{"id":4887,"date":"2020-02-27T12:48:59","date_gmt":"2020-02-27T11:48:59","guid":{"rendered":"http:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/?p=4887"},"modified":"2020-03-26T08:10:40","modified_gmt":"2020-03-26T07:10:40","slug":"investigation-of-metamorphic-processes-by-detailed-petrology-and-stable-isotope-high-resolution-sims-analysis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/2020\/02\/investigation-of-metamorphic-processes-by-detailed-petrology-and-stable-isotope-high-resolution-sims-analysis\/","title":{"rendered":"Investigation of metamorphic processes by detailed petrology and stable isotope high resolution SIMS analysis"},"content":{"rendered":"<p><em>Th\u00e8se soutenue par Katharina MARGER le 6 mars 2020, Institut des sciences de la Terre (ISTE)<\/em><\/p>\n<p>Les analyses in-situ des rapports d&rsquo;isotopes stables combin\u00e9es \u00e0 des \u00e9tudes p\u00e9trologiques d\u00e9taill\u00e9es constituent un outil puissant pour mieux comprendre les processus r\u00e9gissant les r\u00e9actions m\u00e9tamorphiques. Les nouvelles avanc\u00e9es en spectrom\u00e9trie de masse \u00e0 ions secondaires (SIMS) permettent d&rsquo;effectuer des analyses de haute pr\u00e9cision avec une haute r\u00e9solution spatiale (&lt; 1&Prime;5 prm).<\/p>\n<p>Ainsi, cette th\u00e8se se concentre sur la d\u00e9termination in-situ de la composition isotopique des min\u00e9raux zon\u00e9s ainsi que de leurs inclusions dans les contextes de m\u00e9tamorphisme de contact (Little Cottonwood, Utah, USA) et r\u00e9gional (Mt. Rosa, Alpes d&rsquo;Europe de l\u2019Ouest).<\/p>\n<p>L&rsquo;intrusion de granodiorite de Little Cottonwood s&rsquo;est mise en place dans des s\u00e9diments prot\u00e9rozo\u00efques de la formation de Big Cottonwood, tr\u00e8s riches en aluminium, produisant une aur\u00e9ole thermique d&rsquo;environ 5 km de largeur. Les zones m\u00e9tamorphiques suivantes ont \u00e9t\u00e9 cartographi\u00e9es (par ordre croissant de degr\u00e9 de m\u00e9tamorphisme) :<\/p>\n<ul>\n<li>pyrophyllite-chlorite,<\/li>\n<li>chlorito\u00efde-pyrophyllite,<\/li>\n<li>andalousite-chlorito\u00efde,<\/li>\n<li>biotite-cordi\u00e9rite,<\/li>\n<li>feldspath potassique,<\/li>\n<li>fibrolite-feldspath potassique.<\/li>\n<\/ul>\n<p>L&rsquo;andalousite est pr\u00e9sente de fa\u00e7on continue dans ces roches riches en aluminium, sur une distance de 4,5 km, depuis l\u2019isograde de l\u2019andalousite, jusqu&rsquo;au contact ign\u00e9. Au moins trois textures diff\u00e9rentes de croissance ont \u00e9t\u00e9 identifi\u00e9es dans l\u2019andalousite, celles-ci indiquent qu&rsquo;elle a \u00e9t\u00e9 form\u00e9e par plusieurs r\u00e9actions m\u00e9tamorphiques se produisant sur une gamme de temp\u00e9ratures de 340 \u00e0 650 \u00b0C (estim\u00e9es avec la m\u00e9thode de thermom\u00e9trie bas\u00e9e sur la spectroscopie Raman de la mati\u00e8re carbon\u00e9e et du g\u00e9othermom\u00e8tre du titane dans la biotite).<\/p>\n<p>La composition isotopique de l\u2019oxyg\u00e8ne de l\u2019andalousite et du quartz (en inclusion dans l\u2019andalousite et dans la matrice) a \u00e9t\u00e9 mesur\u00e9e dans un profil \u00e0 travers l\u2019aur\u00e9ole. Les donn\u00e9es r\u00e9v\u00e8lent qu&rsquo;aucun \u00e9quilibre isotopique ne s&rsquo;est produit en dessous d&rsquo;environ 550 \u00b0C dans la roche, alors que l&rsquo;\u00e9quilibre est atteint \u00e0 proximit\u00e9 de l\u2019intrusion. L&rsquo;andalousite est en effet r\u00e9fractaire, tandis que le quartz \u00e9change potentiellement des isotopes. Il faut prendre soin d&rsquo;\u00e9valuer pleinement l&rsquo;\u00e9quilibre si l\u2019on utilise la thermom\u00e9trie \u00e0 isotopes stables.<\/p>\n<p>La composition isotopique de l\u2019oxyg\u00e8ne de la tourmaline zon\u00e9e provenant du m\u00e9tagranite, du m\u00e9taleucogranite et du schiste blanc de la nappe du Mont Rose (Alpes de l&rsquo;Ouest) a \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9e par analyse SIMS. Le schiste blanc se pr\u00e9sente sous forme de corps tubulaires de 10 \u00e0 50 m de large dans le granite permien du Mont Rose. La tourmaline fait partie de I&rsquo;assemblage min\u00e9ral phengitetalc-quartz-chlorito\u00efde et est caract\u00e9ris\u00e9e par un coeur ign\u00e9 et une surcroissance dravitique (XMg &gt; 0,9). Le coeur ign\u00e9 de la tourmaline du schiste blanc conserve sa signature chimique et isotopique de l\u2019oxyg\u00e8ne, il n&rsquo;est pas modifi\u00e9 lors du m\u00e9tamorphisme r\u00e9gional \u00e0 haute pression.<\/p>\n<p>Par contre, la composition isotopique de l&rsquo;oxyg\u00e8ne a \u00e9t\u00e9 modifi\u00e9e dans les inclusions de quartz dans le coeur ign\u00e9 des tourmalines en raison de microfissures referm\u00e9es. Ces inclusions de quartz pr\u00e9sentent la m\u00eame composition isotopique en oxyg\u00e8ne que le quartz dans la matrice, ce qui d\u00e9montre un r\u00e9\u00e9quilibrage pendant le m\u00e9tamorphisme de haute pression.<\/p>\n<p>L&rsquo;\u00e9tude montre que les protolithes des schistes blancs sont les roches m\u00e9ta-ign\u00e9es environnantes et, par cons\u00e9quent, r\u00e9sout la question tr\u00e8s d\u00e9battue sur le protolithe et la gen\u00e8se des schistes blancs. Simultan\u00e9ment, il a \u00e9t\u00e9 possible de prouver que l\u2019alt\u00e9ration chimique menant aux schistes blancs s&rsquo;est produite avant le m\u00e9tamorphisme de haute pression, et est probablement d&rsquo;origine hydrothermale tardive, pendant le refroidissement de l\u2019intrusion permienne. La d\u00e9shydratation de la serpentinite pendant la subduction, telle que propos\u00e9e par d&rsquo;autres auteurs, est peu probable.<\/p>\n<p>Un aspect plus m\u00e9thodologique de la th\u00e8se est le d\u00e9veloppement de mat\u00e9riaux de r\u00e9f\u00e9rence pour les mesures d&rsquo;isotopes stables dans les silicates simples et complexes, qui permettent d&rsquo;analyser avec fiabilit\u00e9 les min\u00e9raux m\u00e9tamorphiques \u00e9tudi\u00e9s ici. Cette th\u00e8se pr\u00e9sente la calibration de l\u2019analyse des isotopes de l\u2019oxyg\u00e8ne dans l\u2019andalousite, utilis\u00e9e dans l&rsquo;\u00e9tude du m\u00e9tamorphisme de contact. La tourmaline est un min\u00e9ral chimiquement complexe, formant une large gamme de solutions solides.<\/p>\n<p>Un ensemble de sept \u00e9chantillons de tourmaline a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9 pour les compositions isotopiques de l\u2019oxyg\u00e8ne. Ils couvrent le domaine de composition de la plupart des tourmalines m\u00e9tamorphiques et de nombreuses tourmalines ign\u00e9es : \u00e9lba\u00efte &#8211; schorl &#8211; dravite. L&rsquo;effet de la composition de la matrice sur le fractionnement de masse instrumental (FMI) s&rsquo;est av\u00e9r\u00e9 \u00eatre une fonction du Fe (apfu) sur la solution solide de schorl-dravite et de l&rsquo;AI (apfu) du schorl ou de la dravite vers les compositions riches en Al. L&rsquo;effet de matrice le plus important s&rsquo;observe entre le schorl et la dravite. La reproductibilit\u00e9 analytique des mat\u00e9riaux de r\u00e9f\u00e9rence est g\u00e9n\u00e9ralement meilleure que \u00b1 0.4\u2030 (2SD). Enfin, six \u00e9chantillons de cet ensemble de mat\u00e9riaux de r\u00e9f\u00e9rence de base de tourmaline ont \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9s pour des analyses isotopiques du bore. La reproductibilit\u00e9 analytique est en g\u00e9n\u00e9ral meilleure que 0.3\u2030 \u00e0 0.6\u2030 (2SD) dans certains cas. Un FMI significatif d\u00e9pendant de la matrice pour les isotopes du bore a \u00e9t\u00e9 \u00e9tabli. ll s&rsquo;agit d&rsquo;une combinaison lin\u00e9aire de FeO+MnO, SiO<sub>2<\/sub> et F (% en poids).<\/p>\n<p>Dans le cadre de ce projet, les quatre mat\u00e9riaux de r\u00e9f\u00e9rence connus et utilis\u00e9s pour les analyses d&rsquo;isotopes du bore ont \u00e9t\u00e9 r\u00e9\u00e9valu\u00e9s. Des divergences ont \u00e9t\u00e9 constat\u00e9es entre les compositions isotopiques du bore en bulk publi\u00e9es pr\u00e9c\u00e9demment et le delta<sup>11<\/sup>8 obtenu dans le cadre de cette \u00e9tude. Les comparaisons avec les \u00e9tudes pr\u00e9c\u00e9dentes sugg\u00e8rent que les trois mat\u00e9riaux de r\u00e9f\u00e9rence de Harvard largement utilis\u00e9s pourraient \u00eatre l\u00e9g\u00e8rement h\u00e9t\u00e9rog\u00e8nes (L &#8211; 2\u2030).<\/p>\n<p>Cependant, la possibilit\u00e9 d&rsquo;un biais analytique d\u00fb aux diff\u00e9rentes m\u00e9thodes appliqu\u00e9es dans cette \u00e9tude et ant\u00e9rieurement ne peut pas \u00eatre exclue et n\u00e9cessite une \u00e9valuation plus approfondie par comparaison avec diff\u00e9rents laboratoires. Cet ensemble de mat\u00e9riaux de r\u00e9f\u00e9rence de base de tourmaline pour l&rsquo;analyse des isotopes du bore a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 pour l&rsquo;\u00e9tude de cas des schistes blancs du Mont Rose, dont il a \u00e9t\u00e9 question plus haut. Les r\u00e9sultats indiquent que les isotopes du bore dans la tourmaline constitue en effet un traceur tr\u00e8s int\u00e9ressant.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Cette th\u00e8se se concentre sur la d\u00e9termination in-situ de la composition isotopique des min\u00e9raux zon\u00e9s ainsi que de leurs inclusions dans les contextes de m\u00e9tamorphisme de contact (Little Cottonwood, Utah, USA) et r\u00e9gional (Mt. 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