Les xénolites de le BBHVF

La Bakony Balaton Highland 

Contexte géologique de la zone d’étude 

Pour notre étude nous nous sommes focalisés sur la zone volcanique de le BBHVF (Bakony Balaton Highland Volcanic Field) où nous avons échantillonné quatre édifices volcaniques : Füzes-tó, Mindszentkálla, Szentbékkálla et Szigliget (Figure 27).

Le BBHVF est localisée à l’Ouest du BP (Ouest de la Hongrie) et sur la rive Nord du lac Balaton. D’un point de vue géologique, elle est située sur la partie sud de la microplaque Alcapa. Le BBHVF appartient à la zone centrale de la Chaîne Transdanubienne, qui est corrélée avec les nappes austro-alpines supérieures de l’orogénèse des Alpes de l’Est (Majoros 1983; Tari 1991; Kazmer & Kovacs 1985). Le socle des champs volcaniques est constitué de roches paléozoïques, de schistes siluriens, de sédiments rouge permiens (Császár & Lelkesné Felvári 1999) et d’une épaisse séquence de carbonates mésozoïques (Budai & Voros 1992; Haas et al. 1999), qui a été déposée sur l’unité Alpine (SO de la zone) et a été transportée en direction du N-E par le mouvement de la microplaque Alcapa pendant l’évolution géodynamique du BP. Ce socle forme maintenant une structure anticlinale à large échelle d’origine Eoalpine dans la zone Transdanubienne centrale et elle est localement recouverte de sédiments (Horvath 1993; Tari et al. 1992). Les sédiments Cénozoïques ont été déposés dans des bassins sédimentaires locaux sur une discordance régionale liée à l’érosion (Müller et al. 1999; Muller & Magyar 1992). Au Néogène et juste avant le début du volcanisme, le lac Pannonien occupait la majeur partie du BP. Les sédiments lacustres, mudstones et les marnes issues de l’eau saumâtre du lac Pannonien sont très répandues dans le bassin (Jambor 1980; Gulyás 2001). Juste avant le début du volcanisme, la partie Ouest du BP formait une plaine alluviale avec des sédiments non consolidés et chargés en eau (Kázmér 1990).

Le volcanisme basaltique alcalin 

Les centres volcaniques de le BBHVF ont été actifs entre 7.96 et 2.61 Ma, (Borsy et al. 1986; Balogh & Németh 2005; Balogh & Pécskay 2001; Balogh et al. 1980; Wijbrans et al. 2007) et ont produit principalement des roches basaltiques alcalines (Szabo et al. 1992; Embey-isztin et al. 1993). Le BBHVF compte environ 50 volcans basaltiques dans une zone relativement petite (~ 3500 km²) ; cependant, le nombre d’évents peut être très supérieur du fait de l’existence de complexes volcaniques et de volcans imbriqués (Martin et al. 2003). Le volcanisme basaltique alcalin dans l’Ouest du bassin était principalement subaérien et de type intracontinental. Cependant, de grandes quantités d’eau peu profonde peuvent avoir été présentes durant les éruptions, celles-ci auraient vraisemblablement conduit à la formation des volcans émergents (Kokelaar 1983; White & Houghton 2000). Après l’arrêt du volcanisme, la sédimentation fluviale/alluviale s’est répandue dans l’Ouest du bassin. Tous les types de volcans peuvent être trouvés dans la partie Ouest du bassin et dans le BBHVF. On y retrouve des formations géomorphologiques proéminentes circulaires ou des buttes couvertes de lave. Ces formations circulaires sont généralement liées à des volcans phréatomagmatiques, comme à des structures de maar ou des anneaux de tufs (Nemeth et al. 2003). Le lac Balaton quant à lui est récent et son histoire remonte seulement à 17000-15000 ans (Cserny & Corrada 1989; Tullner & Cserny 2003).

Les xénolites de le BBHVF 

Des xénolites mantelliques ultramafiques peuvent être trouvés dans des laves basanitiques et dans des pyroclastes volcaniques dans six zones de le BBHVF (Tihany, Bondoró Hill, Füzes-tó, Szentbékkálla, Mindszentkálla, Szigliget) (Figure 28). Ces xénolites sont d’origine lithosphérique et dans quelques cas d’origine asthénosphérique. Comme l’éruption des basaltes alcalins est postérieure aux principaux évènements tectoniques dans la zone Carpato-Pannonienne, les xénolites ont enregistré les effets de ces évènements, ce qui inclus la déformation (Falus 2004; Falus et al. 2004; Falus et al. 2008; Hidas et al. 2007), le métasomatisme (Bali et al. 2002; Enikő Bali et al. 2008; Szabó et al. 2009; Hidas et al. 2010) et l’extraction de magmas (Bali et al. 2002; Bali et al. 2008; Szabó et al. 2009; Hidas et al. 2010). Ces xénolites peuvent donc être utilisés comme outils pour connaitre l’évolution du bloc lithosphérique. Les péridotites sont des résidus mantelliques montrant des preuves texturales et géochimiques d’une histoire complexe alternant des épisodes de fusion et de recristallisation (Szabó et al. 2004). Les xénolites mantelliques contiennent également des phases hydratées (pargasites, kaersutites et rarement phlogopites) qui prouvent un métasomatisme modal du manteau sous Pannonien (EmbeyIsztin 1976; Szabo & Taylor 1994; Szabó et al. 2004; Szabó et al. 2009). La plupart des xénolites sont des lherzolites à spinelles, ou des harzburgites, clinopyroxenites, orthopyroxenites, wehrlites, websterites ou parfois, des xénolites composites (Szabo et al. 2010). La texture la plus fréquement observée est équigranulaire (Embey-Isztin et al. 1989; Downes et al. 1992; Downes & Vaselli 1995; Szabó et al. 2004), mais des xénolites protogranulaires ou porphyroclastiques peuvent également être trouvés en plus faible proportion. Des textures poecilitiques, tabulaires et mylonitiques sont également présentes dans les xénolites dans différentes proportions selon les zones volcaniques (Figure 28). Les péridotites présentes dans les basaltes alcalins de le BBHVF ont des compositions sur roches totales allant de 37-45 wt. % MgO, 1.0-3.5 wt. % CaO et Al2O3, et 0.02 0.14 wt. % TiO2 (Szabo et al. 2010) montrant d’importantes variations chimiques entre les xénolites des différentes zones.

Le minéral le plus fréquent dans les xénolites mantelliques est l’olivine avec un Mg# compris entre 89 et 92 et un faible CaO (0.04-0.11 wt. %). Al2O3 dans les orthopyroxènes est généralement plus élevé dans les xénolites protogranulaires que dans les xénolites à textures porphyroclastiques ou équigranulaires. Dans la plupart des cas, les clinopyroxènes sont des diopsides avec un Mg# compris entre 89 et 93. La composition des spinelles est quant à elle, plus variable avec des Cr# compris entre 10 et 55 et des Mg# intermédiaires entre 80 et 60 (Embey-Isztin et al. 1989; Downes et al. 1992; Szabo et al. 1995). Des phases additionnelles telles que la pargasite peuvent également être observées (Embey-Isztin 1976; Bali et al. 2002; Szabó et al. 2004). Les températures d’équilibre calculées sur les xénolites mantelliques de le BBHVF sont comprises entre 880 et 1090°C d’après les géothermomètres de Brey & Kohler (1990). Les textures protogranulaires ont les plus hautes températures et les équigranulaires les plus basses (Embey-Isztin et al. 1989; Downes et al. 1992; Szabo et al. 1995; Szabó et al. 2004; Bali et al. 2002; Bali et al. 2007).

Echantillonnage et préparation des échantillons 

Les xénolites mantelliques étudiés pour ces travaux de thèse ont été échantillonnés en mars 2013 dans la zone volcanique de Bakony-Balaton (BBHVF), située sur la rive nord du Lac Balaton (Hongrie). Plus de 180 échantillons ont été ramassés dont 69 à Szentbékkálla, 54 à Szigliget, 41 à Füzes-tó (26 sur l’édifice principal et 15 sur le cône adventif) et 17 à Mindszentkálla (Figure 29). De nombreuses granulites et pyroxenites (~40) ont également été échantillonnées mais ne seront pas décrite dans ces travaux de thèse.

Après nettoyage et sciage de l’ensemble des échantillons (Figure 30), une première sélection a été faite. Pour cela, nous avons séparé pour chaque échantillon une cinquantaine de grains afin d’identifier ceux contenant des évidences de présence de fluides. Ces évidences peuvent être sous la forme de verre (inclusions vitreuses silicatées ; primaires ou secondaires) ou sous forme d’inclusion fluide (primaire, secondaire ou pseudo-secondaire). Cette séparation a été faite, au laboratoire du LRG (Lithosphere Fluid Research Group) à Budapest, sous une loupe binoculaire avec un grossissement x4 à x10. Une cinquantaine d’échantillons ont alors été présélectionnés. Les 50 échantillons pré-sélectionnés ont fait l’objet d’une préparation de lames minces à double polis aux laboratoires du LRG et d’IFP Energies nouvelles (Rueil-Malmaison). Les premières faces des échantillons ont tout d’abord été prépolies sur des disques de carbure de silicium pour des granulométries moyennes de ~25 µm et ~18 µm, elles ont ensuite été polies sur des disques d’alumine de granulométrie moyenne de ~12 µm avant un finissage à la poudre de diamant à 3 et 1 µm. Ensuite, les échantillons ont été collés sur des lames de verre avec du baume du Canada, afin de recommencer l’ensemble des étapes de polissage sur les deuxièmes faces des futures lames minces. Malgré les contraintes de fragilité plus importantes, le collage au baume du canada (collage non permanent qui s’enlève avec une hausse de température, ~80°C) a permis un décollage facile des échantillons doublement polis, nécessaire pour leurs analyses par microthermométrie. Les lames minces présentent une épaisseur moyenne de 100 µm.

Sur ces lames minces, nous avons mené des études pétrographiques préliminaires au microscope optique d’IFP Energies nouvelles, afin de ne garder qu’une collection représentative de la zone d’étude et des 4 zones d’échantillonnage. Etant donné la quantité d’analyses menées lors de ces travaux de thèse et le volume de travail associé, nous nous sommes limités à quelques spécimens par zones (6 pour Szentbékkálla, 4 pour Szigliget, 3 pour Füzes-tó et 2 pour Mindszentkálla). Cette sélection s’est notamment faites sur des critères d’altération des échantillons (solidité du xénolite pour carottage avant les analyse par microtomographie à rayons X et, absence de textures d’altération superficielles observées sur les lames minces) mais également sur l’abondance en fluides (nombreux plans secondaires d’inclusions fluides, d’inclusion vitreuses silicatées, présence de veines et/ou melt pockets). Dans la section suivante, nous allons vous présenter l’étude pétro-géochimique détaillée menée sur quinze xénolites mantelliques des quatre zones d’échantillonnage.

Table des matières

Introduction
Stratégie d’étude de la thèse
1 Contexte géologique & zone d’étude
1.1 Le Bassin Pannonien
1.2 La géodynamique locale
1.2.1 Historique
1.2.2 Thermomécanique associée
1.2.3 Volcanisme et flux de chaleur
1.3 Le bassin sédimentaire
1.3.1 Mise en place du Bassin Pannonien
1.3.2 Le système pétrolier du bassin
1.4 La Bakony Balaton Highland
1.4.1 Contexte géologique de la zone d’étude
1.4.2 Le volcanisme basaltique alcalin
1.4.3 Les édifices volcaniques étudiés
2 Les xénolites de le BBHVF
2.1 Echantillonnage et préparation des échantillons
2.2 Melt-peridotite interaction in the lithospheric mantle – Genesis of the Pannonian calcalkaline suites revealed by Alkali basalt hosted xenoliths
2.2.1 Introduction
2.2.2 Geological background
2.2.3 Petrography
2.2.4 Geochemistry
2.2.5 Discussion
2.2.6 Conclusion
2.2.7 References
3 Le carbone dans le manteau sous Pannonien
3.1 Highly CO2-supersaturated melts in the Pannonian lithospheric mantle – A transient carbon reservoir?
3.1.1 Introduction
3.1.2 Geological background
3.1.3 Analytical methods
3.1.4 Results
3.1.5 Discussion
3.1.6 Conclusions
3.1.7 References
4 La microtomographie, une nouvelle approche dans l’étude pétrographique des roches mantelliques
4.1 Principe de la microtomographie par rayons X
4.2 Les applications en géosciences
4.3 Microtomographie à rayon X de laboratoire, une approche préliminaire
4.3.1 Description de la méthode d’acquisition
4.3.2 Résultats obtenus et comparatif de méthode
5 Source du CO2 dans le Bassin Pannonien
5.1 Traçage du CO2
5.2 Échantillonnage des gaz d’aquifères
5.3 Techniques analytiques utilisées
5.3.1 Le GCC-IRMS
5.3.2 Le spectromètre de masse
5.4 Résultats obtenus
5.5 Discussion
5.6 Conclusions
6 La migration du CO2 : du manteau au bassin Pannonien
6.1 Le bassin Pannonien – une zone géodynamique favorable aux migrations lithosphériques de fluides mantelliques
6.2 Perspectives de ces travaux de thèse
Conclusions

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