La diversité des basaltes de Patagonie à la latitude du point triple du

C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la Terre et des planètes / Earth and Planetary Sciences 333 (2001) 363–371
 2001 Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés
S1251-8050(01)01641-X/FLA
Géophysique interne / Internal Geophysics
La diversité des basaltes de Patagonie à la latitude
du point triple du Chili (46◦–47◦ lat. S) : données
complémentaires et implications sur les conditions
de la subduction
Alexandre Corgnea,b,∗,1 , René C. Maurya , Yves Lagabriellea,c, Jacques Bourgoisd , Manuel Suareze ,
Joseph Cottena , Hervé Bellona
a
b
c
d
e
UMR 6538 « Domaines océaniques », UBO–IUEM, place Nicolas-Copernic, 29280 Plouzané, France
École nationale supérieure de géologie, INPL, BP 40, 54501 Vandœuvre-lès-Nancy, France
Équipe Géosciences, IRD, BP A5, Nouméa, Nouvelle-Calédonie
ESA 7073 et LGTE, université Pierre-et-Marie-Curie, boîte 119, 4, place Jussieu, 75252 Paris cedex 05, France
Sernageomin, av. Santa-Maria, 0104 Providencia, Santiago, Chili
Reçu le 2 mars 2001 ; accepté le 6 juillet 2001
Présenté par Jean Dercourt
Abstract – The diversity of basalts from Patagonia at the latitude of the Chile triple junction
(46◦ –47◦S). Additional data and implications on the subduction processes. The basalts exposed
around the Lago General Carrera–Buenos Aires display a wide range of chemical compositions.
These include: Cretaceous calc-alkaline magmas typical of the Andean arc, Eocene to Quaternary
intraplate alkali magmas and Quaternary magmas, the geochemical signature of which shows
similarities with those of Chile ridge MORB. Such diversity is related to the evolution of the
subduction processes below Patagonia, starting with a ‘normal’ subduction regime, followed by
collision–subduction of the active Farallon–Aluk and Chile ridges together with the development
of ‘asthenospheric windows’ during the Eocene and since the Upper Miocene respectively.  2001
Académie des sciences / Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS
basalt / geochemistry / ridge subduction / asthenospheric window / mantle / Patagonia
Résumé – Les basaltes affleurant autour du lac Général-Carrera–Buenos-Aires présentent
une gamme de compositions chimiques variées comprenant : des magmas calco-alcalins
crétacés typiques de l’arc Andin, des magmas alcalins de type intraplaque d’âge Éocène à
Quaternaire et des magmas quaternaires, dont la signature géochimique ressemble à celle
des MORB de la dorsale du Chili. Cette diversité traduit l’évolution de la convergence
en Patagonie, passant d’un régime de subduction « normale » à la collision–subduction des
dorsales actives Farallon–Aluk et Chili, associées respectivement à l’ouverture de « fenêtres
asthénosphériques » à l’Éocène et depuis le Miocène.  2001 Académie des sciences /
Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS
basaltes / géochimie / subduction (de dorsale) / fenêtre (asthénosphérique) / manteau /
Patagonie
∗ Correspondance
et tirés à part.
Adresse e-mail : [email protected] (A. Corgne).
1 Adresse actuelle : Department of Earth Sciences, University of Bristol, Bristol BS8 1RJ, UK.
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A. Corgne et al. / C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la Terre et des planètes / Earth and Planetary Sciences 333 (2001) 363–371
Abridged version
1. Introduction
At the latitude of the Chile triple junction (46◦ S), lavas
with a large range of chemical composition have been extruded since the Mesozoic. They include: (1) thick Jurassic ignimbrites (Ibañez formation), (2) Cretaceous volcanics and volcanoclastics of dacitic to andesitic composition (Divisadero formation), and (3) Eocene, Mio-Pliocene
and Quaternary alkali basaltic flows forming the ‘mesetas’
(plateau basalts) typical of these Patagonian regions [26].
In the frame of our coupled offshore and onshore study
of the magmatic effects of the Chile ridge subduction [2,
13] and after the recent study of Demant et al. [7], we
are conducting a detailed analysis of the volcanic products exposed in the Lago General Carrera–Buenos Aires
area (figure 1), located above subducted segment S-1 of the
Chile ridge. The geological evolution of Patagonia is related to the subduction of the Chile ridge beneath South
America during the last 14 Ma [3, 4]. In addition, an active
spreading centre might have been subducted below Patagonia during the Eocene [28]. North of the Chile triple junction, the Nazca plate is being rapidly subducted at a rate
of 84 mm·yr−1 . The associated lithosphere is relatively
old and cold and the partial melting of the sub-Andean
mantle wedge produces the calc-alkaline magmas of the
southern volcanic zone (SVZ) [11, 14, 19, 32]. South of
the Chile triple junction, the younger and relatively hot
Antarctic oceanic plate is being subducted more slowly
(∼ 20 mm·yr−1 ) and partial melting of the oceanic crust
results in the emplacement of adakitic magmas in the austral volcanic zone (AVZ) [29, 32]. Between the AVZ and
the SVZ, no typical arc volcanism has been yet recorded. In
contrast, MORB-type and adakitic melts occur in the forearc domain, above the currently subducted ridge segment
S1 [1, 10, 13, 18, 21–23, 25], and alkali basaltic volcanism
is also reported in the Patagonian back-arc domain [7, 12,
17, 28]. The purpose of this paper is to examine the heterogeneity of basalts from the Lago General Carrera–Buenos
Aires area and to discuss their origin. We especially focus
on the relationships between Tertiary to Recent basalts and
the presence beneath this region of a 6-Ma-old Chile ridge
segment (S-1) [33].
2. Geological background, new radiometric ages
The Lago General Carrera–Buenos Aires area is located
along the Chile–Argentina border, within the Patagonian
back-arc domain (46–47◦S, 71–73◦W). Our sampling sites
only concern basaltic rocks exposed within six regions: Rio
Murta, Avellanos, Pallavicini, Chile Chico, Perito Moreno,
and Meseta del Lago de Buenos Aires (figure 1). The
Pallavicini basalts are lava flows originating from a small
volcanic ridge exposed on the north shore of the Lago General Carrera–Buenos Aires. Whole rock, K–Ar datings performed in Brest (Laboratoire de Pétrologie) and in Santiago
(Laboratorio de Geocronologia, SERNAGEOMIN: LGS)
give an age of 81.2 ± 1.3, and 86 ± 3 Ma, respectively.
364
The basalts from Chile Chico and from Meseta del Lago de
Buenos Aires have been sampled within dated sequences.
The Chile Chico basalts form two superposed sequences
reaching a total thickness of 300 m. Sample PG27 was obtained from flows of the lower formation, dated between
57 and 41 Ma [5, 27]. Five whole rocks, K–Ar ages ranging from 41.6 ± 1.5 to 53.4 ± 1.8 Ma were also obtained
at the LGS (Suarez et al., in prep.) from samples of this
lower sequence. The upper sequence consists of more recent flows and plugs (> 2.9 Ma [5]) which gave new K–Ar
ages ranging between 5.3 ± 0.4 and 9.8 ± 0.1 Ma (whole
rock, LGS, Suarez et al., in preparation). Chile Chico sample PG23 is representative of basalts of similar formation
but its age remains questionable. The basalts of the Meseta
del Lago de Buenos Aires are of Mio-Pliocene to Lower
Quaternary in age (9–1.6 Ma) [12, 28, 30, 31].
The remaining samples are basalts of Plio-Quaternary to
Quaternary ages:
– Avellanos basalts are young brecciated flows sampled
from helicopter; they have a very low K content and yielded
young K–Ar ages (younger than 4 Ma, LGS);
– Rio Murta basalts include pillowed lavas, palagonic
tuffs, and flows with irregular prismatic jointing typical
of subaquatic quenching; they show evidence of a recent
subglacial eruption (< 100 000 years [7]);
– Basalts sampled south of Perito Moreno come from
pahoehoe-type flows, with a very fresh surface still uncovered by soils overlying Quaternary terraces; they are dated
between 0.3 and 0.2 Ma [28].
3. Petrological and geochemical data
Major and trace elements (table) were analysed using an
ICP–AES device at the ‘Université de Bretagne occidentale’. Details of analytical techniques have been previously
reported [6].
The Cretaceous basalts of Pallavicini are moderately
fresh, dark lavas including clinopyroxene, plagioclase and
olivine phenocrysts. The Eocene basalts of Chile Chico are
fresh, vitric lavas including clinopyroxene and olivine phenocrysts. The Mio-Pliocene basalts of Meseta are moderately fresh, aphyric to phyric lavas including abundant plagioclase phenocrysts. The recent basalts of Avellanos are
dark, vacuolar lavas including abundant plagioclase phenocrysts. The Quaternary basalts of Murta contain abundant, large, phenocrysts of plagioclase, clinopyroxene and
olivine. The Quaternary basalts south of Perito Moreno are
fresh, vitric to porphyric lavas with dominant olivine phenocrysts.
The Murta basalts are slightly differentiated (MgO ∼ 6–
7 %, Mg# ∼ 60) like the basalts from Pallavicini, Meseta
and Avellanos. The basalts from Perito Moreno are more
primitive (MgO ∼ 9 %), whereas those from Chile Chico
exhibit a wide range of MgO contents (4–15 %).
The Murta and Avellanos basalts contain also low K2 O
(< 1 %) and high Al2 O3 (> 19 %) contents. In contrast,
the basalts from Perito Moreno and Meseta have high
TiO2 contents (> 2 %). Otherwise, the basalts from Murta,
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Meseta, Avellanos and Chile Chico normally contain some
nepheline (ne < 5 %) and those from Perito Moreno
are actually basanites (ne > 10 %), whereas those from
Pallavicini are slightly silica-saturated (Q ∼ 0.3 %).
Two groups can be distinguished based on primitive
mantle-normalised multi-elements patterns (figure 2). The
first one (figure 2A) includes basalts from Perito Moreno,
Meseta and Eocene basalts of Chile Chico. These basalts
are highly enriched in the most incompatible elements
with maximum niobium enrichment, a feature characteristic of intraplate alkali basaltic magmas. Their patterns are
similar to those of the alkali Neogene Patagonian plateau
lavas [12, 28] (figure 2A). The second group (Murta, Avellanos, Pallavicini and sample PG23 from Chile Chico;
figure 2B) has an ‘orogenic-type’ geochemical signature,
with high alkali elements/REE ratios and niobium depletion, characteristic of subduction/collision related magmas.
The niobium depletion of the Murta basalts is lower, however. Their La/Nb ratios (∼ 1.5) are indeed transitional
between those of alkali basaltic (0.7–1) and calc-alkaline
(> 2) lavas, and the REE patterns are less fractionated than
the two latter types (La/Yb < 5). Given their incompatible trace element and Sr–Nd isotopic composition [7], the
Murta basalts appear close to the enriched mid-oceanic
ridge basalts (MORB) from the Taitao peninsula [23] and
the Chile ridge [20] (figure 2B). The incompatible trace element patterns of the Avellanos basalts are transitional between those of Murta basalts and Pallavicini calc-alkaline
basalts.
4. Discussion, conclusion
The geochemical diversity in basaltic compositions
evidenced here is not common in such a restricted area
of an active converging boundary (figure 1). As most of
the arc basalt types, the ‘orogenic’ calc-alkaline basalts
from Pallavicini were generated by melting of lithospheric
mantle previously metasomatised by fluids or magmas
originating from the subducted oceanic plate. Therefore,
these basalts can be considered as the result of a ‘normal’
subduction process, which was active in this area until the
Eocene [28].
1. Introduction
Sur la transversale du point triple du Chili, à 46◦ S,
le volcanisme mésozoïque à quaternaire des Andes
patagoniennes comprend des laves de compositions
chimiques très variées. On distingue notamment les
épaisses ignimbrites jurassiques (formation Ibañez),
des roches volcaniques et volcanoclastiques dacitiques à andésitiques d’âge Crétacé (formation Divisadero) et un ensemble de coulées basaltiques alcalines d’âge Éocène, Mio-Pliocène et Quaternaire, formant les vastes mesetas (plateau basalts) caractéris-
The Eocene basalts of Chile Chico, the Mio-Pliocene
basalts of Meseta del Lago de Buenos Aires and the Quaternary basanites from Perito Moreno are intraplate-type
basalts and have a typical alkali signature. They originated
from a deeper mantle source and where emplaced as the
result of the progressive opening of asthenospheric windows below the region where a ‘normal arc’ should be
present [12, 15, 16, 28]. Such asthenospheric windows are
related to the presence of a subducted spreading ridge.
We confirm that such lavas can be regarded as the tracers of the subduction of two successive spreading centres
below Patagonia: the first one during the Eocene (Farallon–
Aluk spreading ridge) and the second one, the active Chile
spreading ridge, since the Upper Miocene. Recent kinematic models suggest the presence below the studied area
of a ridge segment subducted beneath the Chilean margin 6 Ma ago [33]. Assuming a converging half-rate of
31.4 mm·yr−1 during the last 6 Ma [34] and taking into
account theoretical calculations [9, 35], it is possible to envision that a relatively wide asthenospheric window (100–
200 km) lies beneath the Lago General Carrera region.
The Murta and Avellanos basalts are young lavas similar to the enriched MORB from the Chile ridge and to some
lavas emplaced on the Taitao peninsula, close to the Chile
triple junction. Their likely source is the asthenospheric
mantle underlying the subducted ridge [7, 21, 23]. Despite
a geochemical signature showing a slight subduction imprint (slight Nb depletion), the Murta and Avellanos basalts
may thus derive from the melting of depleted sub-oceanic
mantle below the South American margin.
Finally, the occurrence of two distinct basaltic magma
types in the Lago General Carrera–Buenos Aires area
during the Quaternary can be considered as a consequence
of the subduction of the Chile ridge (segment S-1), which
led to the opening of a wide ‘asthenospheric window’
beneath this region of Patagonia in which three types
of magmatic products linked to subduction context can
be found. In addition, we may point out that the active
Hudson volcano with typical calc-alkaline composition [8]
is located only 40 km northwestward of the Murta basalts.
This volcano represents the northern boundary of the
asthenospheric window, whereas the southern boundary is
represented by the adakitic volcanoes of the AVZ.
tiques de ces régions [26]. Dans le cadre de l’étude
des effets magmatiques de la subduction de la dorsale
du Chili que nous menons à terre et en mer [2, 13]
et à la suite de la récente étude de Demant et al. [7],
nous avons entrepris un examen détaillé des produits
volcaniques que l’on rencontre dans la région du lacGénéral-Carrera–Buenos-Aires, à la frontière du Chili
et de l’Argentine. Du point de vue géodynamique, la
Patagonie est soumise, depuis 14 Ma, aux effets de la
subduction de la dorsale du Chili, séparant les plaques
Nazca et Antarctique [3, 4]. Au nord du point triple du
Chili, la vitesse de subduction de la plaque Nazca est
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Figure 1. Localisation des échantillons par rapport au point triple du Chili (PTC) et au lac Général-Carrera–Buenos-Aires (LGCBA) et position
1
2 Avellanos ; 3 Pallavacini ;
Rio Murta et rio Cajon ; de la dorsale du Chili avec sa prolongation supposée sous le continent sud-américain. 4 Sud de Chile Chico ; 5 Sud de Perito Moreno ; 6 bordure sud de la Meseta del Lago de Buenos Aires. L’extrapolation de la dorsale en cours de
subduction est réalisée en considérant un plongement uniforme N78◦ –20◦ E des plaques Nazca et Antarctique et en considérant les écarts suivants
entre les segments de la dorsale du Chili : 130 km entre S1 et S0 et 170 km entre S0 et S-1. SFLO : système de failles Liquiñe–Ofqui. ZF : zone
de fracture affectant la dorsale du Chili.
Figure 1. Location map of the samples related to the Chile triple junction (PTC) and the Lago General Carrera–Buenos Aires (LGCBA) and position
1 Rio Murta and Rio Cajon. 2 Avellanos. 3 Pallavacini.
of the Chile ridge with its inferred prolongation below the south-American margin. 4 South of Chile Chico. 5 South of Perito Moreno. 6 South border of the Meseta del Lago de Buenos Aires. The extrapolation of the subducted
ridge is made postulating a dip of 20◦ E directed 78◦ N and the following distances between the Chile Ridge segments: 130 km between S1 and S0
and 170 km between S0 and S-1. SFLO: Liquiñe–Ofqui fault systems. ZF: Fracture zone of the Chile ridge.
élevée (84 mm·an−1 ) et la lithosphère subduite est relativement ancienne et froide ; la fusion partielle du
manteau subandin est à l’origine des magmas calcoalcalins de la zone volcanique sud [11, 14, 19, 32]. Au
sud du point triple, la plaque Antarctique, plus jeune
et plus chaude, subducte lentement (20 mm·an−1 ) et
la fusion partielle de la croûte océanique Antarctique
est à l’origine des magmas adakitiques de la zone volcanique australe [29, 32]. Entre ces deux zones, l’arc
volcanique présente un hiatus. En revanche, on observe un volcanisme basaltique de type MORB et adakitique à la verticale du segment subduit S0 de la dorsale active du Chili [1, 10, 13, 18, 21–23, 25], ainsi
que du volcanisme alcalin dans le domaine arrièrearc patagonien [7, 12, 17, 28]. L’objet de cet article
est de montrer la diversité des basaltes des environs
du lac Général-Carrera–Buenos-Aires (46◦ –47◦ S) et
d’en discuter l’origine. Nous insistons notamment sur
les relations possibles entre l’hétérogénéité des basaltes tertiaires à récents et la présence, sous la région
366
concernée, d’un segment de la dorsale du Chili (S-1),
en cours de subduction depuis environ 6 Ma sous la
marge chilienne [33].
2. Contexte géologique et datations
Les basaltes étudiés proviennent de six secteurs :
Pallavicini, Rio Murta, Avellanos, Chile Chico, Perito Moreno et Meseta del Lago de Buenos Aires (figure 1). Les basaltes de Pallavicini proviennent d’un
petit massif isolé au sein des varves de la rive nord du
lac, au niveau de la frontière. Ils nous ont livré un âge
Crétacé par deux datations K–Ar croisées effectuées à
Brest (laboratoire de pétrologie) et à Santiago (laboratorio de Geocronologia–Sernageomin, LGS), respectivement de 81,2 ± 1,3 et de 86 ± 3 Ma. Ceux de Chile
Chico et de la Meseta del Lago de Buenos Aires proviennent d’ensembles déjà datés. À Chile Chico, les
basaltes forment deux séquences superposées d’une
épaisseur cumulée de plus de 300 m. L’échantillon re-
A. Corgne et al. / C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la Terre et des planètes / Earth and Planetary Sciences 333 (2001) 363–371
présentatif PG27 provient de coulées éocènes de la
séquence inférieure, ayant fourni dans la région des
âges compris entre 57 et 41 Ma [5, 27] et cinq âges
inédits, entre 41,6 ± 1,5 et 53,4 ± 1,8 Ma, obtenus au
LGS (K–Ar sur roche totale, Suarez et al., en préparation). L’ensemble supérieur comprenant des dykes,
des intrusions et des coulées plus récents est daté entre
2,9 et 9,8 Ma ([5] et résultats inédits du LGS : K–Ar
sur roche totale, Suarez et al., en préparation). Nos
échantillons proviennent, soit de cet ensemble supérieur, soit d’intrusions et de coulées plus anciennes,
probablement d’âge Crétacé (l’échantillon PG23 étant
représentatif de ce groupe). Les basaltes de la Meseta
del Lago de Buenos Aires sont datés du Mio-Pliocène
et du Quaternaire, entre 9 et 1,6 Ma [12, 28, 30, 31].
Nous les avons échantillonnés sur la bordure sud de la
Meseta.
Les autres basaltes sont d’âge Plio-Quaternaire ou
Quaternaire :
– Avellanos – il s’agit de coulées basaltiques en partie
bréchifiées, prélevées en hélicoptère ; ces basaltes
sont très pauvres en K et ne possèdent pas d’Ar
radiogénique, mais sont certainement plus récents que
4 Ma (LGS) – ;
– Rio Murta – l’échantillonnage est complémentaire de celui réalisé par Demant et al. [7] ; il s’agit
de basaltes en coussins, de brèches palagonitiques
et de coulées affectées par une prismation irrégulière typique d’une trempe subaquatique, l’ensemble
traduisant une mise en place sous-glaciaire récente
(< 100 000 ans [7]) – ;
– Perito Moreno – il s’agit de coulées de type
pahoehoe à surface très fraîche, mises en place sur
des terrasses quaternaires et non recouvertes par des
sols ; ces coulées sont datées entre 0,3 et 0,2 Ma [28].
3. Pétrographie et minéralogie
Les basaltes crétacés de Pallavicini sont des laves
modérément fraîches, de teinte sombre, contenant
des phénocristaux subautomorphes de clinopyroxène
(Wo42 En47 Fs11 ), de plagioclases (An63 au cœur à
An53 en bordure) et d’olivine très iddingsitisée. La
mésostase, relativement fine, contient en abondance
des plagioclases (An54 ) et de la titanomagnétite, mais
aussi du clinopyroxène (Wo41 En47 Fs12 ) et toujours de
l’olivine fortement altérée.
Les basaltes éocènes de Chile Chico sont des laves
fraîches plus ou moins vitreuses, souvent sombres,
contenant des phénocristaux de clinopyroxène (Wo53
En40 Fs7 ) et d’olivine (Fo69–74), mais également, pour
certains échantillons, des nodules de péridotite (olivine Fo73–78 et clinopyroxène Wo48 En45 Fs7 ), ce qui
souligne leur caractère primitif. La mésostase fine
renferme de la titanomagnétite et des plagioclases
en plus du clinopyroxène (Wo53 En39 Fs8 ) et de l’olivine (Fo70 ). Certains dykes basaltiques, à texture
doléritique caractéristique, renferment de l’olivine
(Fo70–82), des plagioclases (An67–68 au cœur à An45–68
en bordure), du clinopyroxène (Wo46–51En29–44Fs10–24)
et de l’ilménite.
Les basaltes mio-pliocènes de la Meseta sont des
laves de teinte variable, plus ou moins fraîches, aphyriques à modérément porphyriques : phénocristaux
de plagioclase (An63–70) en majorité, ainsi que de
l’olivine (Fo67–81) et des clinopyroxènes. La mésostase, souvent grossière, associe titanomagnétite,
plagioclases (An50–66 ) et, suivant les échantillons,
quelques rares clinopyroxènes (Wo48 En41 Fs11 ) et olivines (Fo61–80).
Les basaltes pliocènes ou quaternaires d’Avellanos
sont très vacuolaires, de teinte plutôt sombre, renfermant majoritairement des phénocristaux de plagioclase (composition homogène An80 ) et d’olivine altérée. Le clinopyroxène n’est présent que dans la mésostase (Wo49 En44 Fs7 ), où l’on retrouve aussi de la titanomagnétite, de l’olivine et des plagioclases (An70 ).
Les basaltes quaternaires de Murta contiennent
d’abondants phénocristaux de plagioclase (An42–50
au cœur et An65–72 en bordure), de clinopyroxène
(Wo46 En42 Fs12 ) et d’olivine (Fo84–87). Dans la mésostase, on retrouve de l’olivine, avec une composition enrichie en fer (Fo72–84), qui coexiste avec des
plagioclases (An49–72 ), du clinopyroxène aciculaire,
de même composition que les phénocristaux et dont
le développement en bordure des vésicules souligne
la croissance rapide hors équilibre au cours de la
trempe [7].
Les basaltes quaternaires de Perito Moreno sont des
laves fraîches, plus ou moins porphyriques, vitreuses
et vacuolaires, contenant des phénocristaux d’olivine
(Fo77–83) et parfois de clinopyroxène (Wo52 En38 Fs10 )
et plagioclase (An66–72). La mésostase, relativement
grossière, contient de nombreux plagioclases (An66–72)
et de la titanomagnétite, ainsi que quelques microlites
d’olivine (Fo69 ) et de clinopyroxène (Wo51 En40 Fs9 ).
4. Géochimie
Les analyses des éléments majeurs et en traces
(tableau) ont été réalisées par spectrométrie plasma
à couplage inductif (ICP–AES) en utilisant les standards AC-E, BE-N, JB-2 et PM-S [6]. Les écarts types
relatifs sont voisins de 2 % pour les éléments majeurs
et de 5 % pour les éléments en traces.
Les basaltes de Murta sont de type évolué (MgO
∼ 6–7 % et Mg# ∼ 60), de même que les basaltes
de Pallavicini, de la Meseta et d’Avellanos, dont la
teneur moyenne en MgO est proche de 5 %. Les
basaltes de Perito Moreno sont plutôt primitifs (MgO
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Tableau. Analyses chimiques représentatives des basaltes de la région du lac Général-Carrera–Buenos-Aires (analyses ICP–AES, sauf Rb par AAS,
J. Cotten, université de Bretagne Occidentale, Brest). a AIP : affinité alcaline intraplaque – ORG : affinité orogénique. b C : Crétacé – E : Éocène
– MP : Mio-Pliocène – Q : Quaternaire.
Table. Representative bulk-rock chemical analyses of basalts from the Lago General Carrera–Buenos Aires area (analyses by ICP–AES, except
Rb by AAS from J. Cotten, Université de Bretagne occidentale, Brest). a Lava type (AIP: intraplate alkaline – ORG: orogenic). b C: Cretaceous –
E: Eocene – MP: Mio-Pliocene – Q: Quaternary.
Localité
Latitude sud
Longitude ouest
Affinitéa
Ageb
SiO2 (wt%)
TiO2
Al2 O3
Fe2 O3
MnO
MgO
CaO
Na2 O
K2 O
P2 O5
LOI
Total
PG23
PG27
PG51
PG39
PG05b
Q387
PG57
Chile Chico
46◦ 37 16
71◦ 46 58
ORG
C? – MP
Chile Chico
46◦ 37 50
71◦ 47 38
AIP
E
Meseta
47◦ 10 14
71◦ 32 22
AIP
MP – Q
P. Moreno
46◦ 40 49
70◦ 46 35
AIP
Q
Murta
46◦ 12 23
72◦ 48 21
ORG
Q
Avellanos
46◦ 25 18
72◦ 09 16
ORG
P–Q
Pallavicini
46◦ 16 03
71◦ 48 26
ORG
C
47
2.62
13.65
13.26
0.18
7.82
8.1
3.35
1.41
0.66
1.99
100.04
48.8
2.22
16
10.8
0.16
7.03
8.2
4.14
1.8
0.68
0.5
99.33
44.9
2.6
14.55
11
0
8
10.5
3.68
2.16
0.86
0.21
99.76
48.8
1.18
21.3
7.6
0.12
5.8
10.4
3.57
0.53
0.2
0.49
99.99
48.1
1.32
20
8.75
0.14
5.3
11.45
3.2
0.74
0.31
0.82
100.13
51
1.82
15
9.5
0.18
5.35
10.5
3.2
1.08
0.45
1.31
99.39
0.3
4.3
11.8
1
1.5
52.9
53.7
56.1
58.8
60.0
54.3
52.5
69
1055
605
25
252
62
24
32
30
140
7.8
38
80
44
8.6
2.35
7
5.2
2.85
2.67
6.2
45
575
288
21
198
225
50
180
26
245
36
29
58.5
34
6.5
2.34
6.5
5.5
2.45
1.92
2.45
31.5
742
470
19
174
200
38
115
30
240
37
37
74
36
7.5
2.26
6.9
5.5
2.7
2.6
3.25
34
946
600
27
255
260
46
150
24.5
250
62
51
90
46
7.8
2.53
6.7
4.95
2.25
1.69
4.7
9
600
90
18.7
138
48
30
53
19
101
5.7
8.7
19.5
11.5
3
1.14
4
3.3
2
1.85
0.8
14.6
755
200
25
190
57
30
40
22
112
6.1
15
33
19
4.5
1.42
4.1
3.7
2
1.9
2.25
14
745
176
28
270
135
34
70
42
275
6.8
37
91
61
12.1
3.25
10
7.45
4
3.6
6.9
4.9
4.4
14.2
0.8
4.5
15.1
1.0
4.9
14.2
0.8
6.5
30.2
1.5
2.9
4.7
2.5
3.3
7.9
5.4
3.1
10.3
48
1.04
18.75
9.32
0.16
5.32
9.3
2.65
2.31
0.56
2.58
99.99
%Q
%ne
Mg#*
Rb (ppm)
Sr
Ba
Sc
V
Cr
Co
Ni
Y
Zr
Nb
La
Ce
Nd
Sm
Eu
Gd
Dy
Er
Yb
Th
La/Nb
La/Sm
La/Yb
* Mg# = 100
0.3
Mgmol /[Mgmol + Fe2+ mol ] avec Fe2+ mol /Fe3+ mol = 0.15.
∼ 9 %), alors que ceux de Chile Chico présentent des
teneurs en MgO très variables (4 à 15 %). Les basaltes
de Murta et d’Avellanos sont également caractérisés
368
par de faibles teneurs en K2 O (< 1 %) et de fortes
teneurs en Al2 O3 (> 19 %), alors que les basaltes
de Perito Moreno et de la Meseta présentent des
A. Corgne et al. / C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la Terre et des planètes / Earth and Planetary Sciences 333 (2001) 363–371
plus incompatibles caractéristiques des magmas basaltiques alcalins de type intraplaque, avec un maximum d’enrichissement au niveau du niobium. Leur
signature est conforme à des basaltes alcalins néogènes des plateaux patagoniens [12, 28] (figure 2A).
Le second groupe (basaltes de Murta, Avellanos,
Pallavicini et les échantillons du groupe PG23 de
Chile Chico, figure 2B) possède une signature géochimique de type « orogénique », avec des rapports alcalins/terres rares élevés et des anomalies négatives
en niobium, caractéristiques des magmas des zones
de subduction/collision. Ces anomalies sont toutefois
beaucoup moins marquées dans les spectres des basaltes de Murta que dans ceux des autres localités.
Leurs rapports La/Nb (∼ 1,5) sont en effet intermédiaires entre ceux des laves alcalines (0,7–1) et calcoalcalines (> 2), et leurs spectres de terres rares moins
fractionnés que ceux des deux autres types (La/Yb
< 5). Du point de vue des éléments en traces incompatibles et de la composition isotopique Sr–Nd [7],
les basaltes de Murta sont assez proches des basaltes
médio-océaniques (MORB) enrichis de la péninsule
de Taitao [23] et de la ride du Chili [20] (figure 2B).
Du point de vue des teneurs et des rapports entre éléments en traces incompatibles, les basaltes d’Avellanos sont intermédiaires entre ceux de Murta et les basaltes typiquement calco-alcalins de Pallavicini.
Figure 2. Diagrammes multi-éléments normalisés au manteau primitif des basaltes de la région du lac Général-Carrera–Buenos-Aires.
Valeurs de normalisation de [24]. A. Est également reporté pour comparaison le champ des basaltes post-plateau du Nord et de l’Ouest du
lac Cardiel : basaltes de Strobel et de la Cueva [28]. B. Sont également reportés un basalte pliocène de l’unité volcanique principale de
la péninsule de Taitao T40-e [23] et un basalte du segment 4 de la
dorsale du Chili D63–5 [20].
Figure 2. Primitive mantle-normalized multi-element patterns of
representative basalts from the Lago General Carrera–Buenos Aires
area. Normalisation values from [24]. A. Post-Plateau lava north and
west of Lago Cardiel (Strobel and La Cueva basalts) are also reported
from [28]. B. Pliocene basalt from the main volcanic unit of Taitao
peninsula T40-e [23] and a basalt from the 4th Chile ridge segment
D63–5 [20] are also reported.
teneurs élevées en TiO2 (> 2 %). Du point de vue
de la saturation en silice, les basaltes de Murta, de
la Meseta, d’Avellanos et de Chile Chico sont à
néphéline normative (ne < 5 %), et ceux de Perito
Moreno sont en réalité des basanites (ne > 10 %). En
revanche, les basaltes de Pallavicini sont légèrement
sursaturés en silice (0,3 % de quartz normatif).
Sur un diagramme normalisé au manteau primitif
(figure 2), on peut distinguer deux groupes. Le premier (figure 2A) comprend les basaltes quaternaires
de Perito Moreno, les basaltes mio-pliocènes de la
Meseta et les basaltes éocènes de Chile Chico, qui
présentent des spectres très enrichis en éléments les
5. Discussion et conclusion
Il est peu courant de rencontrer, dans une zone
géographique de taille relativement réduite (figure 1),
des basaltes aussi divers du point de vue de leurs
affinités pétrologiques et géochimiques. Les basaltes
« orogéniques » calco-alcalins de Pallavicini dérivent,
comme la plupart des basaltes d’arc volcanique, de
la fusion de manteau lithosphérique métasomatisé
par des fluides ou des magmas provenant de la
plaque océanique subduite. Ils peuvent être considérés comme des témoins de la subduction « normale »
sous les Andes, fonctionnant au moins jusqu’au début
de l’Éocène dans cette région. Les basaltes éocènes
de Chile Chico, les basaltes mio-pliocènes de la Meseta del Lago de Buenos Aires et les basanites quaternaires de Perito Moreno, avec leur signature géochimique de type alcaline intraplaque, proviennent de
sources plus profondes. Ces magmas, émis dans le domaine normal de l’arc et dans l’arrière-arc, ne peuvent parvenir à la surface que si la lithosphère plongeante ménage une « fenêtre » ouverte sur l’asthénosphère sous-jacente [12, 15, 16, 28]. Ce phénomène se
produit notamment lorsqu’une dorsale active passe en
subduction. Nos données confirment ainsi que les basaltes considérés apparaissent comme les témoins de
l’ouverture de deux fenêtres asthénosphériques suc-
369
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cessives liées au passage de deux dorsales subduites
sous la Patagonie : l’une, du nord vers le sud, au cours
de l’Éocène (dorsale Farallon–Aluk) et l’autre, du sud
vers le nord, depuis le Miocène supérieur (dorsale active du Chili) [28]. Les reconstitutions cinématiques
récentes confirment la présence, sous la zone étudiée,
d’un segment de dorsale (S-1) en subduction depuis
environ 6 Ma sous la marge chilienne [33]. Admettant
un demi-taux d’accrétion moyen de 31,4 mm·an−1 au
cours des six derniers millions d’années [34], et en
s’appuyant sur des estimations théoriques [9, 35], on
peut penser qu’une telle fenêtre, large d’au moins 100
à 200 km, s’étend sous le secteur étudié.
Les basaltes quaternaires de Murta et, à un moindre
degré, d’Avellanos sont des laves dont les compositions sont proches des MORB enrichis de la dorsale
du Chili et dont la source principale est le manteau asthénosphérique sub-océanique sous-jacent à la dorsale
subduite [7, 21, 23]. Bien que leur signature géochimique témoigne également d’une empreinte de subduction (légères anomalies négatives en Nb traduisant, soit des interactions avec le manteau lithosphé-
rique métasomatisé, soit une contamination crustale),
ces basaltes apparaissent ainsi comme des indices de
la poursuite de la fusion du manteau sub-océanique
appauvri sous le continent Sud-Américain.
Finalement, la présence, dans la région du lac
Général-Carrera–Buenos-Aires, de deux types contrastés de basaltes quaternaires (alcalins et MORB),
est bien à mettre en relation avec la subduction, depuis 6 Ma, du segment S-1 de la dorsale du Chili, qui
a conduit au développement d’une large fenêtre asthénosphérique sous la Patagonie. Cette caractéristique
en fait une région originale, concentrant au moins
trois types de produits magmatiques liés à la subduction. L’intérêt sera plus évident encore si l’on rappelle
qu’à seulement 40 km au nord-ouest des basaltes de
Murta, se trouve le volcan actif Hudson, dont les produits sont typiquement calco-alcalins [8], marquant
ainsi la bordure nord de la fenêtre asthénosphérique,
la bordure sud étant située à l’aplomb de la ligne
nord–sud des volcans adakitiques de la zone volcanique australe, débutant 200 à 300 km plus au sud.
Remerciements. Les missions dans les environs du lac Général-Carrera–Buenos-Aires ont été financées dans le cadre du programme Insu
« Intérieur de la Terre » et grâce à deux actions du programme de coopération Ecos « Action n◦ C96U01 » entre le ministère des Affaires étrangères,
le ministère de l’Éducation nationale et le Conycit (J.B., Y.L., R.M.). Ce travail a également été réalisé dans le cadre du projet chilien Fondecyt
n◦ 1000–125 et du projet de collaboration cartographique entre Sernageomin et le gouvernement régional de la Xe région du Chili (M.S.). Nous
remercions Marcel Bohn pour sa contribution aux analyses à la microsonde électronique.
Références
avec la subduction de la ride du Chili, C. R. Acad. Sci. Paris, série
IIa 327 (1998) 795–801.
[1] Bourgois J., Martin H., Lagabrielle Y., Le Moigne J., Frutos
Jara J., Subduction–erosion related to spreading-ridge subduction:
Taitao Peninsula (Chile margin triple junction area), Geology 24 (8)
(1996) 723–726.
[8] Déruelle B., Bourgois J., Sur la dernière éruption du volcan
Hudson (sud Chili, août 1991), C. R. Acad. Sci. Paris, série IIa 316
(1993) 1399–1405.
[2] Bourgois J., Guivel C., Lagabrielle Y., Calmus T., Boulègue J.,
Daux V., Glacial–interglacial trench supply variation, spreadingridge subduction, and feedback controls on the Andean margin
development at the Chile triple junction area (45–48◦ S), J. Geophys.
Res. 105 (2000) 8355–8386.
[3] Cande S.C., Leslie R.B., Late Cenozoic tectonics of southern
Chile trench, J. Geophys. Res. 91 (1986) 471–496.
[4] Cande S.C., Leslie R.B., Parra J.C., Hobart M., Interaction between the Chile ridge and Chile trench: geophysical and geothermal
evidence, J. Geophys. Res. 92 (1987) 495–520.
[5] Charrier R., Linares E., Niemeyer H., Skarmeta J., K–Ar ages
of basalt flows of the Meseta Buenos Aires in southern Chile and
their relation to the southeast Pacific triple junction, Geology 7 (1979)
436–439.
[9] Dickinson W.R., Snyder W.S., Geometry of subducted slabs
related to San Andreas transform, J. Geol. 87 (1979) 609–627.
[10] Forsythe E., Nelson E., Carr M., Kaeding M., Herve M., Mpodozis C., Soffia J., Harambour S., Pliocene near-trench magmatism
in southern Chile: a possible manifestation of ridge collision, Geology 14 (1986) 23–27.
[11] Futa K., Stern C.R., Sr and Nd isotopic and trace element
compositions of Quaternary volcanic centers of the southern Andes,
Earth Planet. Sci. Lett. 88 (1988) 253–262.
[12] Gorring M.L., Kay S.M., Zeitler P.K., Ramos V.A., Rubiolo D., Fernandez M.I., Panza J.L., Neogene Patagonian plateau
lavas: continental magmas associated with ridge collision at the Chile
Triple Junction, Tectonics 16 (1) (1997) 1–17.
[6] Cotten J., Le Dez A., Bau M., Caroff M., Maury R.C.,
Dulsky P., Fourcade S., Bohn M., Brousse R., Origin of anomalous
rare-earth element and yttrium enrichments in subaerially exposed
basalts: evidence from French Polynesia, Chem. Geol. 119 (1995)
115–138.
[13] Guivel C., Lagabrielle Y., Bourgois J., Maury R., Fourcade S.,
Martin H., Arnaud N., New geochemical constraints for the origin of
ridge-subduction-related plutonic and volcanic suites from the Chile
Triple Junction (Taitao Peninsula and site 862, Leg ODP 141 on the
Taitao Ridge), Tectonophysics 311 (1999) 83–111.
[7] Demant A., Belmar M., Hervé F., Pankhurst R.J., Suárez M.,
Pétrologie et géochimie des basaltes de Murta : une éruption sousglaciaire dans les Andes patagoniennes (46◦ lat. S.), Chili. Relation
[14] Hildreth W., Moorbath S., Crustal contributions to arc magmatism in the Andes of Central Chile, Contrib. Mineral. Petrol. 98
(1988) 455–489.
370
A. Corgne et al. / C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences de la Terre et des planètes / Earth and Planetary Sciences 333 (2001) 363–371
[15] Hole M.J., Saunders A.D., Rogers G., Storey M., Relation
between alkali volcanism and slab window formation, Geology 19
(1991) 657–700.
[16] Hole M.J., Saunders A.D., Rogers G., Sykes M.A., The
relationship between alkaline magmatism, lithospheric extension and
slab window formation along continental destructive plate margins,
in : Smellie J.L. (Ed.), Volcanism associated with extension at
consuming plate margins, Geol. Soc. London Spec. Publ. 81, 1995,
pp. 265–285.
[17] Kay S.M., Ramos V.A., Marquez M., Evidence in Cerro
Pampa volcanic rocks for slab-melting prior to ridge-trench collision
in South America, J. Geol. 101 (1993) 703–714.
[18] Keading M., Forsythe R.D., Nelson E.P., Geochemistry of the
Taitao ophiolite and near trench intrusions from the Chile margin
triple junction, J. South Amer. Earth Sci. 3 (1990) 161–177.
[19] Kilian R., López-Escobar L., Petrology of the southern
south-Andean volcanic zone (41–46◦ S) with emphasis on the
Michinmahuida-Chaiten complex (43◦ S), Zbl. Geol. Paläont Teil I,
H. 6 (1992) 1693–1708.
[20] Klein E.M., Karsten J., Ocean-ridge basalts with convergentmargin affinities from the Chile Ridge, Nature 374 (1995) 52–57.
[21] Lagabrielle Y., Le Moigne J., Maury R.C., Cotton J., Bourgois J., Volcanic record of the subduction of an active spreading ridge,
Taitao Peninsula (southern Chile), Geology 22 (1994) 515–518.
[22] Lagabrielle Y., Guivel C., Maury R.C., Bourgois J., Fourcade S., Martin H., Magmatic-tectonic effects of high thermal regime
at the site of active ridge subduction: the Chile Triple Junction model,
Tectonophysics 326 (3–4) (2000) 215–228.
[23] Le Moigne J., Lagabrielle Y., Whitechurch H., Girardeau J.,
Bourgois J., Maury R.C., Petrology and geochemistry of the ophiolitic and volcanic suites of the Taitao Peninsula, Chile Triple Junction
area, J. South Amer. Earth Sci. 9 (1996) 43–58.
[24] McDonough W.F., Sun S.S., The composition of the Earth,
Chem. Geol. (1995) 223–253.
[25] Mpodozis C., Herve M., Nasi C., Soffia J., Forsythe R.,
Nelson E., El magmatismo plioceno de Peninsula Tres Montes y su
relacion con la evolucion del Punto Triple de Chile Austral, Revista
Geol. Chile 25–26 (1985) 13–28.
[26] Niemeyer H.R., Skarmeta J.M., Fuenzalida R.P., Espinosa W.N., in : Carta geologica de Chile, escala 1:500 000, Hojas Peninsula de Taitao y Puerto Aisen, Servicio Nacional de Geologia y
Mineria, 1984, Nos 60–61.
[27] Petford N., Cheadle M., Barreiro B., Age and origin of
southern flood basalts, Chile Chico region (46◦ 45 S), in : Third ISAG,
Saint-Malo (France) extended abstract, 1996, pp. 629–632.
[28] Ramos V.A., Kay S.M., Southern Patagonian plateau basalts
and deformation: backarc testimony of ridge collisions, Tectonophysics 205 (1992) 261–282.
[29] Sigmarsson O., Martin H., Knowles J., Melting of subducting
oceanic crust in Austral Andean lavas from U-series desequilibria,
Nature 394 (1998) 566–569.
[30] Sinito A.M., Edades geologicas, radiométricas y magnéticas
de algunas vulcanitas cenozoicas de las provincias de Santa Cruz y
Chubut, Asoc. Geol. Argent. Rev. 35 (1980) 332–339.
[31] Stern C.R., Frey F.A., Futa K., Zartman R.E., Peng Z.,
Kyser T.K., Trace element and Sr, Nd, Pb and O isotopic composition
of Pliocene and Quaternary alkali basalts of the Patagonian Plateau
lavas of southernmost South America, Contrib. Mineral. Petrol. 104
(1989) 294–308.
[32] Stern C., Kilian R., Role of the subducted slab, mantle wedge
and continent crust in the generation of adakites from the Andean
Austral Volcanic Zone, Contrib. Mineral. Petrol. 123 (1996) 263–281.
[33] Tebbens S.F., Cande S., Southeast Pacific tectonic evolution
from Early Oligocene to Present, J. Geophys. Res. 102 (B6) (1997)
12061–12084.
[34] Tebbens S.F., Cande S.C., Kovacs L., Parra J.C., La Brecque J.L., Vergara H., The Chile ridge: a tectonic framework, J. Geophys. Res. 102 B6 (1997) 12035–12059.
[35] Thorkelson D.J., Subduction of diverging plates and the
principles of slab window formation, Tectonophysics 255 (1996) 47–
63.
371