A model for fluids in metamorphosed ultramafic rocks III. Mass transfer under amphibolite facies conditions in olivine˗enstatite rocks of the Central Alps, Switzerland

Résumé En Fr

The high grade metamorphic part of the Penninic zone of the Central Alps is characterized by 1 to 100 meters large ultramafic lenses of originally harzburgitic composition. A usually concentric zonation of these lenses indicates a syntectonic hydrothermal alteration related to the regional metamorphism. Five different zones can be distinguished : 1) original rock (mainly olivine-enstatite-chlorite-Cr-Fe-spinel), 2) hydrated zone (olivine-talc-chlorite-Cr-Fe-spinel ± amphibole), 3) hydrated and carbonatized zone (talc-magnesite-chlorite-amphibole-Fe-spinel), 4) zone strongly enriched in Ca, Al and Si (amphibole-chlorite-Fe-spinel ± magnesite, pentlandite), 5) complex marginal zonation (mono-and bimineralic zones of biotite, amphibole and plagioclase). The spectacular zone boundaries allow reconstruction of fluid-rock reactions in detail. Using temperature and pressure estimations of 580-650 °C and 5 kbar, the fluid composition in the various zones can be estimated : CO₂, O₂ and S₂ increase towards the margins of the lenses, X[CO₂] showing values between 0 and 0.9. Aqueous species concentrations like SiO₂, Ca, A1 and Mg also increase towards the margins. The pH is predicted to vary between 5 and 7. Direction and extent of mass fluxes are estimated on the basis of field observations and various assumptions concerning mass and volume of the zones. Whereas Mg and Fe appear to be internally redistributed, large amounts of Si, Al and Ca are predicted to move in from felsic and mafic country rocks, leading to a volume increase of up to 30 %. The only slightly affected country rocks and stable isotope data exclude a local origin of these elements and suggest a more distant source of the fluid phase. The dominant mass transport mechanism for aqueous species is assumed to be infiltration in a fluid pressure gradient. Locally at zone boundaries, composition — distance plots for Fe indicate a combination of diffusion and infiltration.

Le domaine le plus fortement métamorphique de la zone pennique des Alpes centrales est caractérisé par la présence de lentilles ultramafiques métriques à hectométriques d'origine harzburgitique. On observe dans celles-ci une zonation souvent concentrique indiquant une altération hydrothermale liée au métamorphisme régional. Du centre au bord, cinq zones ont été distinguées : 1) roche originale (olivine-enstatite-chlorite-Fe-Cr-Spinelle), 2) zone hydratée (olivine-talc-chlorite-Cr-Fe-spinelle), 3) zone hydratée et carbonatée (talc-magnésite-chlorite-amphibole-Fe-spinelle), 4) zone fortement enrichie en Ca, Al et Si (amphibole-chlorite-Fe-spinelle ± magnésite-pentlandite), 5) zone marginale complexe (diverses zones mono-et biminérales à biotite, amphibole ou plagioclase). Les limites de chaque zone sont très spectaculaires et significatives ; elles permettent de reconstruire les réactions d'interaction entre le fluide et la toche. Sur la base de conditions de température et de pression de 580-650 °C et 5 kbar, la composition du fluide dans les diverses zones peut être déduite et nous constatons que CO₂, O₂ et S₂ augmentent vers l'extérieur des lentilles, X[CO₂] variant entre 0 et 0,9. Les concentrations des espèces aqueuses telle que SiO₂, Ca, Al et Mg augmentent également vers l'extérieur. Le pH varierait entre 5 et 7. A partir de critères de terrain et d'hypothèses sur les modifications de volume et de masse de chaque zone, le sens et la quantité de transferts de masse sont déterminés. Alors que Mg et Fe resteraient constants, de grandes quantités de Si, Al et Ca d'origine externe pénétreraient dans les lentilles ultramafiques en provoquant jusqu'à 30 % d'augmentation de volume. Le fait que les roches encaissantes (gneiss, amphibolite, marbre) ne soient guère altérées indique une origine plus lointaine de la phase fluide, ce qui est confirmé par des analyses d'isotopes stables. Le mécanisme dominant de transport des espèces aqueuses serait celui d'infiltration dans la direction du gradient de pression de la phase fluide. Localement, à la limite des zones, le changement de la composition avec la distance de certains minéraux indique une combinaison de diffusion et infiltration.