Boudier Nicolas Ofi Types Tema 9

8/14/2019 Boudier Nicolas Ofi Types Tema 9

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84 Earth and Planetat T Science Letters, 76 (1985 /'86 ) 84 92

Elsevier Science Publishers B.V., Amst erda m - Printed in The Nether lands

[5]

H a r z b u r g i t e a n d l h e r z o li te s u b t y p e s i n o p h i o l it i c a n d o c e a n i c e n v i r o n m e n t sF . B o u d i e r a n d A . N i c o l a s

Laboratoire de Tectonophysique, 2 rue Itoussini&e, 44072 Nantes (France)

Resubmitted May 9, 1985; revised version accepted September 18, 1985

In most ophiolites the uhramafic section is harzburgitic. It is rarely composed of residual lherzolites, except for the

local occ urrence of i mpregnation lherzolites within harzburgitic massifs. Several cha racters ( environment al formations,

thickness and composition of the crust, geometry of the asthenospheric flow, serpentinization) validate the distinction

between an harzburgite and a Iherzolite ophiolitic subtype. The harzburgite subtype can be derived from any oceanic

spreading center, provided the rate is larger than 1 era/yr. The lherzolite subtype would correspond to situations

(vicinity of transform fault, very slow spreading rates) where the lithospheric front penetrates at 20-30 km into themantle below the spreading center. These lherzolitic massifs are best explained as being derived from slow-spreading

rifts. Finally the particular asthenospheric flow discovered in these massifs is discussed.

1 . I n t r o d u c t i o n

N i c o l a s a n d J a c k s o n [1 ] h a v e s h o w n t h a t i n t h e

o p h i o l i t e c o m p l e x e s k n o w n a t t h a t t im e , t he m a n -

t l e s e c t i o n w a s c o m p o s e d o f h a r z b u r g i t e s c o m p r i s -

i n g a l s o d u n i t e a n d o r t h o p y r o x e n i t e l a y e r s . T h e y

i n t e r p r e t e d t h is s u i te a s e x p o s e d s u b o c e a n i c u p p e r -

m o s t m a n t l e . I n c o n t r a s t t h e y r e g a r d e d t h e l h e r z o -l i t e m a s s i f s a s r e p r e s e n t a t i v e o f l e s s d e p l e t e d o r

u n d e p l e t e d s u b c o n t i n e n t a l u p p e r m a n t l e or d e e p e r

s u b o c e a n i c m a n t l e . H o w e v e r , m o r e r e c e n t s t u d i e s

h a v e s h o w n t h a t t h e a s s o c i a t i o n o f p l a g i o c l a s e

l h e r z o l i t e s w i t h o p h i o l i t i c s u i t e s w a s n o t s o u n c o m -

m o n .

N i c o l a s a n d D u p u y [ 2] h a v e d i s c us s e d t h e p r o b -

l e m o f t h e o r i g i n o f p l a g i o c l a s e l h e r z o l i t e s f r o m

o c e a n i c o c c u r r e n c e s a n d f r o m o p h i o l i t e s a s w e ll a s

o t h e r u l t r a m a f i c m a s s i fs , u s in g m i c r o s t r u c t u r a l a n d

g e o c h e m i c a l c r i t e r i a . T h e i r c o n c l u s i o n s w e r e t h a t

i n t e r m s o f m a n t l e m e l t i n g , s u c h f a c i e s r e p r e s e n t

e i t h e r a s l i g h t l y d ep l e t ed m an t l e ( s ee a l s o [ 3 ,4 ] ) , o r

a m o r e d e p l e t e d m a n t l e ( h a r z b u r g i t e s a n d d u n i t e s )

a f f e c t e d b y a s e c o n d a r y m a g m a t i c i m p r e g n a t i o n

i n t r o d u c i n g c l i n o p y r o x e n e a n d p l a g io c l a se .

T h e m a s s i fs b e l o n g i n g t o th e g r o u p w i t h m o d -

e r a t e l y d e p l e t e d m a n t l e r o c k s a r e m a i n l y c o m -

p o s e d o f h o m o g e n e o u s p l a g i o c l a s e l h e r z ol i te i n

w h i c h l o c a l e v i d e n c e o f p a r t i a l m e l t i n g i s s t i l l

p r e s e r v e d ; t h is i s t h e c a s e o f t h e L a n z o m a s s i f in

t h e W e s t e r n A l p s [ 5,6 ] a n d o f t h e T r i n i t y m a s s i f i n

0012 -82 1X/ 85/$ 03. 30 ~ 1985 Elsevier Science Publishe rs B.V.

C a l i f o r n i a [ 7]. I n t h e m a s s i f s w h e r e t h e p l a g i o c l a s e

l h e r z o l i t e s a r e a s c r i b e d t o a s e c o n d a r y i m p r e g -

n a t i o n , t h e s e f a c i e s a r e o n l y l o c a l l y r e p r e s e n t e d

w i t h i n t he d o m i n a n t h a r z b u r g i t e s a n d d u n i te s . F o r

i n s t a n c e i n th e B e l e p - P o u m m a s s i f o f N e w C a l e -

d o n i a [ 8] a n d i n t h e C a n y o n M o u n t a i n m a s s i f o f

O r eg o n [ 9 ,1 0 ] t h ey a r e r e s t r i c t ed t o s h ea r zo n es ; i n

t h e B a y o f I s l a n d s o f N e w f o u n d l a n d [1 1] t h e y a r el o c a t e d a t t h e b a s e o f t h e m a s s i f i n a t h r u s t z o n e

a b o v e a m e t a m o r p h i c a u re o l e ; i n P o l a r U r a l [ 12 ]

t h e l h e r z o l i t e s a r e s c a t t e r e d i n i r r e g u l a r p a t c h e s .

I n t h i s p a p e r w e w i l l n o t d i s c u s s f u r t h e r t h e

p r o b l e m o f l h e r z o l i t i c i m p r e g n a t i o n ( s e e [ 2 ] ) , a n d

w i ll c o m p a r e f r o m a g e n e ra l a n d s t r u c tu r a l p o i n t

o f v i e w t h e l h e r z o l i t e a n d h a r z b u r g i t e r e s i d u a l

t y p e s i n t h e i r a s s o c i a t i o n w i t h o p h i o l i t e s . W e w i l l

s h o w t h a t t h e lherzolite ophiolite subtyp e ( L O S )

a n d t h e harzburgite ophiolite subtyp e ( H O S ) h a v e

d i s t i n c t c h a r a c t e r s a n d w i l l p r o p o s e t o e x p l a i n

t h e m i n t e r m s o f d i f f e r e n t l i th o s p h e r i c c o o l i n g s .

2 . D i s t i n c t i v e c h a r a c t e r s o f th e h a r z b u r g i t e ( H O S )

a n d I h e r z o l i t e ( L O S ) s u b t y p e s

T h e s p e c if ic c h a r a c t e r s o f e a c h t y p e h a v e b e e n

d e f i n e d b y s t u d i e s i n t h e f o l l o w i n g m a s s i f s f o r t h e

H O S : O m a n [ 13 ,1 4] , B a y o f I s l a n d s in N e w f o u n d -

l a n d [ 1 1 , 1 5 - 1 7 ], Z a m b a l e s i n th e P h i l i p p i n e s

[ 1 8 ,1 9 ] , T r o o d o s i n C y p r u s [ 1 9 ] , A n t a l y a an d

P o z a n t i - K e r s a n t i i n T u r k e y [2 0,2 1], M a s s i f d u S u d



T A B L E 1

D i s t i n c t iv e c h a r a c t e r s o f t h e h a r z b u r g i t e o p h i o l i te s u b t y p e ( H O S ) a n d t h e l h e rz o l i te o p h i o l i t e s u b t y p e ( L O S )

85

H a r z b u r g i t e o p h i o l i t e s u b t y p e ( H O S ) L h e r z o l i te o p h i o l i t e s u b t y p e ( L O S )

M a s s i f s c o n s i d e r e d ( 1 ) S e m a i l ( O m a n ) , ( 2 ) B a y o f I s l a n d s ( N e w - ( 9 ) T r i n i t y ( C a l i f o r n ia ) , ( 1 0 ) P i e m o n t - L i g u r i a

f o u n d l a n d ) , ( 3 ) Z a m b a l e s ( P h i l ip p i n e s ) , ( 4 ) ( w e s t e r n I t al y ) a n d M o n t e M a g g i o r e ( C o r s i c a ),

T r o o d o s ( C y p r u s ) , ( 5 ) A n t a l y a ( T u r k e y ) , ( 6 ) ( 1 1 ) L a n z o ( w e s t e r n I ta l y ), ( 1 2 ) O t h r i s ( G r e e c e ),

P o z a n t i - K a r s a n t i ( T u r k e y ) , ( 7) M a s s i f d u S u d ( 1 3 ) Z a b a r g a d ( E g y p t )

( N e w C a l e d o n i a ), ( 8 ) C a n y o n M o u n t a i n ( O r e g o n )

m a r i n e s e d i m e n t s a n d v o l c a n i c s : 1 , 2 , 3 . 4 , 5 , 6 , 7 ,

8

s o l e o f m e t a m o r p h i c o c e a n i c c r u s t : 1 , 2 , 5 , 6

S u r r o u n d i n g f o r m a t i o n s

C r u s t a l s e c t io n :

m a x i m u m t h ic k n e ss

c u m u l a t e g a b b r o s

n a t u r e o f i n t r u s i v e sn a t u r e o f b a s a l t d i r e c t ly

a s s o c i a t e d w i th t h e

o p h i o l i t e

M a n t l e s e c t i o n :

n a t u r e o f m a n t l e r o c k s

i n t e r n a l s t r u c t u r e s

H P p l a s t i c f l o w

n e o b l a s t s g r a i n s iz e

c h r o m i t e p o d s

d i a b a s e o c c u r r e n c e

s e r p e n t i n i z a t i o n

2 - 3 k m : 3 , 4 , 8

- 7 k m : 1 , 2 , 5 , 6

t h i c k a n d u s u a l l y c o n t i n u o u s : 1 . 2 , 3 , 5 , 6

dikes: 1, 2, 3, 4, 5, 8thole i i t i c : 1, 2, 4, 5, 6

h a r z b u r g i t e s a n d d u n i t e s :

a b u n d a n t d u n i t e s d o w n t o a b o u t 1 0 k m b e l o w

t h e t o p o f t h e m a n t l e s e c t i o n : 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8

f l a t fo l i a t i on : 1 , 2 , 5 , 6 , 7

l o c a l l y v e r t i c a l w i t h v e r t i c a l l i n e a t i o n : 3 , 4 , 5 . 8

l a rge ( - 4 mm ) : 1 , 2 . 3 , 4 , 7 , 8

pre se n t : 1 , 2 , 3 , 4~ 5 , 6 , 7 .8

u n c o m m o n : 1 , 2 , 3 , 4 , 7

l izardi te : 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8

m a r i n e s e d i m e n t s a n d v o t c a n i c s : 9 , 1 0 . 11 , 1 2, 1 3

bre c c i a s : 9~ 10

m e t a m o r p h i c c o n t i n e n t a l c r u s t: 1 1, 1 2, 1 3

s o l e o f m e t a m o r p h i c c r u s t: 9

1 k m : 1 0

2 - 3 k m : 9 , 1 2

t h i n , l oc a l i z e d t o r e s t r i c t e d a re a : 9 , 10 , 12

a b u n d a n t d i k e s a n d s i l ls : 9, 1 0 , 1 2t ho l e i i t i c : 9 , 10 , 12

a l ka l i ne : 12~ 13

p l a g i o c l a s e I h e r z o l i t e s :

d u n i t e s a b u n d a n t w i t h i n ~< 2 k m b e l o w t h e t o p

o f t h e m a n t l e s e c t i o n : 9 , 1 1

u s u a l l y s t e e p f o l ia t i o n a n d s u b h o r i z o n t a l l i n e a-

t i on : 9 , 10 , 11 , 13

s m a l l ( - 0 . 5 m m ) : 9 , 1 1

a bse n t : 9 , 10 , 11 , 12 , 13

c o m m o n i n t o p s e c t i o n : 9 , 1 0, 1 1 , 1 3

l i z a r d i t e a n d a n t i g o r i t e : 9 , 1 0 , 1 1 , 1 2

o p h i c a l c i t e s : 1 0

o f N e w C a l e d o n i a [2 2,2 3] , C a n y o n M o u n t a i n

[9,1 0, 24 ], an d fo r L O S: T r i n i t y in t h e K l a m a t h

M o u n t a i n s [ 7 , 25 - 2 7 ] , P i e m o n t - L i g u r i a i n n o r t h e r n

I t a l i a ( [ 2 8 - 3 0 ] , a n d u n p u b l i s h e d d a t a ) , C o r s i c a

[31 ,32] , Lanzo in the wes tern Alps [33] , Othr i s in

G r eec e [3 ,4 ,3 4 ], Z a b a rg a d i n t h e R ed Sea [3 5 ,3 6 ].

T r a n s i t i o n a l o p h i o l i t e su i te s a r e r e p r e s e n t e d b y t h e

X i g a z e o p h i o l i t e i n T i b e t [ 3 7 - 3 9 ] i n w h i c h t h e

c r u s t a l s e c t io n a b o v e c l i n o p y r o x e n e - r i c h h a r z b u r -

g i t e s r e s e m b l e s v e r y m u c h t h a t d e s c r i b e d f o r t h e

L O S . T h e s e f i f t e e n m a s s i f s w e r e s e l e c t e d b e c a u s e

t h e y a r e c o m p a r a t i v e l y l it tl e d i s m e m b e r e d a n d t h e y

r e p r e s e n t t h o s e f o r w h i c h w e h a v e d i r e c t i n f o r m a -

t i o n o n m o s t p o i n t s c o n s i d e r e d i n T a b l e 1 . A l l t h e

d a t a i n t h i s t a b l e h a v e n o t t h e s a m e s t a n d a r d o f

g e n e r a l i t y a n d c o n f i d e n c e d u e t o f r a g m e n t a l i n f o r -

ma t i o n o n t h e co n s i d e red mas s i f s . F i g . 1 i l l u s t r a t e s

t y p i c a l s e c t io n s in t h e H O S a n d L O S .

2.1. Environmental formations

H O S a r e u s u a l l y c o v e r e d b y m a r i n e s e d i m e n t s ,

m a i n l y u m b e r s a n d c h e r t s . L O S c o r r e s p o n d t o

m o r e c o m p l e x e n v i r o n m e n t s . T h e e a s t e r n m a r g i n

o f t h e O t h r i s o p h i o l i t e i s i n c o n t a c t w i t h u n d e r -

s a t u r a t e d b a s a l t i c l a v a s a s s o c i a t e d w i t h f r a g m e n t s

o f o p h i o l i t e s , s h a l l o w - w a t e r m a r i n e s e d i m e n t s a n d

c o n t i n e n t a l m a r g i n f o r m a t i o n s [ 3 4 ] . T h e T r i n i t y

o p h i o l i t e is c o v e r e d b y a b r e c c i a c o n t a i n i n g o p h i o -

l i t e x en o l i t h s i n a ma t r i x o f s h a l l o w mar i n e s ed i -

m e n t s [ 25 ]. T h e P i e m o n t - L i g u r i a n l h e r z o li t e lo c a l ly

f o r m e d t h e s e a f l o o r o f t h e P i e m o n t e s e b a s i n

[ 4 0 , 4 1 ] ; t h i s i s r e c o r d e d i n l i m e s t o n e / s e r p e n t i n i t e

b r e c c i a s k n o w n a s o p h i c a l c it e s [4 2] . T h e Z a b a r g a d

p e r i d o t i t e i s i n p r i m a r y c o n t a c t w i t h m e t a m o r p h i c

r o c k s a n d i s c o v e r e d b y s h a l l o w - w a t e r m a r i n e s e d i -

ments [36 ,43] .



86

} A S A L T S

D Y K E •

• . . , " .

" ' . .

G A B B R OS " . " " . . "

. . - , ,

) CUMU :_ ATES - .

T E C U M UL AT E - - -D 2b --e se---- ~ - - -

T I O N Z O N E ~ # . 7 ~ / 1

- R Z O L I T E S I I ] 1 ,]

/ i / k !I f i l l

I ,, m _ b _

Fig. 1. Typical sections (a) in the harzburgite (Sem ail ophiolitein O ma n). (b) in the lherzolite (Trinity in C alifornia) ophiolite

subtypes.

M a n y H O S c o m p l e x e s re s t o n a s o le o f m e t a -

m o r p h o s e d o c e a n i c c r u s t a l f o r m a t i o n s b e l o w a n

i n t r a o c e a n i c t h r u s t [ 44 ,4 5]. W i t h t h e e x c e p t i o n o f

t h e T r i n i t y co m p l ex [ 4 6 ,4 7 ] w h i ch h as s u ch a s o l e ,

a l l t h e o t h e r L O S m a s s i f s a r e in d i r e c t c o n t a c tw i t h, o r i n t h e v i c i n i ty o f m e t a m o r p h i c c o n t i n e n t a l

c r u s t .

2 . 2. C r u s t a l s e c t i o n

A s s e e n i n T a b l e 1 a n d F i g . 1 , t h e c r u s t a l

s e c t i o n o v e r l y i n g t h e u l t r a m a f i c s e c t i o n i s t h i c k e r

i n t h e H O S c a s e . I n O m a n , w h e r e t h i s s e c t i o n i s

t h e b e s t e x p o s e d a n d l e a s t d i s m e m b e r e d , t h e t h i c k -

n e s s r a n g e s f r o m 3 t o 7 . 5 k m i n a l o n g i t u d i n a l

c r o s s - s e c t i o n [1 4]. T h e i n t e r n a l c o m p o s i t i o n a n d

o r g a n i z a t i o n a r e c o n f o r m a b l e ( F ig . l a ) w i th t h e

g e n e r a l m o d e l o f o p h i o l i t e c r u s t [ 4 8 ] a n d i n p a r -

t i c u l a r t h e g a b b r o s e q u e n c e i s w e l l d e v e l o p e d .

I n c o n t r a s t t h e L O S c r u s t a l s e c t i o n ( F ig . l b ) i s

a l t o g e t h e r t h i n n e r ( T a b l e 1 ) a n d m o r e p o o r l y

o r g a n i z e d , o r a b s e n t . I n t h e w e l l - e x p o s e d c r u s t a l

s e q u e n c e o f t h e T r i n i t y b o d y , t h e c u m u l a t e g a b -

b r o s a n d p y r o x e n i t e s a r e n o t u b i q u i to u s : t h e y a re

a p p a r e n t l y d e p o s i t e d w i t h i n s m a l l a n d d i s c o n t i n u -

o u s m a g m a c h a m b e r s . T h e r e i s a w i d e s p r e a d d e -

v e l o p m e n t o f m a g m a t i c b r e c c i a s w h i c h w e a s c r i b e

t o h y d r o u s a n a t e x i s r e l a t e d t o h y d r o t h e r m a l c i r c u -

l a t io n . F i n a l l y t h e c r u s t a l s e c t i o n is i n v a d e d b y

s i l l s an d d i k es , t h e l a t t e r b e i n g p r ev a l en t i n i t s

u p p e r p a r t . T h e c r u s t a l s e c t i o n a s s o c i a t e d w i t h t h e

P i e m o n t - L i g u r i a o p h i o l i t e s w h e n i t e x i s t s a l s o

s h o w s a l i m i t e d e x t e n t o f c u m u l a t e s . F i n a l l y , it

s e e m s t h a t t h e d i f f e r e n c e i n c r u s t a l t h i c k n e s s b e -

t w e e n t h e t w o t y p e s i s m a i n l y d u e t o t h e d i f f e r e n t

d e v e l o p m e n t o f t h e c u m u l a t e g a b b r o s e q u e n c e s .

2 .3 . N a t u r e o f t h e u lt r a m a f i c r o c k s

T h e H O S m a s s i fs ar e d o m i n a n t l y c o m p o s e d o f

h a r z b u r g i t e s w i t h a n o r t h o p y r o x e n i t e l a y e r i n g a n d

s u b s i d i a r y d u n i t e b o d i e s . T h e d u n i t e s a r e o b s e r v e d

t h r o u g h o u t t h e e x p o s e d s e q u e n c e s , b u t t h e i r a b u n -

d a n c e i n c re a s es u p w a r d t o b e c o m e d o m i n a n t i nt h e t r a n s i t i o n z o n e b e l o w t h e c r u s t a l f o r m a t i o n s

[ 4 9 ] . I n t y p i c a l s e c t i o n s o f t h e O m a n o p h i o l i t e ,

c l i n o p y r o x e n e a n d f e l d s p a r a re l o c a l ly p r e s e n t

m a i n l y in t h e u p p e r m o s t h a r z b u r g i t e s a n d d u n i t e s .

T h e o c c u r r e n c e o f t h e s e m i n e r a l s i s a s c r i b e d t o a

s e c o n d a r y m a g m a t i c i m p r e g n a ti o n .

T h e L O S m a s s if s a r e c o m p o s e d o f h o m o g e -

n e o u s f e l d s p a t h i c l h e r z o l i t e s w i t h w e b s t e r i t i c l a y e r -

i n g. A l t h o u g h t h e d is t i n c t i o n i s s o m e t i m e s u n e a s y ,

c r i t e r i a c a n b e f o u n d [ 2 , 4 7 ] t o d e m o n s t r a t e t h a t

t h e f e l d s p a r d e v e l o p s f r o m p a r t i a l m e l t i n g o f t h er o c k w h i c h c o n t a i n s i t a n d n o t f r o m a s e c o n d a r y

i m p r e g n a t i o n . T h e o n l y s i g n i fi c a n t v o l u m e s o f

d u n i t e s a r e p r e s e n t i n th e u p p e r m o s t p a r t o f t he

s e c t i o n .

D i a b a s e d i k e s a n d s il ls a r e c o m p a r a t i v e l y m o r e

a b u n d a n t i n t h e u p p e r u l t r a m a f i c s e c t i o n o f L O S

t h a n i n H O S . A c ri t ic a l d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e t w o

s u b t y p e s i s t h a t c h r o m i t e p o d s a r e r e s t r i c t e d t o

H O S .

2 . 4 . S t r u c t u r e s a n d m i c r o s t r u c t u r e s i n m a n t l e r o c k s

T h e p a t t e r n o f h i g h - t e m p e r a t u r e ( n e a r s o l i d u s

o r a b o v e s o l i d u s ) p l a s t i c f l o w d e d u c e d f r o m t h e

i n t e r n a l s t r u c t u r e s i s a l s o d i st i n c t. N i c o l a s a n d

V i o l e t t e [5 0] h a v e s h o w n t h a t t h e a s t h e n o s p h e r i c

f l o w p a t t e r n i n H O S i s e i t h e r f l a t w i t h a r e g u l a r

f l o w d i r e c t io n , o r o r g a n i z e d f o l l o w i n g a d i a p i ri c

m o d e l ( s t e e p f o l i a t i o n s d e f i n i n g l a r g e - s c a l e f o l d s

w i t h s t e e p a x e s , a n d c o a x i a l f l o w l i n e a t io n s ) . I n

t h e L O S w h e r e t h e p l a s ti c f lo w s t r u c t u re s h a v e

b een s t u d i ed ( T r i n i t y [ 2 6 ] , L an zo [ 3 3 ] , C o r s i ca [ 3 2 ] ,



L i g u r i a ( p e r s o n a l o b s e r v a t i o n ) ) , f l o w p l a n e s a r e

s t eep an d p a ra l l e l , an d f l o w l i n e s f l a t o r mo d -

e ra t e l y d i p p i n g (F i g . 2 ) . T h e s h ea r f l o w r eco rd s t h e

s a m e s e n s e o f s h e a r o v e r k i l o m e t e r s a c r o s s t h e

mas s i f s .M i c r o s t r u c t u r e s i n m a n t l e r o c k s a r e p o r p h y r o -

c l a s t i c ( e x c e p t i n s h e a r z o n e s w h e r e t h e y a r e

my l o n i t i c ) w i t h n eo b l a s t s s ize a ro u n d 0 .5 mm [51 ]

i n L O S a n d a r o u n d 3 . 0 - 5 . 0 m m ( [2 3] a n d u n p u b -

l i s h ed d a t a ) i n H O S. T h i s r eco rd s a h i g h e r f l o w

s t r e s s i n L O S t h an i n H O S [5 2 ] .

2.5. Serpentinization

T h o u g h d i f f ic u l t t o g e n e r a li z e b e c a u s e t h e s t u d -

i es o n t h e s e r p e n t i n i z a t i o n o f u l t r a m a f i c s e q u e n c e s

a r e n o t e x h a u s t i v e , s o m e d i f f e r e n c e s b e t w e e n H O S

a n d L O S c a n b e e m p h a s i z e d .

T h e h a r z b u r g i t e m a s s i fs a r e v a r io u s l y

s e r p e n t i n i z e d , b u t i n a p e r v a s i v e w a y o n l y b y t h e

l o w - t e m p e r a t u r e a n d p o s t - d e f o r m a t i o n a l c h r y s o -

t i l e - b r u c i t e - l i z a r d i t e a s s e m b l a g e [ 5 3 ] . T h e d i a b a s e

d i k e s w h i c h a r e c o m p a r a t i v e l y e x c e p t i o n a l i n t h e

p e r i d o t i t e s a n d t h e g a b b r o d i k e s a r e u s u a l l y u n a l -

t e r e d . T h i s s e r p e n t i n i z a t i o n c a n b e a s c r i b e d t o

c o n t a m i n a t i o n b y s e a o r g r o u n d w a t e r a t l o w

t e m p e r a t u r e [ 5 3 - 5 5 ] . I n c o n t r a s t , m o s t l h e r z o l i t e

m a s s i f s s h o w a n e a r l y e p i s o d e o f a n t i g o r i t i c

CRUST

F i g . 2 . R e c o n s t r u c t e d s t r u c t u r e o f t h e T r i n i t y o p h i o l i t e [ 2 6 ] . I n

t h e m a n t l e s e c t i o n , t h e a c t i v e f l o w p l a n e ( f u l l l i n e s ) d e d u c e d

f r o m t h e a t t i t u d e o f t h e h i g h - t e m p e r a t u r e f o l i a t io n S 1 ( b r o k e n

l i n e ) i s s t r o n g l y d i p p i n g a n d t h e f l o w l i n e h o r i z o n t a l ; b o t h a r e

p a r a l l e l t o t h e p a l e o s p r e a d i n g a x i s , d e f i n e d b y s h e e t e d d i k e s

o r i e n t a t i o n . D i a b a s e d i k e s a n d s i l l s : t h i c k b l a c k l i n es ; d u n i t e

b o d i e s : d o t s .

87

s e r p e n t i n i z a t i o n ( w i t h a c c e s s o r y m a g n e t i t e , t r e m o -

l it e a n d t a lc ) d e v e l o p e d i n a t e c t o n i c e n v i r o n m e n t

a n d p r e c e d i n g t h e l i z a r d i t e e p i s o d e . T h e d i a b a s e

d i k e s a n d t h e g a b b r o d i k e s a r e m o r e c o m m o n l y

a l t e r e d t o r o d i n g i t e . T h e s e e a r l y s e r p e n t i n i z a t i o na n d r o d i n g i t i z a t i o n r e c o r d c o n d i t i o n s o f t h e

g reen s ch i s t f ac i e s an d t h ey a r e a s c r i b ed t o t h e

h y d r o t h e r m a l a l t e r a t i o n t a k i n g p l a c e c l o s e t o t h e

s p r e a d i n g c e n t e r w h e r e t h e c o r r e s p o n d i n g o c e a n i c

c ru s t h a s b een fo rmed [5 6 ] .

I t i s k n o w n i n r o c k m e c h a n i c s t h a t b e y o n d 1

k b a r o f c o n f i n i n g p r e s s u r e t h e o p e n c r a c k s t e n d t o

c l o s e [5 7 ] . T h i s i n d i ca t e s t h a t s ea w a t e r can

p e n e t r a t e i n t o t h e m a n t l e s e q u e n c e i n a p e r v a s i v e

w a y , o n l y i f t h e o v e r l y i n g c r u s t d o e s n o t e x c e e d 3

k m i n t h ick n es s . Co n s i d e r i n g t h e r e s p ec t i v e c ru s t a l

t h i c k n e s s e s e s t i m a t e d i n L O S ( 3 k m ) a n d H O S ( 6

k m ) m a s s i f s , t h is e x p l a i n s w h y o n l y t h e L O S u p p e r

p e r i d o t i t e s a r e a f f e c t e d i n a p e r v a s i v e w a y b y t h i s

h y d r o t h e r m a l a l t e r a t i o n .

3 . D i s c u s s i o n

H O S w h i c h r e p r e s e n t t h e m a j o r i t y o f o p h i o l i t e s

h a v e b e e n f o r m e d a t o c e a n i c s p r e a d i n g c e n t e r s

[48 ,5 8] , w h e t h e r i n a n o rm a l o c ean o r i n a b ack a r c

b a s i n. L O S o b v i o u s l y c o r r e s p o n d t o s p e ci a l

s p r e a d i n g s i t u a t i o n s i n w h i c h a p a r t o f t h e m a g m aw a s n o t e x t r a c t e d a t s h a l l o w d e p t h , n a m e l y i n t h e

p l ag i o c l a s e l h e r zo l i t e s t ab i l i t y f i e l d , t h a t i s ab o v e

3 0 k m [5 9 ] , a s s h o w n b y t h e p e r s i s t en ce , i n t h e s e

r o c k s , o f f e l d s p a t h i c l e n s e s c o r r e s p o n d i n g a t o n e

t im e t o m a g m a p o c k e ts .

T h i s s u g g e st s d i f f e r e n t t h e r m a l r e g im e s b e t w e e n

H O S a n d L O S s p r e a d in g c e n t e rs . G e o p h y s i c a l d a t a

s u p p o r t t h e i d e a t h a t f o r m e d i u m - t o f a s t - s p r e a d -

i n g r a t e s , l o n g - l i v e d m a g m a c h a m b e r s c a n b e p r e -

s e n t [ 6 0 - 6 2 ] . T h e c o n t i n u i t y a n d t h e t h i c k n e s s o f

c u m u l a t e s i n m a n y H O S o p h i o l i t e s , l i k e i n O m a n

s u g g e s t s c o m p a r a b l e s p r e a d i n g r a t e s f o r t h e i r s i t e

o f o r i g i n . F o r o t h e r H O S l i k e T r o o d o s [ 6 3 ] o r

X i g aze [3 7 , 3 9 ] w h e re d i s co n t i n u o u s cu mu l a t e s h av e

b e e n r e p o r t e d , i t i s e n v i s a g e d t h a t t h e m a g m a

c h a m b e r s w e r e o n l y e p i s o d i c p o i n t i n g t o l o w e r

s p r e a d i n g r a t e s . H o w e v e r , i n a l l t h e H O S m a s s i f s ,

t h e r e i s e v i d e n c e o f i n t e n s e m a g m a t i c a c t i v i t y i n

t h e u p p e r m o s t m a n t l e t h a t p r o d u c e d t h e d u n i t e s ,

t h e m a g m a t i c i m p r e g n a t i o n s , a n d t h e g e n e r a t i o n

o f ch ro mi t e p o d s [4 9 ] . T h u s , i n t h e H O S cas e , t h e

a d i a b a t i c c o n d i t i o n s a c h i e v e d i n t h e r i s i n g m a n t l e



88

b e n e a t h t h e r i d g e w e r e m a i n t a i n e d a l l t h e w a y u p

t o t h e b a s e o f t h e c r u s t . A c o o l e r r e g i m e i n t h e

L O S c a s e i s s u g g e s t ed b y ( 1 ) t h e s c a r c i ty o f

c u m u l a t e s i n t h e c r u s t a l s e q u e n c e , ( 2 ) t h e f a c t t h a t

t h e f e l d s p a th i c m e l t s p r o d u c e d d u r i n g a d i a b a t i c

a s c e n t h a v e c r y s t a l li z e d d u r i n g t h e p l a s t ic f l o w

r e l a t ed t o t h e a s cen t [ 5 ,6 ] , an d ( 3 ) t h e h i g h e r

m a n t l e v i sc o s i ty t h a n i n H O S d e d u c e d f r o m t h e

h i g h e r f l o w s t r e s s ( s e e a b o v e ) .

I n a r i s i n g a s t h e n o s p h e r e b e l o w a s p r e a d i n g

c e n t e r , a d i a b a t i c c o n d i t i o n s a r e p r e s e r v e d u n t i l t h e

l i t h o s p h e r e i s m e t . T h e s u b s e q u e n t c o o l i n g o p e r -

a t e s b y h e a t c o n d u c t i o n w i t h a t h e r m a l g r a d i e n t

s t e e p e r t h a n t h e p e r i d o t i t e s o l i d u s o n e , t h u s p r e -

v e n t i n g f u r t h e r m e l t i n g d u r i n g a s c e n t . T h e d a t a

p r e s e n t e d a b o v e a n d i n p a r t ic u l a r t h e c o n c l u s io n

t h a t m a g m a w a s o n l y l o c a ll y e x t r a c t e d s h a l l o w e r

t h a n 3 0 k m i m p l i e s f o r L O S a t h i c k e r l i t h o s p h e r e

t h a n t h e 6 k m o n e , c o m m o n l y e s t i m a t e d f o r oc e -

a n i c s p r e a d i n g c e n t e r s h e r e r e p r e s e n t e d b y t h e

H O S c a s e w h e r e h y p e r s o l i d u s c o n d i t i o n s a r e m a i n -

t a i n e d u p t o t h e M o h o [ 4 9 ] . T o e x p l a i n t h e

a b n o r m a l t h i c k n e ss o f li t h o s p h e r e in a s p r e a d i n g

e n v i r o n m e n t , w e w i l l e n v i s a g e a p a r t i c u l a r l y s l o w

s p r e a d i n g r a t e a n d t h e l o c a l i n f l u e n c e o f a t r a n s -

f o r m f a u l t .

3.1. Very-slow-spreading rate

I n m a n t l e d i a p i rs , d e p a r t u r e f r o m a d i a b a t i c

c o n d i t i o n s i s e s t i m a t e d t o b e a r o u n d 2 5 k m d e p t h

i f t h e a s c e n t v e l o c i t y is lo w e r t h a n 1 c m / y r [6 4,6 5]

d u e t o t h e p e n e t r a t i o n o f t h e c o n d u c t i v e c o o l i n g

f r o n t a t t h e s e d e p t h s . O n t h e c o n t r a r y f o r a s c e n t

r a t e s h ig h e r t h a n 1 c m / y r t h e a d i a b a t i c r e g i m e is

p r e s e r v e d t h r o u g h o u t t h e m a n t l e s e c t i o n . A t t h e

s p r e a d i n g c e n t e r i t s e l f i t s u p p e r l i m i t i s w h e r e i t

m e e t s t h e h y d r o t h e r m a l l y - c o o l e d l i th o s p h e re . F o r

a s c e n t r a te l o w e r t h a n 1 c m / y r , w h e r e t h e m e l t in g

i n th e d i a p i r c e a s e s a t d e p t h s h a l l o w e r t h a n 2 5 k m ,

o n l y a r o u n d 1 0 % m e l t i s e x t r a c t e d , r e s u l t i n g i n a

l h e r z o l i t i c r e s i d u a l m a n t l e , a h a l f - t h i n n e r c r u s t ,

a n d p o s s i b l y a m o r e a l k a l in e m a g m a t i s m [ 65 ]. F o r

a s c e n t r a t e l a rg e r t h a n 1 c m / y r , t h e m e l t i n g c e a s e s

a t t h e M o h o , 2 0 % m e l t i s e x t r a c t e d , r e s u l t i n g i n a

h a r z b u r g i t e r e s i d u e , a t h i c k e r c r u s t a n d i n a t h o l e i -

i t i c m a g m a . T h e s e t h e o r e t i c a l e s t i m a t e s a r e s u p -

p o r t e d b y R e i d a n d J a c k s o n ' s [6 6] se i s m i c s t u d i e s

w h i c h s ho w t h a t be l o w 1 - 2 c m / y r s p r e a di n g ra t e s

( w h i c h c a n b e i n a f i r s t a p p r o x i m a t i o n e q u a t e d

w i t h a s c e n t r a t e s ) t h e t o t a l t h i c k n e s s o f o c e a n i c

l a y e r s b e c o m e s t h i n n e r t h a n 6 k m .

C o n d i t i o n s f o r v e r y s lo w s p r e a d i n g r a t e s c a n b e

a c h i e v e d in o c e a n i c e n v i r o n m e n t s [ 67 ,6 8]. H o w -

ev e r , a s a l r ea d y p r o p o s ed [ 34 ,6 9] , a j u v e n i l e r i f t i n g

e n v i r o n m e n t c a n b e a g o o d c a n d i d a t e . F o r e x a m -

p l e L e P i c h o n a n d F r a n c h e t e a u [7 0] h a v e e s ti -

m a t e d t h e s p r e a d i n g r a t e in t h e R e d S e a a t 5 .0 7 .5

m m / y r f o r t h e m o s t r e c e n t 4 5 M y r a n d a t 2 .1

m m / y r i n t h e ri ft o f E t h i o p ia .

3.2. Trans form fau l t env ironm ent

T h e i s o t h e rm s i n t h e m a n t l e a t s p r e a d i n g c e n t e rs

c l o s e t o a t r a n s f o r m f a u l t a r e p e r t u r b e d o v e r s e v e r a l

k i l o m e t e r s a l o n g s t r i k e b y t h e e f f e c t o f t h e o l d e r

a n d c o o l e r t r u n c a t i n g l i t h o s p h e r e w a l l . T h i s

t r a n s f o r m f a u l t e f f e c t i n c r e a s e s f o r d e c r e a s i n g r a t e s

o f s p r e a d i n g [ 71 ,7 2]. F o r s p r e a d i n g r a t e s l o w e r

t h a n 3 0 m m / y r a n d a t r a n s f o rm f a u l t b r in g i n g a

n e w l y c r e a t e d a s t h e n o s p h e r e i n c o n t a c t w i t h a

l i t h o s p h e r e o l d e r t h a n 1 0 M y r , t h e c o n d u c t i v e

c o o l i n g f ro n t r e a c h t h e d e p t h o f 2 0 - 3 0 k m w h e r e

d e p a r t u r e f r o m a d i a b a t i c c o n d i t i o n s s e e m s n e ce s -

s a r y t o g e n e r a t e l h e r z o l i t e s . S u c h a n e n v i r o n m e n t

h a s b e e n p r o p o s e d f o r t h e P i e m o n t - L i g u r i a

l h e r zo l i t e o p h i o l i t e s [ 2 8 ] .

T h e e v i d e n c e a v a i l a b l e i n t h e v a r i o u s s i t u a t i o n sa n a l y z e d s o f a r is n o w p r e s e n t e d w i t h i n v i e w t o

c o m p a r e t h e s e t w o e n v i r o n m e n t s .

( 1) P l a g i o c l a s e l h e r z o l i t e s a r e r e p o r t e d f r o m

b o t h e n v i r o n m e n t s . T h e y a r e k n o w n i n a r i f t , l i k e

i n t h e Z a b a r g a d I s l a n d ( R e d S e a ) , w h e r e t h e y

o r i g i n a t e d a l o n g a s l o w - s p r e a d i n g s e g m e n t . T h e y

h a v e b e e n d r e d g e d i n t h e l a r g e t r a n s f o r m f a u l t s

[ 7 3 , 7 4 ] w h e r e s o m e o f t h e m d i s p l a y e v i d e n c e o f a

s e c o n d a r y o r i g i n b y m a g m a i m p r e g n a t i o n [ 2 , 7 4 ] ;

o t h e r s , h o w e v e r , s h o w a c o m p l e t e s i m i l a r i t y w i t h

p r i s t i n e t e x t u r e s l i k e t h o s e f r o m t h e L a n z o m a s s i f .

O n t h e o t h e r h a n d , d r e d g e s f r o m l a rg e t r a n s f o r m

f a u l ts c o l l e c t in r e l a ti v e l y g re a t a b u n d a n c e

a m p h i b o l i t e s [7 5] w h i c h h a v e n o t b e e n o b s e r v e d i n

t h e c o n s i d e r e d l h e r z o l i t e m a s s i f s .

( 2 ) 2 3 k m t h i ck o ce an i c c r u s t s ex i s t i n

s l o w - s p r e a d i n g e n v i r o n m e n t s l i k e r i f t s s u c h a s t h e

R e d S e a [7 6] a n d t h e G u l f o f C a l i f o r n i a - I m p e r i a l

V a l l e y [7 7] o r m i d - o c e a n r i d g e s s u c h a s t h e B a f f i n

B ay [ 7 8 ] o r t h e A r c t i c O cean [ 6 7 ] . S u ch t h i n c r u s t s

a r e a l s o w e l l k n o w n i n t h e v i c i n i ty o f t r a n s f o r m

f a u l t s w h e r e t h e c r u s t t e n d t o b e t h i n n e r t h a n



89

L• ~ C r u s tiill:illl'l i ) ~ L ith os ph ere

~ I ; i ' I , ) } ~ . ~ - - ~ _ a sth en osp he re

" " ' , ' 1 ' , '

m T T I T m T

i , I i , I ~ j ~ , \ \ \

i i i I I \ \ \ \ \ x ,

' - - ~ / / J , ' j ~ ' J ~h ~ \\ ,\ " "I / ~ ' . ' " / l ~ , ' l l / , i i S t ,/ t l\\ 'X \,~ " "

_a_ _b_

Fig. 3. (a) The rolling mill model [84] of m antle flow beneath a medium- to fast-spreading center (HOS. corresponding to the m ostcomm on oceanic environment), opposed to (b) the funn el model beneath slow-spreading center (LOS). Dots and dashes: zone s ofpartial melting.

a w a y f r o m t h e f a u l t ( ty p i c a l l y 2 3 k m v e r s u s 6

k m ) [ 71 ]. H y d r o t h e r m a l a l t e r a t i o n d e v e l o p i n g a n t i -

g o r i t e p l u s t a l c w h i c h i s k n o w n i n L O S h a s b e e n

d e s c r i b e d i n p e r i d o t it e s f r o m t r a n s f o r m f a u lt s

( [ 7 9 , 8 0 ] a n d u n p u b l i s h e d d a t a ) , a l t h o u g h t h e m o s t

c o m m o n s e r p e n t i n i z a t i o n d e v e l o p s o r t h o c h r y s o t i l e

a n d l i z a r d i t e a t t e m p e r a t u r e a b o u t 2 0 0 ° C [ 5 5 ] .

( 3) L O S m a s s i f s h a v e v e rt i c a l f lo w p l a n e s a n d

m o d e r a t e l y p l u n g i n g f l o w li n e s (F i g . 2) . T h i s f l o w

g e o m e t r y su g g e s t s a t r a n s f o r m f a u lt e n v i r o n m e n t .

I n d e e d , t h e P o u m - B e l e p o c c u r r e n c e o f N e w C a l e-

d o n i a [ 8] w h e r e p l a g i o c l a s e a n d s p i n e l l h e r z o l i t e s

c r o p o u t w i t h i n h a r z b u r g i t e s w i t h t h is f l o w g e o m -e t r y h a s b e e n i n t e r p r e t e d a s a p a l e o t r a n s f o r m f a u lt .

H o w e v e r , t h e s e l h e r z o l i t e s a r e t h e r e s u l t o f a s e c -

o n d a r y i m p r e g n a t i o n [2 ] a n d a r e n o t L O S . T h e

s h e a r z o n e a n a l o g y o f t h e p l a s ti c f l o w p a t t e r n w i t h

t h a t e x p e c t e d f o r a t r a n s f o r m f a u l t m a y b e m o r e

a p p a r e n t t h a n r e a l. I n th e d o c u m e n t e d c a s e s o f a

t r a n s f o r m f a u l t a c t i v i t y i n o p h i o l i t e s [ 2 2 , 8 1 , 8 2 ] , t h e

u p p e r m o s t m a n t l e - l o w e r c r u s t d o m a i n s d i s p l a y

l o w - t e m p e r a t u r e / h i g h - s t r e s s ( m y l o n i ti c to s u b -

m y l o n i t i c ) t e x t u r e s. S u c h t e x t u r e s a r e e i t h e r a b s e n t

o r l o c a l i n t h e l h e r z o l i t e m a s s i f s c o n s i d e r e d h e r e

w h e r e t h e t e x t u re s a r e o n t h e c o n t r a r y t y p i c a l o f a

h i g h - t e m p e r a t u r e / l o w - s t r e s s r e g im e . M o r e o v e r ,

t h e d o m a i n s a s c r i b e d t o p a l e o - t r a n s f o r m f a u lt s in

o p h i o l i t e s a r e o n l y 3 - 4 k m w i d e w h e r e a s i n t h e

L a n z o [ 33 ] a n d T r i n i t y [ 2 6 ] m a s s i f s t h e o b s e r v e d

w i d t h s o f th e d e f o r m e d d o m a i n s a r e r e s p e c t iv e l y

1 0 - 1 5 k m a n d 5 0 k m . A 3 - 4 k m w i d e d i s t u r b a n c e

i n u p p e r m o s t m a n t l e s t r u c t u r e s w o u l d r e q u i r e a

l a r g e f a u lt ; a 2 0 - k m d i s t u r b a n c e w o u l d r e q u i r e a

t r a n s f o r m f a u l t a s l a r g e a s t h e V e m a t r a n s f o r m

[ 831 .

( 4 ) F i n a l l y , t h e a s s o c i a t i o n o f t h e L O S w i t h

c o n t i n e n t a l f o r m a t i o n s a n d s h a l l o w - w a t e r s e d i -

m e n t s a r g u e s f o r a r if t e n v i r o n m e n t r a t h e r t h a n a n

o c e a n i c t r a n s f o r m f a u l t .

C o n s e q u e n t l y w e f a v o r , f o r t h e l h e r z o l i t e m a s -

s i fs c o n s i d e r e d h e r e , t h e e a r l i e r i n t e r p r e t a t i o n p r o -

p o s e d b y M e n z i e s [ 3 4] a s c r i b i n g a t y p i c a l L O S , t h e

O t h r i s l h e r z o l i t ic o p h i o l i t e , t o a n i n c i p i e n t o c e a n

f o r m i n g i n a r i f t o p e n i n g a t s p r e a d i n g r a t e s i n t h e

r a n g e o f o r b e l o w 1 0 m m / y r . I t s h o u l d b e c le a r ,

h o w e v e r , t h a t t h e L O S c a n a l s o o c c u r i n o c e a n i c

l i t h o s p h e r e s e g m e n t s g e n e r a t e d a l o n g t r a n s f o r m

f a u l t s . T h e r e c o n s t r u c t e d s t r u c t u r e o f t h e T r i n i t yc o m p l e x [ 2 6 ] , w h i c h i s s o f a r t h e m o s t c o m p l e t e

l h e r z o l i t i c o p h i o l i t e o f t h i s t y p e , c o n s t i t u t e s a n

e x a m p l e o f t h e g e n e r a l s t r u c t u r e a s c r i b e d h e r e t o a

r i f t e n v i r o n m e n t ( F i g s . 2 a n d 3 ). T h e r e s u l t s o f a

r e c e n t s t r u c t u r a l s t u d y o f t h e Z a b a r g a d I s l a n d

w h i c h c o r r e s p o n d s t o a n e a r l y s t a g e o f r i f t i n g i n

t h e R e d S e a [3 6 ] s u p p o r t t h i s m o d e l . T h e h i g h -

t e m p e r a t u r e f o l i a t io n s i n p l a g i o c l a s e l h e rz o l i te s a r e

v e r t i c a l a n d s t r i k e p a r a l l e l t o t h e R e d S e a d i r e c t i o n

a n d t h e f l o w l i n e a t io n s p l u n g e a t 5 0 ° t o t h e n o r t h -

w e s t .

4 . C o n c l u s i o n s

T h e l h e r z o l i t e s u b t y p e i n o p h i o l i t e s c o r r e s p o n d s

t o a p a r t i c u l a r s i t u a t i o n a t a s p r e a d i n g c e n t e r

w h e r e t h e r i s i n g m a n t l e m e t , a t d e p t h s h a l l o w e r

t h a n 3 0 k m , c o n d i t i o n s s u c h t h a t h e a t l o s s b y

c o n d u c t i o n t o t h e s u r f a c e b e c a m e m o r e e f f i c i e n t

t h a n t h e h e a t s u p p l y b y a d v e c t i o n . A s a c o n s e -

q u e n c e , ( 1 ) m e l t s w e r e n o t f u r t h e r e x p e l l e d a n d

c r y s t a l l i z e d y i e l d i n g a f e l d s p a t h i c l h e r z o l i t e i n s t e a d



90

o f t h e c o m m o n l y o b s e r v e d h a r z b u r g i te s , ( 2 ) t h e

o v e r l y in g n e w c r u s t w a s p r o d u c e d t h i n n e r t h a n

n o r m a l ( 3 - 6 k m ) w i t h o n l y li m i t e d f o r m a t i o n o f

c u m u l a t e s i n r e l a t i v e l y s m a l l m a g m a c h a m b e r s ;

h y d r o t h e r m a l c i r c u l a t i o n r e a c h e d t h e m a n t l e f o r -

m a t i o n s ( s e r p e n t i n iz a t i o n i n a n ti g o r i te a n d r o d i n -

g i t i z a t i o n ) a n d i n t e n s e h y d r o u s a n a t e x i s o c c u r r e d

i n t h e d e e p e r c r u st , (3 ) c o m p a r a t i v e l y h i g h v i sc o s -

i t y a n d a p a r t i c u l a r d i a p i r i c s t r u c t u r e i n t h e m a n t l e

a r e d e d u c e d f r o m h i g h - s t r e s s p l a s t ic f l o w s t r u c -

t u r e s in m a n t l e r o c k s ; t h e o c c u r r e n c e o f si ll s w a r m s

i n t h e c r u s t a l s o s u g g es t s a p a r t i cu l a r s t r e s s f i e l d

[ 8 5 ] . T h e t h e r m a l r e g i m e i n t h e m a n t l e r e s p o n s i b l e

f o r t h e L O S g e n e r a t i o n c a n b e a s c r i b e d t o t h e

c o o l i n g e f f e c t o f t r a n s f o r m f a u l t s o r t o s p r e a d i n g

r a t e s s m a l l e r th a n 1 0 1 5 m m / y r . I n t h e i n v e s t i-

g a t e d m a s s i f s t h e s e c o n d p o s s i b i l i t y i s f a v o r e d a n dt h e s i t e m o s t a p p r o p r i a t e f o r t h e g e n e r a t i o n o f

L O S s e e m s t o b e a j u v e n i l e o c e a n l i k e th e R e d S e a ,

a s e x a m p l i f ie d b y t h e c a se o f th e Z a b a r g a d I s l a nd .

4 .1 . M a n t l e s tr u c t u r e in a r i f t / j u v e n i l e o c e a n a n d

s e i s m i c ' a n i s o t r o p y

A p u z z l i n g f e a t u r e o f t h e m a n t l e f l o w p a t t e r n

r e p r e s e n t e d i n F i g . 2 i s t h a t t h e f l o w l in e a t i o n s

b o r n b y t h e v e r t i c a l f o l i a t i o n p l a n e s o f t h e

a s t h e n o s p h e r e d i a p i r a r e h o r i z o n t a l o r m o d e r a t e l y

p l u n g i n g , a n d n o t v e r t i c a l a s s h o u l d b e e x p e c t e d

f o r a d i a p i r i c i n t r u s i o n . T h i s w o u l d i n d i c a t e t h a t

b e l o w a r i f t , t h e f l o w i n t h e r i s i n g m an t l e co u l d

h a v e a s t r o n g h o r i z o n t a l c o m p o n e n t , p a r a l l e l t o

t h e a x i s o f t h e r i f t . l n d e e d i n t h e Z a b a r g a d I s l a n d

o f t h e R e d S e a , th e f l o w l in e a t i o n w h i c h t r e n d s

p a r a l l e l t o t h e r i f t d i r e c t i o n i s m o d e r a t e l y p l u n g i n g

[ 3 6 ] . I n t h e w es t e r n A l p s , t h e av e r ag e s t r i k e o f t h e

f o l i a t i o n s r e c o r d e d i n t h e l h e r z o l i t e s o f C o r s i c a

[ 3 2 ] an d L an zo [ 3 3 ] ( t h e p l a s t i c f l o w s t r u c t u r e s i n

t h e L i g u r i a n l h e r z o l i t e s b e i n g m o r e o b s c u r e d u e t o

s e c o n d a r y a l p i n e d e f o r m a t i o n ) i s n o r t h - s o u t h t h a ti s p a r a l l e l t o t h e d i r e c t i o n o f t h e P i e m o n t e s e o c e a n

d e d u c e d f r o m p a l i n p s p a t i c r e c o n s t ru c t i o n s ,

w h e r e a s t h e f l o w l i n e a t i o n i n t h e s e m a s s i f s i s o n l y

m o d e r a t e l y p l u ng i n g . T h e s a m e p a t t e r n i s r e c o r d e d

i n t h e l h e rz o l i te m a s s i f s o f O j e n a n d B e n i B o u s e r a

o n e a c h s i d e o f t h e A l b o r a n S e a , w h e r e t h e f o l ia -

t i o n s w i t h f l a t l i n e a t i o n s a r e r e s p e c t i v e l y n o r t h e a s t

t r e n d i n g [ 8 6 ] , a n d n o r t h w e s t t r e n d i n g [ 8 7 ] a n d

w h e r e t h e p r e s u m e d r if t w a s o r i e n te d n o r t h - s o u t h

[8 8]. F i n a l l y , se i s m i c a n i s o t r o p y m e a s u r e m e n t s b e -

l o w t h e R h i n e g r a b e n a l s o s h o w t h a t t h e h i g h

v e l o c i t y is r o u g h l y p a r a l l e l t o t h e r i ft e l o n g a t i o n

[ 8 9 ] . I n t e r e s t i n g l y a r ecen t s t u d y [ 9 0 ] p r o p o s es an

a s t h e n o s p h e r i c f l o w m o d e l o f s i m i l a r g e o m e t r y i n

t h e c a s e o f r e d u c e d v e r t i c a l fl o w v e l o c i t y b e n e a t h a

s l o w - s p r e a d i n g r i d g e .

R e f e r e n c e s

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o f t h e N e w f o u n d l a n d A p p a l a c h i a n s a s m a n t l e -o c e a n i c c r u s t

s e q u e n c e s , J . G e o p h y s . R e s . 7 6, 1 4 6 0 - 1 4 6 6 , 1 9 7 1.

1 7 C . J . S u e n , F .A . F r e y a n d J . M a l p a s , B a y o f Is l a n d s o p h i o l i te

s u i te , N e w f o u n d l a n d : p e t r o l o g i c a n d g e o c h e m i c a l c h a r a c t e r -

i s ti c s w i t h e m p h a s i s o n r a r e e a r t h e l e m e n t s g e o c h e m i s t r y ,

E a r t h P l a n e t . S c i . L e t t . 4 5 , 3 3 7 - 3 4 8 , 1 9 7 9 .1 8 J. W . H a w k i n s a n d C . A . E v a n s , G e o l o g y o f th e Z a m b a l e s

R a n g e , L u z o n , P h i l i p p i n e I s l a n d s : o p h i o l i t e d e r i v e d f r o m a n

I s l an d A r c - B a c k A r c b a s i n p a ir , A m . G e o p h y s . U n i o n ,

G e o p h y s . M o n o g r . S e r . 2 7~ 9 5 - 1 2 3 , 1 9 8 2 .

1 9 J . F . V i o l e tt e , S t r u c t u r e d e s o p h i o l i t e s d e s P h i l i p p i n e s

( Z a m b a l e s e t P a l a w a n ) e t d e C h y p r e , 1 5 2 p p ., T h 6 s e , U n i -

v e r s i te d e N a n t e s , 1 9 8 0 .

2 0 T . J u t e a u , O p h i o l i t e s d e s T a u r i d e s : e s s a i s u r l e u r h i s t o ir e

o c 6 a n i q u e , R e v . G e o l . D y n . G 6 o g r . P h y s . 2 2 1 . 1 9 1 - 2 1 4 ,

1 9 7 9 .

2 1 U . C a k i r , P e t r o l o g i e d u m a s s i f o p h i o l i t i q u e d e P o z a n t i -

K a r s a n t i ( T a u r u s C i li c ie n , T u r q u i e ) , 2 5 1 p p . , T h 6 s e , U n i -

ve r s i t ,~ de S t ra sbourg , 1978 .

2 2 A . P r i n z h o f e r , A . N i c o l a s , D . C a s s a r d , J . M o u t t e , M .

L e b l a n c , P . P a r i s a n d M . R a b i n o v i t c h , S t r u c t u r e s i n t h e

N e w C a l e d o n i a p e r i d o t i t e s - g a b b r o s : i m p l i c a t i o n s f o r o c e -

a n i c m a n t l e a n d c r u s t , T e c t o n o p h y s i c s 6 9 , 8 5 - 1 1 2 , 1 9 8 0 .

2 3 D . C a s s a r d , S t r u c t u r e e t o r i g i n e d e s g i s e m e n t s d e c h r o m i t e

d u m a s s i f d u S u d ( o p h i o l it e s d e N o u v e l l e C a l 6 d o n i e ), 2 3 9

p p . , T h 6 s e U n i v e r s i t6 d e N a n t e s , 1 98 0.

2 4 H . G . A v e L a l l e m a n t, S t r u ct u r e o f t h e C a n y o n M o u n t a i n

( O r e g o n ) o p h i o l i t e c o m p l e x a n d i ts i m p l i c a t i o n f o r s e a f lo o r

s p r e a d i n g , G e o l . S o c . A m . S p e c . P a p . 1 7 3 , 1 - 4 9 , 1 9 7 6 .

2 5 N . L i n d s e y - G r i f f in ~ T h e T r i n i t y o p h i o l it e , K l a m a t h M o u n -

t a i n s , C a l i f o r n i a , N o r t h A m e r i c a O p h i o l i t e s , O r e g . D e p .

G e o l . M i n . I n d . B u l l . 9 5 , 1 0 7 - 1 2 0 , 1 9 77 .

2 6 E . le S u e u r a n d F . B o u d i e r , S t r u c t u r e s d u c o m p l e x e b a s i q u e

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( K l a m a t h s O r i e n t a l es , N o r d C a l i fo r n i e ) : t 6 m o i n d e l 'e x -

i s t e n c e d ' u n b a s s i n m a r g i n a l a u D 6 v o n i e n m o y e n , C . R .

A c a d . S c i . P a r i s , 8 , 4 5 7 - 4 6 2 , 1 9 8 4 .

2 8 B . M e s s i g a a n d G . B . P i c c a r d o , R i l e v a m e n t o g e o p e t r o g r a f ic o

e s t r u t t u r a l e d e l g r u p p o d i V o l v i , M 6 m . S o c . G 6 o l . I t . 1 3 ,

3 0 1 - 3 1 5 , t 9 7 4 .

2 9 B . L o m b a r d o a n d U . P o g n a n t e , T e c t o n i c i m p l i c a t io n s in th e

e v o l u t i o n o f t h e W e s t e r n A l p s o p h i o l i te m e t a g a b b r o s , O f i o l-

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3 0 G . O t t o n e l l o , G . B . P i c c a r d o a n d W . C . E r n s t , P e t r o g e n e s i s

o f s o m e l i g u ri a n p e r i d o t it e s , I I . R a r e e a r t h e l e m e n t s c h e m -i s tr y , G e o c h i m . C o s m o c h i m . A c t a 4 3 , 1 2 7 3 - 1 2 8 4 , 1 9 7 9.

3 1 G . R o c c i , F . B a ro z , J. B e b i e n , A . D e s m e t , H . L a p i e r r e , D .

O h n e n s t e t t e r , M . O h n e n s t e t t e r a n d J . F . P a r r o t, T h e M e d i -

t e r r a n e a n o p h i o l i te s a n d t h e i r r el a te d M e s o z o i c v o l c a n o -

s e d i m e n t a r y s e q u e n c e s , P ro c . I n t . O p h i o l i t e S y m p . C y p r u s ,

p p . 2 7 3 - 2 8 6 , 1 9 7 9 .

3 2 M . D . J a c k s o n , S t r u c t u r e s d e s f i l o n s d a n s l e s m a s s i f s d e

p 6 r i d o t i t e , 1 4 7 p p . , T h ~ s e , U n i v e r s i t 6 d e N a n t e s , 1 9 7 9 .

3 3 F . B o u d i e r , S t r u c t u r e a n d P e t r o l o g y o f t h e L a n z o p e r i d o t i t e

m a s s i f ( P i e d m o n t A l p s ) , G e o l . S o c . A m . B u l l. 8 9 , 1 5 7 4 - 1 5 9 1 ,

1 9 7 8 .

3 4 M . M e n z i e s , R i f t in g o f a T e t h y s c o n t i n e n t - r a r e e a r t h e v i -

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d e n c e o f a n a c c r e t i n g p l a t e m a r g i n , E a r t h P l a n e t . S c i. L e t t .

2 8 , 4 2 7 - 4 3 8 , 1 9 7 6.

3 5 E. B o n a t ti , P. H a m l y n a n d G . O t t o n e l lo , U p p e r m a n t l e

b e n e a t h a y o u n g o c e a n i c r i ft : P e r i d o t i t e s f r o m t h e i s l a n d o f

Z a b a r g a d ( R e d S e a ), G e o l o g y 9 , 4 7 4 4 7 9 , 1 98 1 .

3 6 A . N i co l a s , F . B o u d i e r, N . L y b e r i s , R . M o n t i g n y a n d P .G u e n n o c , L ' ] le d e Z a b a r g a d ( S a i n t J e a n ): t e m o i n - c l e d e

I ' e x p a n s i o n p r ~ c o c e e n M e r R o u g e , C . R . A c a d . S c i. P a r i s , in

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X i b in , C a o Y o u g o n g , Z h a n g M a i x i a n g a n d X i a X u c h a n g ,

T h e X i g a z e o p h i o l i t e ( T ib e t ) : a p e c u l i a r o c e a n i c l i t h o s p h e r e ,

N a t u r e 2 9 4 , 4 1 4 - 4 1 7 , 1 9 8 1 .

3 8 J . G i r a r d e a u , J. M a r c o u x a n d Z a o Y o u g o n g , L i th o l o g i c a n d

t e c t o n i c e n v i r o n m e n t o f t h e X i g a z e o p h i o l i t e ( Y a r l u n g

Z a n g b o s u t u r e z o n e , S o u t h e r n T i b et , C h i n a ) a n d k i n e m a t i cs

o f i ts e m p l a c e m e n t , E c l o g a e G e o l . H e l v . 7 7 , 1 53 1 7 0 , 1 9 8 4.

3 9 J . G i r a r d e a u , J . C . M e r c i e r a n d Z a o Y o u g o n g , O r i g in o f t h e

X i g a z e O p h i o l i t e , Y a r l u n g Z a n g b o s u t u r e z o n e , s o u t h e r n

T i b e t , T e c t o n o p h y s i c s , i n p r e s s , 1 9 8 5 .

4 0 C . G r a n d j a q u e t a n d D . H a c c a r d , P o s i t i o n s t r u c t u r a l e e t r 61 e

p a l 6 o g 6 o g r a p h i q u e d e l ' U n i t 6 d u B r a c c o a u s e i n d u c o n t e x t e

o p h i o l i t i q u e l i g u r o - p i 6 m o n t a i s ( A p p e n i n , h a l l e) . B u ll . S oc .

G e o l . F t . 1 9 , 9 0 1 - 9 0 8 , 1 9 7 7 .

4 1 M . L e m o i n e , S t r u c t u r a t i o n j u r a s s i q u e d e s A l p e s O c c i d e n -

t a l e s e t p a l i n s p a s t i q u e d e l a T ~ t h y s l i g u r e , B u ll . S o c. G e o l .

F t . 8 , 126 137 , 1985 .

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P i e m o n t - L i g u r i a n d o m a i n o f t h e w e s t e r n A l p s , A r c h . S c i. ,

G e n e v e , 1 9 8 0 .

4 3 E . B o n a t t i , R . C l o c c h i a t t i , P . C o l a n t o n i , R . G e l m i n i , G .

M a r i n e l l i , G . O t t o n e l l o , R . S a n t a c r o z e , M . T a v i a n i , A . A .

A b d e l - M e g u i d , H . S . A s s a f a n d M . A . E l T a h i r , Z a b a r g a d

I s l a n d : a n u p l i f t e d f r a g m e n t o f s u b - r e d S e a l i t h o s p h e r e , J .

G e o l . S o c. L o n d o n 1 4 0 , 6 7 7 - 6 9 0 , 1 9 8 3 .

4 4 J . M a l p a s , R . K . S t e v e n s a n d D . F . S t r o n g , A m p h i b o l i t e

a s s o c i a t e d w i t h N e w f o u n d l a n d o p h i o l i t e : i t s c l a s s i f i c a t i o n

a n d t e c t o n ic s i g n i f ic a n c e , G e o l o g y , p p . 4 5 - 4 7 , 1 9 7 3 .

4 5 A . N i c o l a s a n d X . L e P i c h o n , T h r u s t i n g o f y o u n g l i th o -

s p h e r e i n s u b d u c t i o n z o n e s w i t h s p e c ia l r e f e r e n c e to s t r u c -

t u r e s i n o p h i o l i t i c p e r i d o t i t e s , E a r t h P l a n e t . S ci . L e t t . 4 6 ,

3 9 7 - 4 0 6 , 1 9 8 0 .

4 6 P . W . L i p m a n , S t r u c t u re a n d o r ig i n o f a n u h r a m a f i c p l u t o n

i n t h e K l a m a t h M o u n t a i n s , C a l i f o r n ia , A m . J . S ci. 2 6 2 ,

1 9 9 - 2 2 2 , 1 9 6 4 .

4 7 M . C a n n a t a n d F . B o u d i e r, S t r u c t u r a l s t u d y o f in t r a o c e a n ic

t h r u s ti n g i n t h e K l a m a t h M o u n t a i n s , n o r t h e r n C a l if o r n ia :i m p l i c a t i o n s o n a c c r e t i o n g e o m e t r y , T e c t o n i c s , i n p r e s s ,

1 9 8 5 .

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P e t r o l . 2 4 , 1 8 8 - 2 0 6 , 1 9 8 3 .

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