catherine annen en remplacement du professeur dungan roches magmatiques

Catherine Annen en remplacement du Professeur Dungan

Roches magmatiques

Polycopié du Professeur DunganAn Introduction to Igneous and

Metamorphic Petrology, de J.D. Winter, Prentice Hall

Cours en ligne de J.D. Winter: http://www.whitman.edu/geology/winter/

Igneous and Metamorphic Petrology, de M. G. Best, Blackwell

Sources principales

http://www.whitman.edu/geology/winter/

http://www.whitman.edu/geology/winter/

Plan du coursI. Analyse et modélisation des roches

magmatiques 1. Les éléments majeurs2. Les éléments en trace3. Les isotopes

II. Types de magmatisme et contextes géodynamiques1. Intrusions mafiques stratifiées (LMI)2. Basaltes de rides océaniques (MORB)3. Basaltes des Iles Océaniques (OIB)4. Basaltes des plateaux (Flood basalts)5. Magmatisme d’arc6. Granites et granitoïdes7. Magmatisme alcalin

Chapitre 1: les éléments majeurs

Roches magmatiques: Comprendre et modéliser les

roches magmatiques

Elements majeurs: >1%SiO2 Al2O3 FeO* MgO CaO Na2O K2O H2O

Elements mineurs: 0.1 - 1%TiO2 MnO P2O5 CO2

Elements en trace: < 0.1%Le reste

Element Wt % Oxide Atom %O 60.8Si 59.3 21.2Al 15.3 6.4Fe 7.5 2.2Ca 6.9 2.6Mg 4.5 2.4Na 2.8 1.9

Abundance of the elementsin the Earth’s crust

D’après cours en ligne de Winter

o Elements majeurs: SiO2 Al2O3 FeO* MgO CaO Na2O K2O H2O

Constituants des minéraux. Controllent les paramètres physiques des liquides.

o Elements mineurs: TiO2 MnO P2O5 CO2

Se substituent aux éléments majeurs dans le minéraux principaux. Parfois forment des phases minérales: minéraux accessoires.

o Elements en trace: < 0.1%Le reste.

Modern Spectroscopic TechniquesModern Spectroscopic Techniques

Energy Source AbsorptionDetectorSample

EmissionDetector

Output withabsorption trough

Output withemission peak

Absorbedradiation

Emittedradiation

Figure 8-1. The geometry of typical spectroscopic instruments. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.


Spectromètre de masseEchantillons chauffés et ionisés injectés

dans une chambre à vide en présence d’un fort champs magnétique.

Trajet des ions fonction de leur masseUtilisé pour déterminer les rapports

d’isotopeMicrosonde électroniqueAnalyse des minérauxLame mince polie bombardée avec des

électronsEchantillons émets des rayons X

Wt. % Oxides to Atom % ConversionOxide Wt. % Mol Wt. Atom prop Atom %

SiO2 49.20 60.09 0.82 12.25

TiO2 1.84 95.90 0.02 0.29

Al2O3 15.74 101.96 0.31 4.62

Fe2O3 3.79 159.70 0.05 0.71

FeO 7.13 71.85 0.10 1.48MnO 0.20 70.94 0.00 0.04MgO 6.73 40.31 0.17 2.50CaO 9.47 56.08 0.17 2.53

Na2O 2.91 61.98 0.09 1.40

K2O 1.10 94.20 0.02 0.35

H2O+ 0.95 18.02 0.11 1.58

(O) 4.83 72.26Total 99.06 6.69 100.00

Must multiply by # of cations in oxide


Détermination de H2O: LOI

LOI: loss on ignitionEchantillon chauffé à 100°C: perte de l’eau

non structurale.Echantillon chauffé à 800°C: perte de l’eau

structurale

Table 8-3. Chemical analyses of some representative igneous rocks

Peridotite Basalt Andesite Rhyolite PhonoliteSiO2 42.26 49.20 57.94 72.82 56.19TiO2 0.63 1.84 0.87 0.28 0.62Al2O3 4.23 15.74 17.02 13.27 19.04Fe2O3 3.61 3.79 3.27 1.48 2.79

FeO 6.58 7.13 4.04 1.11 2.03MnO 0.41 0.20 0.14 0.06 0.17MgO 31.24 6.73 3.33 0.39 1.07CaO 5.05 9.47 6.79 1.14 2.72Na2O 0.49 2.91 3.48 3.55 7.79K2O 0.34 1.10 1.62 4.30 5.24H2O+ 3.91 0.95 0.83 1.10 1.57

Total 98.75 99.06 99.3 99.50 99.23

Peridotite: Lizard and Green, 1964; Autres: LeMaitre (1976)

Diagrammes Diagrammes BivariésBivariés

(x-y)(x-y)Diagrammes de Diagrammes de

HarkerHarker

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).





HarkerHarker


oMagma primaire: issu directement de

la fusion partielle (pas de

différentiation)

oMagma primitif: magma peu évolué

oMagma parent: magma le plus primitif

d’un ensemble de magma et dont les

autres sont dérivés (magmas dérivés

ou évolués)

oProvince pétrogénétique ou

pétrographique: région géographique

dans les roche ignées ont un lien

génétique

Principaux indices de différenciation

SiO2

MgOZr, Th, CeRapports Mg/Fe


Rareté de certains spectre de composition •Daly gap: 48-58 % SiO2

•Dynamique de la cristallisation fractionnée (apparition soudaine d’une grande quantité de cristaux).•Mélange de magma

Diagrammes ternairesExample: diagramme

AFM (alkalis-FeO*-MgO)

Figure 8-2. AFM diagram for Crater Lake volcanics, Oregon Cascades. Data compiled by Rick Conrey (personal communication).


Diagrammes de Pearce

Nicholls 1990

•Teste l’hypothèse qu’une phase est fractionnée•Rapport entre les éléments•Dénominateur semblable en abscisse et en ordonnée•Dénominateur est un élément qui n’est 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.

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





HarkerHarker


Hypothèses:1 Différentiation par

cristallisation fractionée

2 Trends = liquid line of descent

3 Le basalte est le magma parentFigure 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


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.


Quelle phase faut-il extraire du premier liquide pour obtenir le liquide suivant ?

Oxide Wt% Cation Norm

SiO2 46.5 ab 18.3TiO2 1.4 an 30.1Al2O3 14.2 di 23.2Fe2O3* 11.5 hy 4.7MgO 10.8 ol 19.3CaO 11.5 mt 1.7Na2O 2.1 il 2.7K2O 0Total 98.1 100

Résultats: Cristallisation et extraction de plagioclase, olivine, pyroxene et oxide Fe-Ti


Eléments majeurs et séries magmatiques

Les éléments majeurs sont utilisés pour distinguer des séries magmatiques:

Somme des alkalins (Na2O + K2O)Silice (SiO2) et saturation en siliceAlumine (Al2O3)

Figure 8-11. Total alkalis vs. silica

diagram for the alkaline and sub-alkaline rocks

of Hawaii. After MacDonald (1968). GSA Memoir 116

Tétrahèdre du basalte

Figure 8-12. Left: the basalt tetrahedron (after Yoder and Tilley, 1962). J. Pet., 3, 342-532. 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, 523-548.

Ne Ab Q

1070 1060

1713

Ab + Tr

Tr + L

Ab + LNe + L

Liquid

Ab + L

Ne + Ab

ThermalDivide


F

A M

Calc-alkaline

T

ho leiitic

DiagrammeAFM: série sub-alcaline

Figure 8-14. 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, 523-548.


Figure 18-2. Alumina saturation classes based on the molar proportions of Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) (“A/CNK”) after Shand (1927). Common non-quartzo-feldspathic minerals for each type are included. After Clarke (1992). Granitoid Rocks. Chapman Hall.

CharacteristicSeries Convergent Divergent Oceanic ContinentalAlkaline yes yes yesTholeiitic yes yes yes yesCalc-alkaline yes

Plate Margin Within Plate

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

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o elements majeurs

o constituants

harker daprs cours en

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