Température de cristallisation des magmas parents et nature des sources mantelliques pour une sélection de volcans de la Zone Volcanique Sud de l'arc andin (Chili)

Abstract

La composition des premières phases cristallisant dans les magmas d’origine mantellique peut informer sur leur température de liquidus. Dans cette étude, ces températures sont estimées grâce à la composition de 152 couples olivines-chromites d’échantillons de laves et pyroclastes provenant de quatre stratovolcans (Osorno, La Picada, Villarrica et Mocho-Choshuenco) et deux centre éruptifs mineur (MECs) (Cordon Cenizos et San Jorge) de la zone volcanique centrale Sud (CSVZ) de l’arc andin (Chili). Les gammes de températures de chaque échantillon sont calculées selon 4 modèles différents se basant sur l’échange de Al entre l’olivine et la chromite et le Cr# du spinelle (Cr/(Cr+Al)) : la régression empirique de Coogan et al. (2014) et les trois modèles de Zhang et al. (2023), dont deux empiriques et un formalisme thermodynamique comprenant la composition du spinelle, calibrés pour des conditions magmatiques plus larges. Le premier modèle empirique est une recalibration du modèle de Coogan et le second considère la substitution d’Al et du Cr dans l’olivine. Ces derniers modèles sont sensibles aux rééquilibrations de Fe-Mg et Cr, respectivement, possibles entre les olivines et les chromites, ce qui pourrait sous-estimer les résultats. Les températures maximales calculées grâce à chaque modèle (Osorno : 1131 – 1234 °C, La Picada : 1072 – 1211 °C, Villarrica : 1102 – 1197 °C, Mocho Choshuenco : 1070 – 1157 °C, Cordón Cenizos : 1045 – 1133 et San Jorge : 1177 – 1283 °C) sont cohérentes avec les données pétrologiques de la littérature. La composition des éléments en traces (Ni, Mn, Ca) des olivines (Fo90-76) indique une source mantellique péridotitique : NiO (0,09 – 0,035 wt.%), MnO (0,15 – 0,36 wt.%) et CaO (0,10 – 0,29 wt.%). Le contenu en eau des magmas est estimé selon le modèle de Gavrilenko et al. (2016) mais les résultats sont surestimés, excepté pour Mocho-Choshuenco (3,2 – 6 wt.% H2O) dont la tendance diffère des autres édifices.

The composition of early crystallizing phases in mantle-derived magmas can inform us on the liquidus temperature of these magmas. In this study, these temperatures are estimated using the composition of 152 olivine-Cr spinels pairs from lavas and pyroclast samples from four stratovolcanoes (Osorno, La Picada, Villarrica and Mocho-Choshuenco) and two minor eruptive centers (MECs) (Cordon Cenizos and San Jorge) in the central Southern Volcanic Zone (CSVZ) of the Andean arc (Chile). Temperatures have been calculated with the empirical regression of Coogan et al (2014), which considers the Al exchange between the two phases and the spinel Cr# (Cr/(Cr+Al)), and with the three equations proposed by Zhang et al. (2023). The first is a thermodynamic formalism comprising spinel compositional parameters, the second is a refinement of the Coogan’s model and in the last one, the possible coupled substitution of Al and Cr in olivine is considered. The thermodynamic model includes the Fe-Mg exchange in spinel whereas one of the empirical regressions depends on Cr substitution in olivine. As both are sensitive to re-equilibration, the temperatures are possibly underestimated. When considering the highest temperature obtained in each sample for each equation (Osorno: 1131 – 1234 °C, La Picada: 1072 – 1211 °C, Villarrica: 1102 – 1197 °C, Mocho Choshuenco: 1070 – 1157 °C, Cordón Cenizos: 1045 – 1133, San Jorge: 1177 – 1283 °C), results from the different geothermometers usually overlap when errors are considered and are close to the temperatures derived from petrological data. The trace element (Ni, Mn, Ca) composition of olivine (Fo90-76) indicates a peridotitic mantle source for the different volcanoes: NiO (0.09 – 0.035 wt.%), MnO (0.15 – 0.36 wt.%) et CaO (0.10 – 0.29 wt.%). Finally, the H2O content of the parent magma calculated with the Gavrilenko et al. (2016) regression is usually higher than those derived from petrological data except for Mocho-Choshuenco (3.2 – 6 wt.% H2O).