Abstract

The bulk composition (major and trace elements) and the composition of minerals in peridotites of the Ortaca area, southwestern Turkey, have been investigated to understand the processes controlling lithological and compositional variations in the dismembered mantle section, containing clinopyroxene-bearing harzburgite, harzburgite and dunite. The Ortaca peridotites vary from almost fertile clinopyroxene-bearing harzburgite (1.92–2.42 wt% Al2O3, 2.00–2.64% CaO) with a lower Cr# of the spinel phase (<24) to depleted harzburgite and dunite (0.17–1.60% Al2O3, 0.32–1.71% CaO) with a higher Cr# of the spinel phase (31–76). Systematic variations of major and trace elements of whole rocks and mineral phases are related to varying degrees of partial melting (up to 30%). The depleted harzburgite and dunite display LREE-enriched primitive-mantle-normalized patterns, suggesting mantle metasomatism, probably by fluid-bearing melt derived from the subducted slab, due to the melt–rock interaction process, whereas clinopyroxene-bearing harzburgite show HREE-enriched patterns. The Ortaca peridotites have low temperatures of equilibration relative to abyssal peridotites, because of H2O-assisted diffusional equilibration in the suprasubduction zone. They are characterized by oxygen fugacities Δlog FMQ between −1.61 and +0.74. Clearly, the clinopyroxene-bearing harzburgites define an increasing oxygen fugacity with almost constant Cr#, whereas the refractory harzburgite and dunite show a strong positive correlation between oxygen fugacity and Cr#. In view of the different measurements on minerals and whole rocks, and as a result of calculated temperatures and oxygen fugacities, we contend that the peridotites were subsequently affected by percolating hydrous boninitic melt, from which the high-Cr, low-Ti chromitites were formed, surrounded by a dunite envelope. It is likely that such an envelope of dunite resulted from interaction between melt and harzburgite, which caused the local removal of orthopyroxene within the mantle wedge above the suprasubduction zone.

Abstract

La composition globale des péridotites (éléments majeurs et en traces) et la composition des minéraux des échantillons de la région d’Ortaca, dans le sud-ouest de la Turquie, ont fait l’objet d’études afin de mieux comprendre les processus régissant les variations lithologiques et compositionnelles dans cette séquence démembrée du manteau supérieur, contenant harzburgite à clinopyroxène, harzburgite et dunite. Les peridotites d’Ortaca varient de harzburgite jugée presque fertile (1.92–2.42 wt% Al2O3, 2.00–2.64% CaO), avec une phase spinelle ayant une valeur de Cr# relativement faible (<24), à harzburgite stérile et dunite (0.17–1.60% Al2O3, 0.32–1.71% CaO), avec un spinelle à Cr# plus élevé (31–76). Les variations systématiques des éléments majeurs et en traces des roches globales et des minéraux résultent de degrés variables de fusion partielle (jusqu’à 30%). La harzburgite stérile et la dunite font preuve d’un enrichissement relatif en terres rares légères par rapport au manteau primitif, ce qui suppose une métasomatose du manteau, probablement par un magma enrichi en phase fluide dérivé par fusion partielle de la plaque subductée, et résultant d’une interaction entre magma et roche, tandis que la harzburgite à clinopyroxène fait preuve d’un enrichissement relatif en terres rares lourdes. Les péridotites d’Ortaca témoignent d’une température d’équilibrage relativement faible par rapport aux péridotites abyssales à cause du rôle d’une phase aqueuse au dessus de la zone de subduction. Elles ont équilibré à une fugacité d’oxygène Δlog FMQ entre −1.61 et +0.74. Les harzburgites à clinopyroxène définissent un tracé indiquant une augmentation en fugacité d’oxygène à Cr# relativement constant, tandis que la harzburgite réfractaire et la dunite montrent une forte corrélation positive entre fugacité d’oxygène et Cr#. Vues les mesures diverses effectuées sur les minéraux et les roches, et les résultats de calculs des températures et des fugacités d’oxygène, nous croyons que les péridotites ont par la suite été affectées par des venues boninitiques enrichies en H2O, desquelles se seraient formées les chromitites à teneur élevée en Cr et appauvries en Ti, et entourées d’une enveloppe de dunite. Une telle enveloppe résulterait de l’interaction entre magma et harzburgite, et de l’élimination locale de l’orthopyroxène dans le manteau au dessus de la zone de subduction.

(Traduit par la Rédaction)

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