Nouvelle méthode de ré-homogénéisation des inclusions vitreuses silicatées : analyses par micro-tomographie à rayons X, mesures géochimiques et modèles thermodynamiques

Les inclusions vitreuses silicatées (SMI), piégées dans les minéraux et remontées à la surface par le volcanisme, sont régulièrement étudiées afin de déterminer les conditions pré-éruptives et notamment le budget en éléments volatils du système volcanique. Les SMI affectées par des processus post-piégeages tels que la cristallisation (PEC) et/ou la formation de bulle(s) sont souvent écartées. Elles peuvent aussi être ré-homogénéisées par une approche expérimentale à haute température. En revanche, cette méthode est controversée notamment en regard de la perte en éléments volatils, au cours des expérimentations, par diffusion à travers le cristal hôte vers une atmosphère externe pauvre en éléments volatils.

Nous proposons aujourd’hui une nouvelle approche qui s’affranchi de ce problème de diffusion. Cette approche associe : (1) la microtomographie à rayons X afin de mesurer les proportions des différentes phases présentes dans les SMI, (2) la NanoSIMS pour mesurer les concentrations en C et H dans le verre (proxy pour CO2 et H2O), (3) la microsonde électronique pour la mesure des éléments majeurs et volatils dans les différentes phases des SMI et, (4) la modélisation thermodynamique avec le logiciel Rhyolite MELTS afin de déterminer les pressions de saturation en éléments volatils.

Afin de tester cette approche, nous avons étudié les SMI piégées dans les produits du complexe volcanique de Los Humeros (Ceinture volcanique Trans-Mexicaine). Ce complexe volcanique est actuellement au centre de nombreux projets Mexicains car il est exploité pour son énergie géothermale. Les observations pétrographiques 3D des SMI ont permis de mettre en évidence un piégeage homogène des inclusions. Cela implique que les minéraux et les bulles présents dans les SMI sont le résultat d’une évolution post-piégeage des SMI. De ce fait, la ré-homogénéisation mathématique peut etre faite en suivant l’équation suivante :

XSMI = Σ [VMineral(i) * XMineral(i)] + [VGlass * XGlass] + [VBubble * XBubble].

La cristallisation post-piégeage des SMI indique un refroidissement lent de ces dernières ; de ce fait, les éléments volatils ont pu diffuser vers la bulle et maintenir un équilibre chimique entre le magma et la bulle avant la transition vitreuse. La pression en éléments volatils déterminée dans XSMI grâce à Rhyolite MELTS est donc égale à celle de la bulle. La masse d’éléments volatils est donc déterminée dans la dernière étape par l’ajout de la teneur en éléments volatils de la bulle dans le magma corrigé de la cristallisation.

Les compositions des SMI recalculées permettent alors grâce aux pressions en éléments volatils, de déterminer les profondeurs de piégeage des SMI et de la chambre magmatique qui se trouve donc entre 5 et 13 km de profondeur. La méthode et les résultats obtenus ont pu être validés grâce à d’autres approches (géobarométrie, modélisation thermique et résistivité) ayant mis en évidence une profondeur de chambre similaire.