Liquid Ab + L Ne + Ab Thermal Divide Daprès cours en ligne de Winter

28 DiagrammeAFM: série sub-alcaline Figure AFM diagram showing the distinction between selected tholeiitic rocks from Iceland, the Mid-Atlantic Ridge, the Columbia River Basalts, and Hawaii (solid circles) plus the calc- alkaline rocks of the Cascade volcanics (open circles). From Irving and Baragar (1971). After Irvine and Baragar (1971). Can. J. Earth Sci., 8, Daprès cours en ligne de Winter

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30 Figure Alumina saturation classes based on the molar proportions of Al 2 O 3 /(CaO+Na 2 O+K 2 O) (A/CNK) after Shand (1927). Common non-quartzo-feldspathic minerals for each type are included. After Clarke (1992). Granitoid Rocks. Chapman Hall.

31 After Wilson (1989). Igneous Petrogenesis. Unwin Hyman - Kluwer


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