Effect of deformation on the Ar/Ar isotopic record of white micas. Experimental approach
Effet de la déformation sur l'enregistrement isotopique 40 Ar/39 Ar des micas blancs. Approche expérimentale
Résumé
40Ar/39Ar dating technique is by far the most widely used in studies of metamorphic micas and in crustal deformation contexts. However, in these contexts, 40Ar/39Ar age meaning is subject to debate. Are modalities of opening and closing of K/Ar chronometric system under the control of the diffusion or the deformation? Many natural cases report apparent rejuvenation on approach (or in) deformed areas without being clear whether it is the effect of temperature (and cooling rate) or intensity of finite deformation that dominates final isotopic record. There is an uncertainty as to whether ages obtained correspond to the beginning, the end of the deformation, or an earlier closure. This thesis aims to explore links between ages (argon retention) and deformation in order to clarify the relative contribution of thermal effects and deformation. For this, experimental deformations, coupled to static experiments (reference isothermal static annealing), were carried out by a Griggs-type apparatus. Natural samples of granitic rocks (isotropic and anisotropic) and white mica monograins were deformed at different amount of strain for fixed temperature and pressures (T = 650 °C, P = 12/15 kbar) and then dated by high spatial resolution isotope mapping using the 40Ar/39Ar method. Microstructures induced during these experiments are related to brittle and plastic deformation regimes. Location and amount of induced structures appear to depend on the arrangement and orientation of minerals, as well as pre-existing structures. 40Ar losses can reach 20 % for static experiments and 45, 56 and 70 % in function of starting material and the applied amount of strain. In addition, age maps show inter-grain and intra-grain age variations highlighting close links between spatial distributions of deformation structures and recorded in-situ ages. Diffusion calculations show the involvement of several processes, including fast diffusion pathways, to produce large Ar losses in white micas of deformed samples. Diffusion coefficients deduced from in-situ 40Ar/39Ar age maps imply diffusion rates 5 to 6 orders of magnitude faster than volume diffusion rate.
La datation par la méthode 40Ar/39Ar est de loin la plus utilisée dans l'étude des micas métamorphiques et dans les contextes de déformation crustale. Pourtant, la signification des âges 40Ar/39Ar dans ces contextes est sujette à discussion. Les modalités d'ouverture et de fermeture du système chronométrique K/Ar sont-elles sous le contrôle de la diffusion ou de la déformation ? De nombreux cas naturels rapportent des rajeunissements apparents à l'approche (ou dans) les zones déformées sans que l'on sache précisément si c'est l'effet de la température (et du taux de refroidissement) ou de l'intensité de la déformation finie qui domine l'enregistrement isotopique final. Une incertitude persiste quant à savoir si les âges obtenus correspondent au début, à la fin de la déformation, ou encore à une fermeture antérieure. Cette thèse a pour objectif d'explorer le lien entre les âges (la rétention d'argon) et la déformation afin de clarifier la contribution relative des effets thermiques et de la déformation. Pour cela, des déformations expérimentales, couplées à des expériences statiques (recuits statiques isothermaux de référence), ont été réalisées au moyen d'une presse de Griggs. Des échantillons naturels de roche granitique (isotrope et anisotrope) et de monograin de mica blanc ont été soumis à différents taux de déformation pour des températures et pressions fixes (T = 650 °C, P = 12/15 kbar), puis datés par cartographie isotopique à haute résolution spatiale par la méthode 40Ar/39Ar. Les microstructures induites lors de ces expériences sont liées aux régimes de déformation cassante et plastique. La localisation et la quantité de structures induites semblent dépendre de l'agencement et de l'orientation des minéraux, ainsi que des structures préexistantes. Les pertes d'40Ar peuvent atteindre 20 % pour les expériences statiques et, 45, 56 et 70 % en fonction du matériau déformé et de la quantité de déformation appliquée. De plus, les cartes d'âges présentent des variations d'âges inter-grains et intra-grains mettant en évidence les liens étroits entre les distributions spatiales des structures de déformation et des âges in-situ enregistrés. Les calculs de diffusion montrent l'implication de plusieurs processus, dont des voies de diffusion rapide, pour produire les importantes pertes d'Ar dans les micas blancs des échantillons déformés. Les coefficients de diffusion déduits à partir des cartographies d'âges 40Ar/39Ar in-situ impliquent des vitesses de diffusion de 5 à 6 ordres de grandeur plus rapides comparée à la diffusion volumique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|