Abstract

Sulfide phases in peridotitic mantle xenoliths from Ichinomegata in Japan, Nunivak Island in Alaska, and southern Africa occur as globular grains within silicate minerals, and along grain boundaries of silicate and oxide minerals. The morphology of the sulfide grains suggests that the sulfide liquid was not interconnected in the mantle, even within single samples. This is supported by compositional variations of sulfides. Proton-induced X-ray excitation (PIXE) micro-analyses of 53 sulfide grains larger than 20 μm in diameter reveal a wide range of compositions: Se 21–280 ppm, S/Se 1120–18800; Te up to 103 ppm, S/Te 2,600–31,000; As up to 670 ppm, As/S up to 208 × 10−5, and Sb, up to 146 ppm, Sb/S up to 37 × 10−5. S/Se and Ni show an inverse correlation in the sub-arc xenoliths, suggesting preferential retention of Se in the mantle during partial melting. Sulfur is the most readily removed element, whereas Te is the most likely retained element in the residual mantle. This interpretation is consistent with low S/Se values for sulfides from refractory mantle wedges compared to values for the primitive mantle, generally high S/Se and Se/Te values in basalts, and low S/Se and Se/Te in boninites compared to mid-ocean-ridge basalts. The evidence implies that S/Se values of mantle-derived magmas may vary depending on the degree of partial melting and previous melting history in the source mantle. High concentrations of As and Sb in arc magmas are considered to be supplied from subducting slabs. Our data showing low levels of As and Sb in sulfides from sub-arc mantle suggest their fast removal from mantle wedges compared to the rate of supply of these elements from subducting slabs. Alternatively, these elements may be transported by a fluid phase from slabs to the site of partial melting without residing in the mantle.

Abstract

Les phases sulfurées des xénolithes péridotitiques du manteau provenant de Ichinomegata au Japon, l’île de Nunivak, en Alaska, et de l’Afrique du Sud se trouvent sous forme de grains globulaires piégés à l’intérieur de grains silicatés, et le long de bordures de grains de silicates et d’oxydes. La morphologie des grains de sulfures fait penser que le liquide sulfuré ne faisait pas partie d’un réseau interconnecté dans le manteau, même dans le cas d’échantillons individuels. C’est ce que semble aussi montrer les variations en composition des sulfures. Ces compositions, obtenues par micro-analyse PIXE (excitation de rayons X par faisceau de protons) de 53 grains de sulfures dépassant une taille de 20 μm en diamètre, définissent un intervalle important de variation: Se 21–280 ppm, S/Se 1120–18800; Te jusqu’à 103 ppm, S/Te 2,600–31,000; As jusqu’à 670 ppm, As/S atteignant 208 × 10−5, et Sb, jusqu’à 146 ppm, Sb/S atteignant 37 × 10−5. S/Se et Ni montrent une corrélation inverse dans les xénolithes provenant d’un milieu sub-arc, ce qui pourrait indiquer une conservation préférentielle du Se dans le manteau au cours d’une fusion partielle. Le soufre serait l’élément le plus facile à mobiliser, tandis que le Te serait le plus apte à demeurer dans le manteau résiduel. Cette interprétation concorde avec les faibles valeurs de S/Se dans les sulfures provenant des biseaux réfractaires du manteau, par rapport au manteau primitif, ainsi que des rapports S/Se et Se/Te généralement élevés dans les basaltes, et faibles dans les boninites par rapport aux basaltes des rides océaniques. Le rapport S/Se d’un magma dérivé du manteau varie donc en fonction du degré de fusion partielle et des événements de fusion antécédants de la source mantélique. Les concentrations élevées de As et Sb dans les magmas d’arcs insulaires résulteraient d’apports provenant de la croûte subductée. Nos données impliquant de faibles niveaux de As et Sb dans les sulfures du manteau en dessous d’arcs insulaires semblent indiquer une extraction rapide à partir des biseaux mantéliques par rapport au taux d’addition de ces éléments par contributions des plaques lithosphériques subductées. En revanche, il est possible que ces éléments soient transportés efficacement par une phase fluide d’une plaque lithosphérique subductée au site de fusion partielle sans période de résidence dans le manteau.

(Traduit par la Rédaction)

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