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Volcanologie du diatrème de Cathedral Cliff, champ volcanique Navajo, Nouveau-Mexique.

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Bélanger, Caroline (2017). Volcanologie du diatrème de Cathedral Cliff, champ volcanique Navajo, Nouveau-Mexique. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 107 p.

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Résumé

Les maars-diatrèmes sont des volcans subaériens caractéristiques des champs volcaniques continentaux monogénétiques ayant des compositions ultramafiques à felsiques. Ces volcans sont le résultat d’éruptions phréatomagmatiques provenant de l’interaction explosive entre le magma et de l’eau souterraine ou entre le magma et des sédiments saturés en eau. La majorité des études portant sur les maars-diatrèmes décrivent le cratère et l’anneau pyroclastique qui l’entoure, fournissant seulement de l’information sur une partie des processus volcaniques ayant lieu dans le diatrème, car plusieurs explosions n’éjectent pas du matériel jusqu’à l’atmosphère. L’étude de diatrèmes est alors nécessaire pour bien comprendre les différents processus volcaniques ayant lieu plus en profondeur. Ce projet de maîtrise porte sur Cathedral Cliff, un diatrème Tertiaire exposé dans le champ volcanique Navajo, au Nouveau-Mexique. Une érosion post-éruptive estimée entre 500 m et 1000 m permet d’exposer la partie plus profonde du diatrème. Cathedral Cliff offre une opportunité d’étudier la transition entre les dépôts pyroclastiques lités, du diatrème supérieur, et les dépôts pyroclastiques non-lités, du diatrème inférieur. Les objectifs principaux de ce projet de maîtrise sont de comprendre la relation génétique existante entre les roches pyroclastiques litées et non-litées, et de déterminer l’origine de chaque lithofaciès présent. L’objectif secondaire est d’étudier la relation entre le diatrème de Cathedral Cliff avec celui de Barber Peak, situé à 2 km au SE, et avec le dyke de minette, exposé au S de Cathedral Cliff. Pour répondre aux objectifs principaux, une carte géologique détaillée de Cathedral Cliff a été faite à l’aide d’instruments d’arpentage précis. La description de chaque lithofaciès a été réalisée avec des observations de terrain et microscopiques associées avec des comptages linéaires de terrain et des comptages de points pétrographiques, quantifiant la proportion entre les différents types de fragments présents, et le pourcentage de matrice. L’objectif secondaire a été atteint avec l’étude de la composition géochimique du dyke, et des fragments juvéniles de Cathedral Cliff et de Barber Peak. Les roches pyroclastiques litées de Cathedral Cliff occupent 49% de la zone cartographiée. Elles sont formées de tufs grossiers et de tufs à lapillis fins à moyens, dont la composition varie de riche en fragments lithiques à riche en fragments juvéniles. Deux types de roches pyroclastiques litées sont identifiés à Cathedral Cliff. (1) Les lits continus (LC), comprenant des centaines de lits concentriques millimétriques à décimétriques, forment un arc continu de 115° et possèdent des litages parallèles et continus dont le pendage de 75° est incliné vers l’intérieur du diatrème. Des lits entrecroisés, des dunes et des bomb sags sont présents localement. Ces dépôts se sont formés au fond du cratère par des courants pyroclastiques de faible densité, des retombées pyroclastiques, et des bombes balistiques, suivi d’une subsidence à l’intérieur du diatrème. (2) Les lits brisés (LB), sont très similaires aux lits continus riches en juvéniles, en terme de composition, structures et textures. Tout comme les LC, les LB se sont affaissés par subsidence à l’intérieur du diatrème, où ils sont présentement exposés. Par contre, le litage est souvent difficile à suivre, et il est parfois totalement détruit. Le passage de jets de débris au travers les LB, ainsi qu’une concentration des explosions à proximité de la région des LB, accentuant la désagrégation in situ des lits, permettent d’expliquer la destruction partielle du litage. Les roches pyroclastiques non-litées (NL), massives et mal triées, occupent 45% de la zone cartographiée, et sont formées de tufs grossiers, tufs à lapillis et tufs à blocs. Les lapillis sont majoritairement juvéniles et leur taille moyenne varie de 2 mm à 8 mm. Les NL forment différents domaines de granulométrie et de composition séparés parfois par des contacts nets et sub-verticaux, pouvant former des colonnes. Ces colonnes recoupent également les LC et LB. La formation des NL peut être expliquée par le passage de jets de débris au travers le diatrème, engendrant du brassage, pouvant résulter localement en la destruction et le recyclage de matériel pyroclastique lité. La transition entre les NL et LC est de deux types : (1) une transition formée de contacts sub-verticaux où le passage de jets de débris va venir recouper les LC; (2) une transition latérale et progressive entre les LB et NL, caractérisée par des contacts difficiles à suivre et graduels. Cette transition provient de la destruction progressive des LC.

Abstract

Maar-diatremes are subaerial volcanoes that are typical of continental monogenetic volcanic fields of ultramafic to felsic compositions. They are the result of phreatomagmatic eruptions caused by the explosive interaction between magma and groundwater, or between magma and water-saturated sediments. Most of the studies on maar-diatremes describe the crater and the pyroclastic ring that surround it. However, this gives limited information on the processes that occur within the diatreme, since many explosions do not eject material into the atmosphere. Diatreme studies are therefore necessary to have a better understanding of the various volcanic processes taking place more deeply in diatremes. This master project focuses on Cathedral Cliff, a Tertiary diatreme exposed in the Navajo volcanic field, in New Mexico. Post-eruptive erosion, estimated between 500 m and 1000 m, exposes the deep part of the diatreme. Cathedral Cliff provides an opportunity to examine the transition between the bedded pyroclastic rocks of the upper diatreme, and the non-bedded pyroclastic rocks of the lower diatreme. The main objectives of this master project are to understand the relationship between the bedded and non-bedded pyroclastic rocks and to determine the origin of each lithofacies. The secondary objective is to study the relationship between Cathedral Cliff and the Barber Peak diatreme, located 2 km to the SE, and with a minette dyke exposed to the S of Cathedral Cliff. To meet the objectives, a detailed geological map of Cathedral Cliff was made using surveying tools. The description of each lithofacies was done with field and microscopic observations, associated with line counts and petrographic point counts, quantifying the proportion between the multiple types of fragments present, and the percentage of matrix. The secondary objective was reached by studying the geochemical composition of the dyke, and the juvenile fragments of Cathedral Cliff and Barber Peak. The bedded pyroclastic rocks from Cathedral Cliff cover 49% of the mapped area. They range from coarse tuff to medium lapilli tuff, and from lithic-rich to juvenile-rich. Two types of bedded pyroclastic rocks are recognized. (1) Continuous beds consisting of hundreds of millimeter- to decimeter-thick concentric and parallel beds that form an arc of 115°, dipping 75° toward the diatreme centre. Crossbedding, dunes and bomb sags are locally found. These deposits were formed at the bottom of the crater by surges, pyroclastic fall, and ballistic bombs, followed by subsidence into the diatreme. (2) The disrupted beds are very similar to the juvenile-rich continuous beds in terms of composition, structures and textures. Like the continuous beds, disrupted beds have subsided within the diatreme, where they are currently exposed. However, bedding is rarely continuous, and sometimes totally destroyed. The passage of debris jets through the disrupted beds, as well as a concentration of explosions, accentuating the in situ disaggregation of the beds, can explain the partial destruction of the bedding. The non-bedded pyroclastic rocks, occupying 45% of the mapped area, are massive, poorly sorted, and consist of coarse tuff, lapilli tuff and tuff breccia. The lapilli are mostly juvenile and their average size varies from 2 mm to 8 mm. The non-bedded pyroclastic rocks form domains of different composition and grain size, sometimes separated by sub-vertical contacts, and can form columns. These columns also cross-cut the continuous beds and the broken beds. The non-bedded pyroclastic rocks can be explained by the passage of debris jets through the diatreme, causing churning, which can lead to partial destruction and recycling of the bedded pyroclastic material. The transition between non-bedded pyroclastic rocks and continuous beds is of two types: (1) a transition defined by sharp sub-vertical contacts caused by debris jets crossing the bedded pyroclastic rocks; (2) a lateral and progressive transition between broken beds and non-bedded pyroclastic rocks, characterized by gradual contacts. This transition comes from the gradual destruction of the bedded pyroclastic rocks.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Ross, Pierre-Simon
Mots-clés libres: champ volcanique Navajo; roches encaissantes; géochimie; dépôts lités et non-lités; diatrèmes Cathedral Cliff; diatrèmes Barber Peak; dyke de minette
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 29 janv. 2018 22:16
Dernière modification: 29 janv. 2018 22:16
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/6646

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