Resumen de Slab melting and slab melt metasomatism in the Northern Andean Volcanic Zone: adakites and high-Mg andesites from Pichincha volcano (Ecuador)

Erwan Bourdon, Jean Philippe Eissen, Marc André Gutscher, Michel Monzier, Santiago Samaniego, Claude Robin, Joseph Cotten

• français

  Situé dans la zone volcanique nord des Andes en Equateur, le volcan Pichincha est un édifice actif entré récemment dans un nouveau cycle éruptif. La position exacte de la plaque plongeante sous l'Equateur est difficile à déterminer en raison de l'absence de sismicité intermédiaire dans la zone de subduction. Gutscher et al. [1999] ont cependant récemment proposé qu'il puisse exister sous la marge une portion de plaque horizontale portée par la ride de Carnegie de faible densité qui est actuellement en subduction. D'autre part, Gutscher et al. [2000] ont observé à l'échelle du globe une relation étroite entre les portions de plaque subductée horizontale et la production de magmas adakitiques. Cette association suggère que l'horizontalisation de la plaque subductante permet une modification importante de la structure thermique du coin de manteau et le maintien de la lithosphère subductante dans les conditions de pression et de température compatibles avec la fusion de la croûte océanique.

  Un échantillonnage du volcan Pichincha a permis de mettre en évidence que les produits émis sont constitués d'andésites et de dacites moyennement potassiques possédant toutes les caractéristiques des adakites (c'est-à-dire des produits de fusion directe de la croûte océanique) telles que des enrichissements en Na2O, de fortes teneurs en Sr, mais de faibles concentrations en yttrium et en terres rares lourdes. Par ailleurs, on trouve parmi ces laves des andésites magnésiennes possédant à la fois les caractéristiques des adakites mais également des concentrations en magnésium élevées. Minéralogiquement, les laves du Pichincha contiennent essentiellement des cristaux de plagioclase, d'amphibole, d'orthopyroxène, de clinopyroxène et de magnétite. L'amphibole est généralement absente dans les andésites magnésiennes où le pyroxène devient le minéral dominant.

  Une modélisation géochimique montre qu'il est parfaitement possible d'expliquer la formation des adakites du Pichincha par 10 % de fusion partielle d'un basalte issu de la dorsale des Galápagos métamorphisé dans le faciès amphibolite à grenat. Les données isotopiques en strontium, néodyme et plomb sur les laves du Pichincha confirment que la source de ces laves est vraisemblablement un MORB altéré présentant un rapport 87Sr/86Sr proche de 0,7040 ainsi que des enrichissements en éléments mobiles comme le rubidium ou le potassium.

  Les données isotopiques et géochimiques semblent écarter toute contribution significative de la croûte continentale ou des sédiments subductés lors de la formation des laves du Pichincha par quelque processus que ce soit.

  Cependant, la fusion de la croûte océanique ne peut expliquer seule toutes les caractéristiques des laves du Pichincha et notamment leurs concentrations en magnésium. L'enrichissement en Mg des adakites naturelles par rapport à leurs homologues expérimentaux issus des expériences de fusion de protolites basiques est une caractéristique bien connue qui suggère que les adakites naturelles lors de leur remontée vers la surface métasomatisent à des degrés divers le manteau péridotitique qu'elles traversent. Cette interaction semble être à l'origine de toute une gamme de laves allant des adakites "pures" jusqu'aux basaltes et andésites riches en Nb (supposés être des produits de fusion d'un manteau métasomatisé par des magmas adakitiques) en passant par les andésites plus ou moins magnésiennes. La présence d'andésites magnésiennes au volcan Pichincha associée à celle de laves aux caractéristiques adakitiques au volcan Antisana [Bourdon et al., 1999; Bourdon et al., 2002] situé en position arrière-arc par rapport au Pichincha suggère que les magmas adakitiques pourraient être l'agent de métasomatose principal sous la zone volcanique nord en Equateur.

• English

  Situated in the fore-arc of the Northern Volcanic Zone (NVZ) of the Andes in Ecuador, Pichincha volcano is an active edifice where have been erupted unusual magmas as adakites and high-Mg andesites. The particular geodynamic setting of the ecuadorian margin (i.e. the flat subduction of the Carnegie Ridge) suggests that thermo-barometric conditions for the partial melting of the oceanic crust are accomplished beneath this volcano. Pichincha adakites possess all the geochemical and isotopic characteristics of slab melts described in various other arc settings. High-Mg andesites with geochemical characteristics close to those of adakites present strong enrichments in MgO that suggest that, once they were produced by ca. 10 % partial melting of the downgoing subducted slab, some adakites en route to the surface strongly interacted with the peridotitic mantle wedge. Adakitic magmas could then represent, as in many other arcs where slab melting occurs, the principal metasomatic agent of the mantle in the NVZ in Ecuador.