[Holtz] The mafic magma plumbing system in the Snake River Plain Province (Yellowstone hotspot, USA): Contribution from the analysis of crystal cargoes and melt inclusions in basaltic lavas from the Kimama drilling core.

German Title: Magma Reservoire und Differenzierung der mafischen Magmen der Snake River Plain Provinz (Yellowstone-Hotspot, USA): Beitrag aus der Analyse von Kristallen und Schmelzeinschl├╝ssen in basaltischen Laven des Kimama-Bohrkerns.

Abbreviation: 418

Current Status: approved


Main Applicant:Prof. Dr. Francois Holtz


Resources Recipient


Other Persons

Dr. Renat Almeev


Conveyor Begin: 1 March, 2021
Conveyor End:
Conveyor Duration: 36
Year: 2021


Description

The ICDP drilling in the Snake River Plain (SRP) volcanic province (western United States) was aimed at understanding the interaction of a hotspot with the continental lithosphere. This understanding requires information on the evolution of chemistry, sources, differentiation and storage conditions of both the rhyolitic and basaltic magmas that have been produced over the last 17 Ma years.
The major objective of this project is to construct a model of magma plumbing system for the Snake River Plain (SRP) mafic to intermediate magmas. Using the information provided by the crystal cargoes in basaltic volcanic rocks from the Kimama ICDP bore hole (~ 1800 meters of more than 500 basaltic lava flows) the storage conditions of magma reservoirs, magma ascent pathways and transcrustal magmatic processes will be described. We will achieve this by coupling two types of investigations: 1) by linking textural and compositional information from zoned crystals and 2) by the analysis of the composition of re-homogenized melt inclusions in the mineral phases. The originality of the approach is the combination of the detailed analysis of different types of mineral phases (olivine, plagioclase, clinopyroxene and spinel) together with the analysis of melt inclusions in those minerals. Thermobarometric constraints and the origin of compositional zoning (e.g., textures related to different magmatic processes such as decompression melting, magma replenishment or convective processes) will be used to identify different populations of crystals and different magmatic environments. When present, diffusion profiles will be used to constrain time scales of magmatic processes (e.g., time that a crystal spent in a specific reservoir or environment).
Since all basalts have a partially or fully crystallized groundmass, the composition of melts coexisting with the crystal cargo will be determined from re-homogenized glass inclusions. Re-homogenization will be performed at realistic temperatures (~ 1100 -1200 °C) in high pressure vessels (up to 500 MPa) which is necessary to avoid diffusive transfer of volatiles (mainly water) out of the inclusions (at least for olivine). The analysis of re-homogenized inclusions will provide the possibility to reconstruct the composition of melts (major elements, trace elements, amount of volatiles), to trace the melt compositions in the different environments, and to discuss the differentiation processes (as a complement to mineral compositions, see above). Using solubility models of H2O and CO2 in silicate melts, the estimations of volatile contents (H2O and CO2) will provide an additional tool to constrain the pressure of entrapment and will complement the thermobarometric information. Since primitive undifferentiated basaltic samples are not represented in the SRP, the major and trace element analysis of glass inclusions in olivine may also be useful to characterize the geochemical signature of the source region.


Die Untersuchung der Interaktion eines „Hotspots“ mit der kontinentalen Lithosphere war ein Hauptziel der ICDP Bohrung in der Snake River Plain (SRP) Provinz, USA. Dabei sind petrologische und geochemische Untersuchungen an magmatischen Gesteinen aus der SRP-Provinz von Bedeutung um die geologischen Prozesse in den letzten 17 Jahren nachzuvollziehen.
Das Hauptziel dieses Projekts ist die Rekonstruktion der unterschiedlichen basaltischen Magmareservoire und deren Interaktion in der unteren Kruste der Snake River Plain Provinz. Anhand der Informationen, die in den Kristallen der basaltischen Vulkangesteine des ICDP-Bohrkerns von Kimama (~ 1800 m von mehr als 500 basaltischen Lavaströmen) gespeichert sind, werden die Bedingungen in Magmareservoiren und transkrustalen magmatischen Prozessen charakterisiert. Zwei unterschiedliche Untersuchungsmethoden werden miteinander verbunden: 1) texturelle und chemische Analyse der zonierten Kristallen und 2) Analyse der Zusammensetzung von rehomogenisierten Schmelzeinschlüssen in den Mineralphasen. Thermobarometrische Untersuchungen und der Ursprung der chemischen Zonierung der Minerale (z. B. Texturen, die sich auf verschiedene magmatische Prozesse wie Dekompressionsschmelzen, Magmaauffüllung oder konvektive Prozesse beziehen) werden verwendet, um verschiedene Populationen von Kristallen und verschiedene magmatische Umgebungen zu identifizieren. Wenn vorhanden, werden Diffusionsprofile verwendet, um Zeitskalen von magmatischen Prozessen zu bestimmen (z.B. Zeit, die ein Kristall in einer spezifischen Umgebung verbracht hat).
Da alle Basalte eine teilweise- oder vollständig kristallisierte Grundmasse aufweisen, soll die ursprüngliche Zusammensetzung von Schmelzen aus rehomogenisierten Glaseinschlüssen bestimmt werden. Die Rehomogenisierung wird bei realistischen Temperaturen (~ 1100 - 1200 ° C) in Hochdruckapparaturen (bis zu 500 MPa) durchgeführt. Diese Methode ist erforderlich, da neue Ergebnisse gezeigt haben, dass das Wasser, welches initial in den Schmelzeinschlüssen vorhanden war, während der Abkühlungs- und Entgasungsprozesse durch die umgebenden Minerale (insb. Olivin) hindurch diffundieren kann. Die Analyse von rehomogenisierten Einschlüssen bietet die Möglichkeit, die Zusammensetzung von Schmelzen zu rekonstruieren, die Schmelzzusammensetzungen in den verschiedenen Umgebungen zu verfolgen und die Differenzierungsprozesse als Ergänzung zu Mineralzusammensetzungen zu diskutieren. Unter Verwendung von Löslichkeitsmodellen von H2O und CO2 in Silikatschmelzen bietet die Bestimmung von H2O und CO2 in Schmelzeinschlüssen ein zusätzliches Instrument zur Begrenzung des Einschlussdrucks und ergänzt die thermobarometrischen Informationen. Da primitive undifferenzierte Basaltproben im SRP nicht vertreten sind, kann die Haupt- und Spurenelementanalyse von Glaseinschlüssen in Olivin auch nützlich sein, um die geochemische Signatur der Quellregion zu charakterisieren.