Conditions redox – pression – température dans le manteau supérieur en domaine continental en relation avec la nature des fluides C-O-H

Redox - pressure - temperature conditions in the continental upper mantle in relation to C-O-H fluid speciation

• Auteur / Autrice : Aleksey Goncharov
• Direction : Dmitri Ionov, Larissa P. Nikitina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre
• Date : Soutenance le 08/03/2012
• Etablissement(s) : Saint-Etienne en cotutelle avec Institut geologii i geohronologii dokembriâ (Russie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Louis Bodinier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Cottin, Michel Grégoire, Andrey Gurenko, Paolo Nimis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lithosphère

Péridotite

Oxydoréduction

Asie centrale

Cratons

Mots clés libres

Manteau

Péridotite

Redox

Fugacité d'oxygène

Xénolite

Spectrométrie Mössbauer

Craton

Géochimie

Mantle

Peridotite

Redox

Oxygen fugacity

Xenolith

Mössbauer spectrometry

Craton

Geochemistry

Résumé

La thèse est basée sur une étude pétrologique et géochimique de xénolites mantelliques provenant du centre du craton sibérien et de l’Asie centrale entre le lac Baïkal et la Mongolie. Le but est d’établir l'état redox du manteau lithosphérique continental dans ces deux domaines géodynamiques distincts (ancien craton, ceinture mobile phanérozoïque) et mettre la fugacité d’oxygène en relation avec le régime thermique et la spéciation des fluides C-O-H. Les fugacités d’oxygène sont calculées sur la base des rapports Fe2+/Fe3+ dans les minéraux (spinelles et grenats) de péridotites, obtenus par spectrométrie Mössbauer. En détail, l’étude porte sur : (i) les microstructures et la composition minéralogique et chimique des xénolites ; (ii) les rapports Fe2+/Fe3+ dans les minéraux par spectrométrie Mössbauer; (iii) les températures et pressions d’équilibration des xénolites; (iv) la fugacité d’oxygène à partir des compositions des minéraux; (v) la spéciation des fluides C-O-H coexistant avec les roches mantelliques. Les résultats supportent les trois conclusions majeures. (1) La fugacité d’oxygène dans le manteau Iithosphérique au centre du craton sibérien décroît de +1 à -4 ΔlogʄO2 (FMQ) entre 70 et 220 km, accompagnée de variations latérales significatives. (2) L’état redox du manteau lithosphérique en Asie centrale est très hétérogène avec une décroissance importante lors de la transition spinelle-grenat de +0 à -3 ΔlogʄO2 (FMQ) à 50-90 km. (3) La spéciation des fluides C-O-H évolue avec la profondeur depuis H2O-CO2 en haut du manteau vers H2O-CH4 à la limite lithosphère-asthénosphère, indépendamment du profil thermique et de l’épaisseur de la lithosphère

The thesis is based on a petrologic and geochemical study of mantle xenoliths from the central Siberian craton and the Baikal-Mongolia region of central Asia. Its goal is to establish the redox regime of the lithospheric mantle in these two domains with distinct tectonic settings and age and relate it to thermal regime and the speciation of C-0-H fluids. Oxygen fugacity is calculated based on Fe2+/Fe3+ ratios in spinel and garnet of mantle peridotites obtained by Mössbauer spectroscopy. The study deals with the following topics: (i) microstructures, chemical and mineralogical composition of the xenoliths; (ii) Fe2+/Fe3+ ratios in minerals by Mössbauer spectroscopy; (iii) equilibration temperatures and pressures using mineral thermo-barometry; (iv) oxygen fugacity from mineral compositions using oxybarometry; (v) proportions of molecular components in C-0-H fluids coexisting with the studied rocks. The three main conclusions of this study are: (1) Oxygen fugacity in the lithospheric mantle in the central Siberian craton decreases from +1 to -4 ΔlogʄO2 (FMQ) at depths from 70 to 220 km and shows significant lateral variations. (2) The lithospheric mantle beneath the Baikal-Mongolia region shows important redox heterogeneities, with a sharp decrease in oxygen fugacity (from +0 to -3 AlogfO2 (FMQ)) during the transition from the spine! to garnet facies peridotites at 50 to 90 km. (3) The speciation of C-O-H fluids changes with depth from essentially H2O-CO2 in the shallow lithospheric mantle to H2O-CH4 at the lithosphere-asthenosphere boundary regardless of the thermal state and the thickness of the lithosphere