Conditions magmatiques des systèmes volcaniques des Andes centrales : les cas des volcans Irrupuntuncu et Lastarria

Magmatic conditions of volcanic sytems in the central Andes : the cases of Irruputuncu and Lastarria volcanoes

CONDICIONES MAGMÁTICAS DE SISTEMAS VOLCÁNICOS EN LOS ANDES CENTRALES : CASOS VOLCANES IRRUPUTUNCU Y LASTARRIA

• Auteur / Autrice : Inés Rodríguez Araneda
• Direction : Olivier Roche, Eduardo Campos
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Volcanologie
• Date : Soutenance le 27/09/2016
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences fondamentales (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Magmas et Volcans - (LMV) Laboratoire Magmas et volcans
• Jury : Président / Présidente : Francisco Gutierrez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Roche, Eduardo Campos, Séverine Moune, Felipe Aguilera
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Silvana Hidalgo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Andes (centre)

Magmatisme

Mots clés libres

Inclusions magmatiques

Dégazage

Processus magmatiques

Andes centrales

Lastarria

Irruputuncu

Magmatic inclusions

Degassing

Magmatic processes

Central Andes

Lastarria

Irruputuncu

Inclusiones magmáticas

Desgasificaciín

Procesos magmáticos

Andes Centrales

Lasatrria

Irruputuncu

Résumé

La Zone des Andes Volcaniques Centrales (ZAVC) est la province magmatique la plus active système des Andes qui produit une grande variété de magmas, dont la composition s’étale des basaltes aux magmas calco-alcalins et aux shoshonites, et de structures volcaniques. Un des problèmes importants dans l’étude des systèmes volcaniques est la compréhension des processus qui contrôlent l’origine, la nature, et l’évolution des volatils au cours de l’ascension du magma. Les études menées sur les volcans de la ZAVC ont porté essentiellement sur la caractérisation des sources primaires et la contamination des magmas lors de leur ascension vers la surface. Peu d’études ont porté sur le problème du dégazage comme outil pour caractériser les processus magmatiques et la composition des gaz présents dans les systèmes volcaniques. L’objectif de cette étude et de déterminer les conditions magmatiques des systèmes actifs des volcans Irruputuncu et Lastarria par l’analyse des inclusions vitreuses dans les minéraux (plagioclases et pyroxènes). Les résultats montrent que les inclusions pour ces deux volcans ont une composition plus différenciée que la roche totale, ce qui suggère que la composition du verre représente un liquide résiduel transitoire, produit au cours d’une cristallisation fractionnée, lors de l’évolution du liquide et/ou du mélange avec un autre magma. Ce processus s’est produit à faible profondeur lors des dernières phases magmatiques. Il faut noter que toutes les inclusions vitreuses des produits des Andes centrales et du sud et de quelques arcs volcaniques ont des compositions plus évoluées que la roche totale et qu’il existe un enrichissement d’éléments comme Si, Na et K. L’interaction entre les minéraux et la riche totale indique la présence d’une zone de mush sous le système volcanique, mis en évidence par les minéraux en déséquilibre avec le liquide. Ainsi, lorsque le magma migre vers le haut (stocké dans des sills) il interagit avec la zone de mush et la résorption des minéraux permet d’incorporer des cristaux exotiques. En contrepartie, le magma en déséquilibre conduit à des cristaux de même origine. Les conditions pré-éruptives de pression, de température et de fugacité d’oxygène déterminées à partir des inclusions des produits d’Irruputuncu et de Lastarria sont de1.9-11.7 kbar, 810-970 °C et NNO+3, et sont semblables à celles observées pour d’autres volcans dans les Andes centrales au Nord du Chili. Les teneurs en volatils sont de 0-1500 ppm pour le Fluor, 10-3300 ppm pour Cl, 10-1600 ppm pour S, et 0-5 poids% pour H2O. Ces grandes gammes de pression, température et teneurs en volatil reflètent la variabilité des conditions de stockage des magmas et de capture des inclusions vitreuses dans les minéraux hôtes. Ceci a pu se produire à différentes profondeurs (6.3 à 15.2 km à Irruputuncu et 9.5 à 18 km au Lastarria) et dans des zones à différents degrés de refroidissement. De plus, la teneur en Soufre décroît inversement avec la pression et la température, et est lié directement à la fugacité d’oxygène. La teneur en volatile est semblable à celle d’autres systèmes volcaniques, ce qui suggère que la faible teneur en Soufre dans les inclusions témoigne de la séparation de cette phase en conséquence du refroidissement et de la cristallisation fractionnée d’un magma andésitique avant le mélange. Ces résultats montrent que les conditions magmatiques des volcans du nord du Chili et de la Bolivie sont similaires, probablement à cause du contexte tectonique et des processus magmatiques (mélanges et cristallisation fractionnée), des zones de stockage et des interactions entre magmas et fluides hydrothermaux identiques. Cependant, les volcans basaltiques présentent d’autres caractéristiques, ce qui indique que chaque système volcanique répond à des conditions dynamiques et tectoniques spécifiques.

The Central Volcanic Andes Zone (CVAZ) is the most active magmatic province in the Andean system, resulting in a wide variety of magmas, ranging from basalts to calc-alkaline and shoshonites dacites, and a variety of volcanic structures. One of the important problems in the study of volcanic manifestations is the understanding of the processes controlling the origin, nature and evolution of volatiles during ascent of magma. Studies conducted in the volcanoes of the ZVAC have focused primarily on the characterization of the primary source and contamination of magma as this rise to the surface. Few studies have addressed the problem of outgassing as a source of characterization of magmatic processes and the current composition of magma degassing which is present in the active volcanic systems. The objective of this research is to determine the magmatic conditions of Irruputuncu and Lastarria active volcanic systems, through the analysis of melt inclusions in minerals (plagioclases and pyroxenes). The results indicate that melt inclusions-hosted plagioclase and pyroxene both volcanoes have a more acid composition than whole rock, we suggest that glass compositions represent residual transitory melt that is found in the magma, like product of a fractional crystallization, to the evolution of the melt and/or mixing of magma. This process ocurr to shallow depth, which represents the lasts phases magmatic. It should be noted that in all the vitreous inclusions of the Central Andes, South and some island arcs, it is observed that the composition of the inclusions tends to be relatively more evolved than whole rock; it is suggest that slight enrichement of elements such as Si, Na and K occur at the between melt and minerals. Meanwhile, the interaction between minerals and whole rock indicate the presence of zone mush under each volcanic system, this is evidenced in large part by crystals in disequilibrium with the melt. Therefore, when that magma ascends (stored sills structure) interacts with the mush zone, reabsorption the minerals incorporating exotic crystals. On the other hand, when the magma is in equilibrium generate cognate crystals. The conditions of pressure, temperature and oxygen fugacity determined from the melt inclusions for pre-eruptive magmatic conditions in Irruputuncu and Lastarria systems vary between 1.9 to 11.7 kbar, 810-970 °C and NNO+3, similar to those observed in other volcanoes in the Central Andes of northern Chile. Otherwise, range of volatiles content varies in 0-1500 ppm F, 10-3300 ppm Cl, 10-1600 ppm S, 0-5 %wt H2O; this wide range of variation in the values of pressure, temperature and concentration of volatile, reflecting the variability of magma storage conditions during entrapping vitreous inclusions in the host crystal. This could at different depths (6.3 to 15.2 km Irruputuncu volcano and 9.5 to 18 km Lastarria volcano) and in areas with different degrees of cooling structures represented by sills. Moreover, the S content decrease with increase pressure and temperature, and is related directly with the fugacity of oxygen. The volatile content is similar in various volcanic systems, this suggest that the low S content in melt inclusions represent the separation of this phase as a results of cooling and fraccionate crystallization of a andesitic magma before of mixing. It appears that the magmatic conditions in the volcanoes of northern Chile and Bolivia have similar characteristic, due to the geotectonic context of this zone, resulting varied magmatic process, such as magma mixing, evolved fraccionate crystallization (rhyolitic magma), accumulation of magma in shallow areas, interaction between magmatic and hydrothermal fluids. However, basaltic volcanoes present differents characterics, which indicate that each volcanis system respond to a dynamic of geotectonic conditions and interaction with the environment.

La Zona Volcánica de los Andes Centrales (ZVAC) es la provincia magmática más activa en el sistema Andino, originando una gran diversidad de magmas, cuya composición varía de basaltos a dacitas con tendencia calcoalcalina a shoshonitica, y una gran variedad de estructuras volcánicas. Uno de los problemas importantes en el estudio de las manifestaciones volcánicas es la comprensión de los procesos que controlan el origen, naturaleza y evolución de los volátiles durante el ascenso del magma. Los estudios que se han realizado en los volcanes de la ZVAC se han concentrado fundamentalmente en la caracterización de la fuente primaria y la contaminación del magma a medida que estos ascienden a la superficie. Pocos estudios han abordado el problema de la desgasificación como fuente de caracterización de los procesos magmáticos y de la composición actual del magma en desgasificación que está presente en los sistemas volcánicos activos. El objetivo de esta investigación es determinar las condiciones magmáticas de los sistemas volcánicos activos Irruputuncu y Lastarria, a través del análisis de inclusiones vítreas en minerales (plagioclasas y piroxenos). Los resultados geoquímicos indican que las inclusiones hospedadas en los cristales de plagioclasa y piroxeno de los volcanes Irruputuncu y Lastarria tienen una composición química más ácida que la roca total, por lo que sugiere que la composición química del vidrio atrapado en los fenocristales representa el líquido residual transitorio que se alberga en el magma, producto de un ciclo de cristalización fraccionada, a la evolución del fundido y/o mezcla de magma. Este proceso ocurre a profundidades relativamente someras, donde se albergan las últimas fases del magma. Cabe destacar que en todas las inclusiones vítreas de los volcanes de los Andes Centrales, Sur y en algunos de arcos de islas, se observa que la composición de las inclusiones tiende a ser relativamente más evolucionada que la roca total; se sugiere que en el borde o límite donde interactúan el fundido y el cristal ocurre un leve enriquecimiento de elementos como el Si, Na y K. Por su parte, los estudios realizados entre MI-mineral y minerales-roca total indican la presencia de una zona mush bajo cada sistema volcánico, esto se evidencia en gran parte por cristales que no están en equilibrio con el fundido. Por lo tanto, cuando el magma asciende (almacenado en estructuras de sills) interactúa con la zona mush, que reabsorbe los minerales e incorporándolos como cristales. Por otra parte, cuando los magmas se equilibran forman cristales cognatos. Las condiciones de presión, temperatura y fugacidad de oxígeno determinadas a partir de las inclusiones vítreas, para las condiciones magmáticas en los sistemas Irruputuncu y Lastarria, varían entre los 1,9 a 11,7 kbar, 810 a 970°C y NNO+3, rangos similares a los observados en otros volcanes de los Andes Centrales del Norte de Chile. Por otra parte, el rango del contenido de volátiles varía entre 0-1500 ppm F, 10-3300 ppm Cl, 10-1600 ppm S, 0-6 %wt H2O; este amplio rango de variación en los valores de presión, temperatura y concentración de volátiles, reflejan la variabilidad de las condiciones de almacenamiento del magma durante el atrapamiento de las inclusiones vítreas en el cristal huésped. Esto ocurriría a diferentes profundidades (6,3 a 15,2 km para el volcán Irruputuncu y 9,5 a 18 km para el volcán Lastarria) y en zonas con distinto grados de enfriamiento, representados por estructuras de sills. Cabe destacar que el contenido de S disminuye con el aumento de la presión y temperatura, y se relaciona directamente a la fugacidad del oxígeno. (...)