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de ces processus combinés : — des corrélations extrêmement étroites dans lesquelles ces éléments restent pratiquement proportionnels entre eux; ces diagrammes permettent le cas échéant de mettre en évidence l'existence de lignées distinctes; — une extension considérable des domaines de composition chimique qui masque des variations réelles des compositions des liquides beaucoup plus modestes et souvent difficiles à apprécier. Cette interprétation conduit à considérer certaines intrusions comme largement cumulatiques. Le mécanisme de différenciation le plus probable de ces termes peut être schématisé ainsi : — cristallisation fractionnée du matériel injecté, le liquide résiduel suivant à tout instant une loi de Rayleigh; — puis, à un stade plus ou moins avancé de ce processus (identifié ici par le rapport La/TiO2 du solide formé), extraction plus ou moins complète du liquide leucocrate restant. Dans la plupart des cas, les roches formées de cette manière présentent les caractères propres aux cumulats totaux, sans tri relatif des diverses phases solides. Note remise le 26 septembre 1988, acceptée le 20 octobre 1988. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES [1] G. N. HANSON, Earth and Planet. Sci. Letters, 38, 1978, p. 26-43. [2] A. COCHERIE, Thèse, Univ. de Rennes, 246 p.; Doc. B.R.G.M. 90, 1984. [3] A. M. R. NEIVA, Mem. Not. Lab. Min. Geol. Univ. Coimbra, 76, 1973, p. 1-43. [4] D. GARCIA, M. C. OUIN et M. FONTEINELLES, Rapport D.G.R.S.T. non publié, VRSS n° 81. D. 1095, 1985, 164 p. [5] A. J. R. WHITE et B. W. CHAPPELL, Tectonophysics, 43, 1977, p. 7-22. Laboratoire de Géologie, École des Mines et U.A. n° 736, 158, bis, cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne Cedex 2. EXPLICATIONS DE LA PLANCHE Fig. 2. — (a, b, c) : Granités à deux micas de Vila Real (Nord Portugal). Variations de La, Zr et Ta en fonction de TiO2. Le diagramme TiO2/Zr permet de distinguer deux lignées; on remarquera la distribution des compositions en TiO2/Ta dans un domaine à deux dimensions. Chaque symbole représente un faciès pétrographique différent; par exemple, les étoiles correspondent aux granités tardifs à grain fin qui forment la lignée la plus riche en Zr. Fig. 2. — (a, b, c): Two-micas
Mem. Not. Lab. Min. Geol. Univ. Coimbra, 76, 1973, p. 1-43. [4] D. GARCIA, M. C. OUIN et M. FONTEINELLES, Rapport D.G.R.S.T. non publié, VRSS n° 81. D. 1095, 1985, 164 p. [5] A. J. R. WHITE et B. W. CHAPPELL, Tectonophysics, 43, 1977, p. 7-22. Laboratoire de Géologie, École des Mines et U.A. n° 736, 158, bis, cours Fauriel, 42023 Saint-Étienne Cedex 2. EXPLICATIONS DE LA PLANCHE Fig. 2. — (a, b, c) : Granités à deux micas de Vila Real (Nord Portugal). Variations de La, Zr et Ta en fonction de TiO2. Le diagramme TiO2/Zr permet de distinguer deux lignées; on remarquera la distribution des compositions en TiO2/Ta dans un domaine à deux dimensions. Chaque symbole représente un faciès pétrographique différent; par exemple, les étoiles correspondent aux granités tardifs à grain fin qui forment la lignée la plus riche en Zr. Fig. 2. — (a, b, c): Two-micas granités from Vila Real (Northern Portugal). Variations of La, Zr and Ta against TiO2 content. The TiO2/Zr diagram provides good evidence of two different granitic suites; note the distribution of the TiO2/Ta compositions over a two-dimensions domain. Each symbol refers to a definite granité faciès; as an example, star symbols stand for the late fine grained granités which plot on the Zr richer trend. Fig. 3. Évaluation de l'importance de la fraction cumulatique dans les granites de Vila Real; les symboles des différents faciés sont identiques à ceux de la figure 2 et les notations semblables à celles de la figure 1. L'évolution est modélisée d'après les valeurs suivantes des paramètres: DTa = 0,1; DTi = 5,5; DLa = 9. Fig. 3. — Évaluation de l'amount de cumulative component dans les deux-micas granites de Vila Real; symboles as in Figure 2 and notations as in Figure 1. L'évolution est modélisée en asumant les valeurs suivantes pour les paramètres: DTa = 0.1; DTi = 5.5; DLa = 9. PLANCHE 1/PLATE I DANIEL GARCIA C. R., 1988. 2e Semestre (T. 307) Série II 127 Pétrologie/Petrology Mise en évidence expérimentale de l'enrichissement en sodium des inclusions vitreuses piégées par des quartz Nicole METRICH
stand for the late fine grained granités which plot on the Zr richer trend. Fig. 3. Évaluation de l'importance de la fraction cumulatique dans les granites de Vila Real; les symboles des différents faciés sont identiques à ceux de la figure 2 et les notations semblables à celles de la figure 1. L'évolution est modélisée d'après les valeurs suivantes des paramètres: DTa = 0,1; DTi = 5,5; DLa = 9. Fig. 3. — Évaluation de l'amount de cumulative component dans les deux-micas granites de Vila Real; symboles as in Figure 2 and notations as in Figure 1. L'évolution est modélisée en asumant les valeurs suivantes pour les paramètres: DTa = 0.1; DTi = 5.5; DLa = 9. PLANCHE 1/PLATE I DANIEL GARCIA C. R., 1988. 2e Semestre (T. 307) Série II 127 Pétrologie/Petrology Mise en évidence expérimentale de l'enrichissement en sodium des inclusions vitreuses piégées par des quartz Nicole METRICH Résumé — Les échanges chimiques entre les inclusions vitreuses de composition rhyolitique et les quartz hôtes ont été étudiés expérimentalement en four à verre, à 810°C. A la fin des expériences de 3 à 28 jours, les analyses par microsonde électronique mettent en évidence une augmentation significative des teneurs en sodium des verres inclus (Na2O=4 à 7,7%). Le gain en Na2O est d'autant plus fort que le rapport entre la surface d'échange (interface inclusion-quartz) et le volume de verre inclus est grand. Les teneurs en Na des quartz hôtes varient de 13 à 16 + 1 ppm (poids). Un état d'équilibre entre les inclusions vitreuses et les quartz est obtenu à 810°C et pour une pression P2O=150 MPa. Les résultats conduisent à l'hypothèse d'un drainage du sodium du quartz par les verres inclus. Expérimentale évidence of sélective Na enrichment of melt inclusions in quartz Abstract — Chemical exchanges between H2O rich rhyolitic melt inclusions and host quartz were investigated at 810°C. After 3 to 28 days heating, at 1 atm, in air, microprobe analyses indicate a significant sodium enrichment of glass inclusions (Na2O = 4 to 7.7wt%). A négative corrélation between the Na2O content of included glasses and the volume
sodium des verres inclus (Na2O=4 à 7,7%). Le gain en Na2O est d'autant plus fort que le rapport entre la surface d'échange (interface inclusion-quartz) et le volume de verre inclus est grand. Les teneurs en Na des quartz hôtes varient de 13 à 16 + 1 ppm (poids). Un état d'équilibre entre les inclusions vitreuses et les quartz est obtenu à 810°C et pour une pression P2O=150 MPa. Les résultats conduisent à l'hypothèse d'un drainage du sodium du quartz par les verres inclus. Expérimentale évidence of sélective Na enrichment of melt inclusions in quartz Abstract — Chemical exchanges between H2O rich rhyolitic melt inclusions and host quartz were investigated at 810°C. After 3 to 28 days heating, at 1 atm, in air, microprobe analyses indicate a significant sodium enrichment of glass inclusions (Na2O = 4 to 7.7wt%). A négative corrélation between the Na2O content of included glasses and the volume of the cavities is demonstrated. After 3 days heating at P2O=150 MPa, no chemical or morphologique modification of the cavities was observed. The results suggest that Na migrated from the quartz towards the melt inclusions, considering that the Na content of the host quartz was in the range 13 to 16 + 1 ppm. Abridged English Version — Chemical composition of phenocryst melt inclusions is regarded as representative of that of the magma, at depth, if post-entrapment chemical exchanges between included glasses and host mineral are negligible [1]; since processes such as crystallization of host crystal [2] or selective diffusion ([3], [4]) are limited. Preliminary results pointed out a significant increase of the Na2O/K2O ratio of rhyolitic glasses included in quartz and after air heating experiments at 810°C [5]. The aim of this work was an expérimental study of possible alkali exchange between melt inclusions and quartz. Investigated quartz crystals, previously ([1], [5]), were collected from rhyodacitic pumices from "La Chaîne de Bouillante" volcano in Guadeloupe ([6], [7]). Na and Mn content of natural quartz and quartz fragments (100 um), previously cleaned in HF, were determined by neutron activation [8]. Na concentration of natural quartz (containing glass inclusions) varies from
16 + 1 ppm. Abridged English Version — Chemical composition of phenocryst melt inclusions is regarded as representative of that of the magma, at depth, if post-entrapment chemical exchanges between included glasses and host mineral are negligible [1]; since processes such as crystallization of host crystal [2] or selective diffusion ([3], [4]) are limited. Preliminary results pointed out a significant increase of the Na2O/K2O ratio of rhyolitic glasses included in quartz and after air heating experiments at 810°C [5]. The aim of this work was an expérimental study of possible alkali exchange between melt inclusions and quartz. Investigated quartz crystals, previously ([1], [5]), were collected from rhyodacitic pumices from "La Chaîne de Bouillante" volcano in Guadeloupe ([6], [7]). Na and Mn content of natural quartz and quartz fragments (100 um), previously cleaned in HF, were determined by neutron activation [8]. Na concentration of natural quartz (containing glass inclusions) varies from 368 to 1,579 ppm, with the Na/Mn ratio from 51 to 46. Na content of treated quartz fragments is in the range of 13 — 16+1 ppm, with a low Na/Mn ratio (=16). Thus, it can be considered that all Na associated with glass was removed and that Na content of quartz is from 13 to 16 ppm. Initial composition of melt inclusions trapped in quartz is rhyolitic, characterized by an Na2O/K2O ratio of 1.9 (Table I). The low total of analyses confirms previously suggested high volatile content of these rhyolitic glasses [5]. Heating experiments at 1 atm were conducted using an Adamel furnace, in air, at 810+ 10°C. This température is the homogenization température of these melt inclusions [7]. After short heating experiments (90 min. to 24 hrs.), chemical composition is preserved, except in the smallest cavities (Table I). After 3 to 28 days heating experiments, the Na2O content of included glass strongly increased from 5 to 7.7wt%, as well as the Na2O/K2O ratio (Table I). Sélective Na enrichment of melt inclusions is clearly demonstrated (Fig. 1) and is consistent with the occurrence of normative sodium metasilicate. A négative correlation between Na content of the melt inclusions and the
of quartz is from 13 to 16 ppm. Initial composition of melt inclusions trapped in quartz is rhyolitic, characterized by an Na2O/K2O ratio of 1.9 (Table I). The low total of analyses confirms previously suggested high volatile content of these rhyolitic glasses [5]. Heating experiments at 1 atm were conducted using an Adamel furnace, in air, at 810+ 10°C. This température is the homogenization température of these melt inclusions [7]. After short heating experiments (90 min. to 24 hrs.), chemical composition is preserved, except in the smallest cavities (Table I). After 3 to 28 days heating experiments, the Na2O content of included glass strongly increased from 5 to 7.7wt%, as well as the Na2O/K2O ratio (Table I). Sélective Na enrichment of melt inclusions is clearly demonstrated (Fig. 1) and is consistent with the occurrence of normative sodium metasilicate. A négative correlation between Na content of the melt inclusions and the volume of the cavities has been defined (Fig. 2). Such a Na enrichment occurs, after 8-days experiments, whereas the adhering glassy film of quartz crystal was removed in HF and quartz crystals were put inside sealed Au capsules. Conversely, chemical exchanges between glass inclusions and quartz are negligible after 3-day heating at P2O=150MPa and 800°C (Table II). High Na content ( = 7.7wt%), obtained after heating experiments at 1 atm, have never been determined for rhyolitic magma from Guadeloupe ([6], [7], [9], [10]). No Na rich microcrystalline phase has been observed in inclusion in quartz. But sodium occurs in quartz as interstitial Na+ ions [11] or NaOH molecules [12]. Our data lead us to consider that Na can migrate from the quartz towards melt inclusions. A process such as alkali diffusion uphill has been experimentally demonstrated ([13], [14]). Na migration in quartz may be related to a dehydration process which may occur during heating experiments at 1 atm and the great mobility of Na in quartz ([15], [16]). Our data also demonstrate the possibilities of alkali selective contamination of rhyolitic glass included in Na poor mineral. Such results could be extended to the magmatic intrusions in the crust. INTRODUCTION. Les
heating at P2O=150MPa and 800°C (Table II). High Na content ( = 7.7wt%), obtained after heating experiments at 1 atm, have never been determined for rhyolitic magma from Guadeloupe ([6], [7], [9], [10]). No Na rich microcrystalline phase has been observed in inclusion in quartz. But sodium occurs in quartz as interstitial Na+ ions [11] or NaOH molecules [12]. Our data lead us to consider that Na can migrate from the quartz towards melt inclusions. A process such as alkali diffusion uphill has been experimentally demonstrated ([13], [14]). Na migration in quartz may be related to a dehydration process which may occur during heating experiments at 1 atm and the great mobility of Na in quartz ([15], [16]). Our data also demonstrate the possibilities of alkali selective contamination of rhyolitic glass included in Na poor mineral. Such results could be extended to the magmatic intrusions in the crust. INTRODUCTION. Les inclusions vitreuses piégées par les minéraux au cours de leur croissance peuvent être considérées comme représentatives du milieu générateur, le bain silicate. Ceci suppose l'étanchéité des cavités et l'absence de modifications chimiques importantes et postérieures au piégeage. Cependant, la composition chimique des inclusions vitreuses peut être modifiée sous l'effet de différents mécanismes comme la cristallisation du minéral hôte ou la diffusion sélective d'éléments. Des résultats préliminaires obtenus sur les inclusions vitreuses piégées par des quartz de ponces rhyolitiques ont mis en évidence des variations importantes du rapport Na2O/K2O des verres après expériences de chauffe à 810°C, à l'air. L'objectif de ce travail était d'étudier expérimentalement ce problème de l'enrichissement et de la contamination en sodium de verres rhyolitiques inclus dans des quartz (minéraux extrêmement pauvres en Na). PRÉSENTATION DES ÉCHANTILLONS. — Les cristaux de quartz étudiés proviennent des ponces rhyodacitiques d'un niveau de retombées pliniennes (épisode dit de Danois) de la Chaîne de Bouillante, au sud-ouest de la Guadeloupe. Ces cristaux, recouverts par une pellicule de verre, sont parfaitement dihexaédriques. Les teneurs en Na et en Mn des quartz entiers, déterminées par activation neutronique, varient respectivement de 368 à 1579 ppm et de 8,1 à 29,5 ppm. Ces valeurs dépendent
différents mécanismes comme la cristallisation du minéral hôte ou la diffusion sélective d'éléments. Des résultats préliminaires obtenus sur les inclusions vitreuses piégées par des quartz de ponces rhyolitiques ont mis en évidence des variations importantes du rapport Na2O/K2O des verres après expériences de chauffe à 810°C, à l'air. L'objectif de ce travail était d'étudier expérimentalement ce problème de l'enrichissement et de la contamination en sodium de verres rhyolitiques inclus dans des quartz (minéraux extrêmement pauvres en Na). PRÉSENTATION DES ÉCHANTILLONS. — Les cristaux de quartz étudiés proviennent des ponces rhyodacitiques d'un niveau de retombées pliniennes (épisode dit de Danois) de la Chaîne de Bouillante, au sud-ouest de la Guadeloupe. Ces cristaux, recouverts par une pellicule de verre, sont parfaitement dihexaédriques. Les teneurs en Na et en Mn des quartz entiers, déterminées par activation neutronique, varient respectivement de 368 à 1579 ppm et de 8,1 à 29,5 ppm. Ces valeurs dépendent de la quantité de verre inclus. Le rapport Na/Mn mesuré est compris entre 51 et 46. Les concentrations en Na et Mn ont aussi été déterminées pour des fragments de quartz broyés (100 μm) et traités à l'acide fluorhydrique. Après ce traitement les teneurs en Na varient de 16 à 13 + 1 ppm. La valeur du rapport Na/Mn est ramenée à 16, montrant que le rapport initial n'a pas été conservé. Le sodium a été lessivé préférentiellement au manganèse. Ceci conduit à admettre que tout le sodium associé au verre a été éliminé et que la teneur en Na du quartz est comprise entre 13 et 16 ppm. Les inclusions vitreuses, automorphes, de 20 à 150 μm (dans la plus grande dimension) sont orientées selon l'axe c du cristal hôte. Les verres piégés ont une composition rhyolitique, homogène pour les inclusions d'un même cristal et d'un individu à l'autre. Ils sont caractérisés par un rapport Na2O/K2O de 1,9 et une forte teneur en éléments volatils (H2O), estimée à 5 + 1% en poids à partir des analyses obtenues par microsonde électronique et par différence à 100%. Des compositions similaires sont données pour les inclusions vitreuses de quartz de différentes
13 + 1 ppm. La valeur du rapport Na/Mn est ramenée à 16, montrant que le rapport initial n'a pas été conservé. Le sodium a été lessivé préférentiellement au manganèse. Ceci conduit à admettre que tout le sodium associé au verre a été éliminé et que la teneur en Na du quartz est comprise entre 13 et 16 ppm. Les inclusions vitreuses, automorphes, de 20 à 150 μm (dans la plus grande dimension) sont orientées selon l'axe c du cristal hôte. Les verres piégés ont une composition rhyolitique, homogène pour les inclusions d'un même cristal et d'un individu à l'autre. Ils sont caractérisés par un rapport Na2O/K2O de 1,9 et une forte teneur en éléments volatils (H2O), estimée à 5 + 1% en poids à partir des analyses obtenues par microsonde électronique et par différence à 100%. Des compositions similaires sont données pour les inclusions vitreuses de quartz de différentes formations ponceuses de Guadeloupe. Procédure expérimentale. — Expériences à l'air et 1 atm. Lors d'une première série d'expériences les quartz ont été ainsi chauffés à 810 + 10°C, température d'homogénéisation des inclusions vitreuses, pendant 90 min, 6, 12 et 24 h, 3, 7, et 28 jours, dans un four Adamel. Lors d'une seconde série d'expériences, de 8 jours, les cristaux préalablement 307, Série II, p. 1887-1892, 1988 dépouillés de leur gaine vitreuse par une attaque à l'acide fluorhydrique de 30 s, à froid, ont été placés dans des capsules étanches. Expériences sous pression. — Sur la base des données de thermométrie et de la teneur en H2O des verres, les conditions de cristallisation estimées étaient 810 + 10°C, PH2O = 150-180 MPa [5]. Les cristaux de quartz ont donc été chauffés à 800°C, dans une capsule scellée, en or, avec 250 mg de ponces rhyolitiques finement broyées et 4 ±0,3% (en poids) d'eau, sous pression (PH2O= 150 MPa) et pendant 60 h. Cette expérience a été menée au Laboratoire de Synthèse des Minéraux (C.N.R.S., Orléans). RÉSULTATS. — Après les expériences à l'air de courtes durées, les cavités monophasées ont gardé leur automorphie lorsque la durée des expériences est restée inférieure
Lors d'une seconde série d'expériences, de 8 jours, les cristaux préalablement 307, Série II, p. 1887-1892, 1988 dépouillés de leur gaine vitreuse par une attaque à l'acide fluorhydrique de 30 s, à froid, ont été placés dans des capsules étanches. Expériences sous pression. — Sur la base des données de thermométrie et de la teneur en H2O des verres, les conditions de cristallisation estimées étaient 810 + 10°C, PH2O = 150-180 MPa [5]. Les cristaux de quartz ont donc été chauffés à 800°C, dans une capsule scellée, en or, avec 250 mg de ponces rhyolitiques finement broyées et 4 ±0,3% (en poids) d'eau, sous pression (PH2O= 150 MPa) et pendant 60 h. Cette expérience a été menée au Laboratoire de Synthèse des Minéraux (C.N.R.S., Orléans). RÉSULTATS. — Après les expériences à l'air de courtes durées, les cavités monophasées ont gardé leur automorphie lorsque la durée des expériences est restée inférieure à 24 h. Elles sont homogènes et ne présentent aucun signe de décrépitation. La composition rhyolitique initiale des verres est conservée lorsque les cavités sont supérieures à 20 um (dans leur plus grande dimension; tableau I). Après les expériences de 3 à 28 jours, la composition chimique des inclusions vitreuses est fortement modifiée. La teneur en Na2O varie de 5,5 à 7,7% (en poids). Le rapport Na2O/K2O, initialement égal à 1,9, peut atteindre 4. Le diagramme (Ca + Fe)—Na — K (fig. 1) met en évidence l'enrichissement préférentiel des verres en sodium qui se traduit aussi par l'apparition de métasilicate de sodium normatif, les verres devenant hyperalcalins (tableau I). Cet enrichissement est d'autant plus fort que le volume de l'inclusion vitreuse est petit (fig. 2). L'enrichissement en Na2O des verres inclus se produit aussi, après les expériences de 8 jours, alors que les quartz ont été dépouillés de leur gaine vitreuse par une attaque à l'acide fluorhydrique et ont été isolés du milieu extérieur dans des capsules scellées. Lorsque les cavités ont décrépité, la totalité des éléments volatils est perdue (le total des analyses est de 99,7 %) mais le rapport initial Na2O/K2O est préservé (tableau I). Fig. 1. —
est fortement modifiée. La teneur en Na2O varie de 5,5 à 7,7% (en poids). Le rapport Na2O/K2O, initialement égal à 1,9, peut atteindre 4. Le diagramme (Ca + Fe)—Na — K (fig. 1) met en évidence l'enrichissement préférentiel des verres en sodium qui se traduit aussi par l'apparition de métasilicate de sodium normatif, les verres devenant hyperalcalins (tableau I). Cet enrichissement est d'autant plus fort que le volume de l'inclusion vitreuse est petit (fig. 2). L'enrichissement en Na2O des verres inclus se produit aussi, après les expériences de 8 jours, alors que les quartz ont été dépouillés de leur gaine vitreuse par une attaque à l'acide fluorhydrique et ont été isolés du milieu extérieur dans des capsules scellées. Lorsque les cavités ont décrépité, la totalité des éléments volatils est perdue (le total des analyses est de 99,7 %) mais le rapport initial Na2O/K2O est préservé (tableau I). Fig. 1. — Variation de la composition chimique des inclusions vitreuses des quartz dans le diagramme (Ca + Fe)—Na — K (exprimés en pourcentages cationiques). Les symboles sont : composition initiale ( + ); après expériences de 90 mn (V); 6 à 24 h (A); de 3 à 7 jours (#); 8 jours (■); 28 jours (O). La composition de deux obsidiennes rhyolitiques ® est reportée pour comparaison. Fig. 1. — Chemical composition of glass inclusions trapped within quartz in a portion of the (Ca + Fe) —Na — K diagram. Symbols are: initial composition ( + ); after experiments: of 90 min. (V); 6, 12 and 24 hrs. (A); of 1 and 1 days (•); 8 (■) and 28 days (O)Chemical composition of rhyolitic obsidian ( ® ) are plotted for comparison. C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1887-1892, 1988 1891 En revanche, aucune modification morphologique ou chimique des inclusions vitreuses n'est décelée, après l'expérience sous pression et quel que soit le volume des cavités (tableau II). DISCUSSION ET CONCLUSIONS. — Lorsque les quartz sont chauffés à 800°C, sous pression (PH2O= 150 MPa), au contact d'un liquide rhyolitique, les échanges à l'interface inclusion-quartz hôte sont négligeables. On peut