1 Introduction

The affinity of the volcanism of Oranie, located in the northern margin of the Africa plate (Fig. 1), evolved from calc-alkaline during Miocene to alkaline during the Quaternary [16,18]. This evolution, observed all around the western part of the Mediterranean Sea, is related either to a context of subduction of the Alboran plate under the African one, stopped during Lower Pliocene [1,6,12,16,17] or to a large shear zone affecting the North African margin [13]. The study of mantle xenoliths of the Aı̈n–Temouchent volcanic complex (Oranie, northwestern Algeria) allows to constrain the nature of the modifications undergone by the upper mantle in a recent and complex orogenic zone along the northern margin of the African plate.

2 Textures and mineralogy

3 Whole rock compositions

Major elements characteristics allow to distinguish two groups of samples: the first group consists of porphyroclastic spinel lherzolites displaying relative fertile compositions and the second one corresponds to more refractory protogranular harzburgites and equigranular spinel ± plagioclase lherzolites (Table 1). CaO, TiO₂ and Yb contents show positive correlations with Al₂O₃ (Fig. 2), while Al₂O₃ display negative correlation with ${\mathrm{mg}}^{*}$ (Fig. 3). The REE composition also allows distinguishing the two groups of xenoliths (Fig. 4). The first one is characterised by MORB-type REE patterns showing depletion in LREE by comparison to MREE and HREE (Yb_N/La_N: 1.8 to 3.7). The samples from the second group display asymmetric U-shaped patterns characterized by enrichment in LREE and HREE relative to the MREE.

In the composite xenolith (harzburgite/diopsidite), major element composition of the harzburgite does not vary from the contact with the vein, characterised itself by a different composition (Table 1). The harzburgite wall rock shows a U-shaped REE pattern similar to those of harzburgites and spinel ± plagioclase lherzolites (Fig. 5). The diopsidite is characterised by a REE pattern indicating enrichment in MREE relative to LREE (Eu_N/La_N: 1.7) and HREE (Eu_N/Yb_N: 3.7). This pattern is similar to those of the type II xenoliths of Frey and Prinz [10] and characterise alkaline mantle segregates.

4 Discussion and conclusion

Le volcanisme d'Oranie [25], en marge septentrionale de la plaque Afrique (Fig. 1), montre un changement de composition au cours du Néogène : calco-alcalin au Miocène, puis alcalin au Plio-Quaternaire, avec des termes de transition entre ces deux affinités [16,18]. Cette évolution, qui apparaı̂t généralisée à l'ensemble du pourtour de la Méditerranée occidentale, est attribuée, soit à un contexte particulier de subduction de la plaque Alboran sous la plaque Afrique, dont l'activité aurait été stoppée au Pliocène inférieur [1,6,12,16,17], soit à un vaste cisaillement parallèle à la marge nord-africaine [13]. Le complexe volcanique d'Aı̈n–Témouchent, d'âge Quaternaire (–1,28 à –0,82 Ma) [16], repose, soit sur des formations sédimentaires miocènes synchro- et post-nappes, soit sur des unités allochtones telliennes ou encore des sédiments plio-quaternaires (Fig. 1). Les laves émises, d'affinité alcaline [18], renferment une grande diversité d'enclaves ultramafiques : des tectonites mantelliques, des ségrégats magmatiques et des enclaves composites [27]. En l'absence de véritables affleurements de socle profond en Oranie, l'étude pétrologique et géochimique des xénolites mantelliques du complexe volcanique d'Aı̈n–Témouchent, la première réalisée sur des roches du manteau supérieur de cette région, nous permet de mieux connaı̂tre la nature des modifications subies par le manteau supérieur dans une zone orogénique récente et complexe, en bordure septentrionale de la plaque africaine.

Les enclaves de tectonites mantelliques sont surtout des lherzolites à spinelle ou à spinelle et plagioclase ± amphibole. Quelques harzburgites à spinelle ± plagioclase apparaissent également. Une enclave composite, formée d'une harzburgite à spinelle recoupée par des filonnets (⩽2 cm d'épaisseur) de diopsidite à spinelle, a été également étudiée. Par leurs caractères texturaux et minéralogiques (Tableau 1), les roches étudiées correspondent aux xénolites de type I définis par Frey et Prinz [10]. Les harzburgites sont protogranulaires. Les lherzolites sont porphyroclastiques ou équigranulaires. Quelques lherzolites équigranulaires à grain très fin (<0,5 mm) correspondent à de véritables mylonites. Les associations pyroxènes–spinelle forment des amas dans les harzburgites et des rubans discontinus dans les lherzolites. Le plagioclase qui apparaı̂t dans quelques harzburgites et lherzolites n'est pas déformé ; il entoure souvent le spinelle ou est disséminé aux joints de grains. L'amphibole brune apparaı̂t en petits cristaux dans quelques harzburgites protogranulaires et lherzolites équigranulaires à spinelle ± plagioclase. L'enclave composite harzburgite/diopsidite montre une texture porphyroclastique.

La distribution des éléments majeurs dans les xénolites de type I d'Aı̈n–Témouchent permet de distinguer deux groupes. L'un comprend les lherzolites porphyroclastiques à spinelle, de composition relativement fertile (${\mathrm{mg}}^{*}=100$ Mg/(Mg+Fe) : 89–90 ; Al₂O₃ : 3–4 % ; CaO : 2–3%) ; l'autre groupe réunit les harzburgites protogranulaires et les lherzolites porphyroclastiques et équigranulaires à spinelle et plagioclase, à caractère plus réfractaire (${\mathrm{mg}}^{*}$ : 90–91 ; Al₂O₃ : 1,2–2,5% ; CaO : 1–2,5%). Globalement, les teneurs en CaO, TiO₂ et Yb montrent des corrélations positives avec Al₂O₃ (Fig. 2). À l'inverse, Al₂O₃ indique une corrélation négative avec ${\mathrm{mg}}^{*}$ (Fig. 3). La distribution des terres rares, normalisées aux valeurs chondritiques [26], permet aussi de distinguer et de caractériser la fertilité relative ou l'enrichissement secondaire des xénolites de type I d'Aı̈n–Témouchent (Fig. 4). Pour les lherzolites porphyroclastiques à spinelle fertiles, dont les compositions en éléments majeurs sont proches de celles des estimations des concentrations du manteau supérieur primitif [14,24], les spectres de type MORB sont caractérisés par un appauvrissement en terres rares légères par rapport aux terres rares lourdes (Yb_N/La_N : 1,8 à 3,7). Le deuxième type de spectres, en U asymétrique, montre un enrichissement en terres rares légères et en terres rares lourdes par rapport aux terres rares moyennes. Cette tendance caractérise toutes les harzburgites et les lherzolites à spinelle et plagioclase ± amphibole. Dans l'enclave composite harzburgite/diopsidite, les teneurs en éléments majeurs de la harzburgite encaissante ne varient pas de façon significative par rapport au contact avec la veine de diopsidite, qui est de composition tout à fait différente (Tableau 1). La harzburgite encaissante montre un spectre en U semblable à celui des harzburgites et des lherzolites à spinelle ± plagioclase (Fig. 5). La diopsidite est caractérisée par un spectre convexe, indiquant un enrichissement en terres rares moyennes par rapport aux terres rares légères (Eu_N/La_N : 1,7) et aux terres rares lourdes (Eu_N/Yb_N : 3,7). Ce type de spectre est très comparable à ceux des enclaves de clinopyroxénites à spinelle de type II de Frey et Prinz [10] et caractérise les cumulats de magmas alcalins mis en place dans les conditions du manteau supérieur.

Deux géothermomètres ont été utilisés pour la détermination des températures d'équilibre de ces enclaves : Opx–Cpx [3] et Ol–Sp [7]. Les températures obtenues par le couple pyroxénique, enregistrées aux cœurs des porphyroclastes, révèlent un blocage des réactions de recristallisation sous contraintes entre 820 et 1080±50 °C (Tableau 1). Le couple Ol–Sp donne des températures systématiquement inférieures ou au plus égales à celles obtenues par le couple Opx–Cpx, qui se situent entre 740 et 900 °C (Tableau 1). Ces températures caractérisent les conditions thermiques de la fin du rééquilibrage post-cinématique acquis par les xénolites au moment de leur prélèvement par les laves alcalines ascendantes dans la lithosphère.

Les hétérogénéı̈tés texturales, minéralogiques et chimiques observées dans les xénolites mantelliques de type I du massif volcanique d'Aı̈n–Témouchent traduisent l'importance de la dynamique du manteau lithosphérique à l'aplomb de la marge septentrionale de la plaque Afrique, alors que cette zone fait encore l'objet de nombreux débats sur l'existence ou non de zones de subduction postulées sur l'existence de la dualité calco-alcalin/alcalin du volcanisme néogène [6,12,13,16,17]. Les associations de pyroxènes et spinelle pourraient résulter de transformations minéralogiques d'anciens grenats par décompression adiabatique au cours d'une remontée diapirique ou par réchauffement isobare [5,9,23]. Les températures d'équilibre indiquent un ultime événement de déformations et de recristallisations sous contraintes produit entre 820 et 1080 °C. Le ré-équilibrage final, avant le prélèvement par les basaltes-hôtes, s'est effectué à des températures comprises entre 740 et 900 °C dans le domaine de stabilité des péridotites à spinelle.

L'augmentation du caractère réfractaire depuis les lherzolites porphyroclastiques à spinelle jusqu'aux harzburgites protogranulaires à spinelle et plagioclase s'exprime par une diminution des proportions modales de clinopyroxène et de spinelle, ainsi que par une augmentation de celles de l'olivine et des rapports ${\mathrm{mg}}^{*}$ des roches et cr∗ du spinelle. Les lherzolites équigranulaires à spinelle et plagioclase montrent des caractéristiques, soit intermédiaires entre les lherzolites porphyroclastiques à spinelle et les harzburgites protogranulaires à spinelle et plagioclase, soit comparables à ces dernières. De telles évolutions dans les roches mantelliques peuvent être reliées à des degrés variables de fusion partielle progressive et d'extraction de liquides d'une lherzolite fertile jusqu'à un résidu harzburgitique [2,11]. Dans quelques lherzolites porphyroclastiques à spinelle (CaO/Al₂O₃<1 et ${\mathrm{cr}}_{\mathrm{sp}}^{*}<13$) riches en Al₂O₃ et CaO, les spectres de terres rares de type MORB observés montrent qu'elles ont subi les effets d'un ou plusieurs processus de fusion partielle de faible degré et demeureraient plutôt représentatives d'un manteau faiblement déprimé. Les harzburgites et les lherzolites à spinelle et plagioclase (± amphibole), pauvres en Al₂O₃ et CaO, sont réfractaires, mais enrichies secondairement par des processus de métasomatisme mantellique, comme l'attestent leurs spectres de terres rares en U. Les textures protogranulaires des harzburgites peuvent également être interprétées comme le résultat d'une importante restauration au cours de réactions avec un agent métasomatique dont l'activité est mise en évidence par la présence de pargasite titanifère et de plagioclase moyennement sodique (An_42–54), ainsi que par les spectres enrichis en terres rares légères de ces roches [2,4]. Ce type de spectres est en effet compatible avec un effet chromatographique dû à la percolation de faibles fractions de liquides basaltiques à travers des péridotites initialement appauvries en terres rares légères [2,21,22].

Les enclaves composites mettent en évidence l'existence d'un réseau filonien basaltique anhydre dans le manteau supérieur. Les diopsidites peuvent être considérées comme des ségrégats de basaltes alcalins ayant cristallisé en profondeur dans les conditions de stabilité des péridotites à spinelle. En outre, les diopsidites ont subi, comme les harzburgites encaissantes, un ultime événement de recristallisation sous contrainte, à des températures voisines de 900 °C, au sein de la lithosphère.

L'étude des enclaves ultramafiques de type I d'Aı̈n–Témouchent démontre l'existence d'hétérogénéı̈tés structurales et de composition au sein de la lithosphère. Les transformations minéralogiques et texturales résultent, sans doute, de remontées lithosphériques favorisées par de profonds cisaillements jalonnant la marge septentrionale de l'Afrique [13]. Comme dans les Pyrénées occidentales, les textures équigranulaires à grain fin se forment dans les niveaux les plus superficiels du manteau lithosphérique, à la faveur de cisaillements susceptibles de mettre en relation le manteau supérieur et la croûte supérieure [8]. L'absence de dunites et la faible abondance des harzburgites démontrent que le cortège de xénolites de type I est compatible avec un contexte de lithosphère amincie et cisaillée dans les niveaux superficiels. Les remontées lithosphériques peuvent avoir débuté dès le Trias dans la région, comme en témoigne la présence de lherzolites à spinelle et plagioclase et de roches métamorphiques de HT–BP dans les « complexes triasiques » constituant, soit des diapirs salifères, soit les semelles des nappes telliennes d'Oranie [19]. Un tel schéma impliquant une lithosphère amincie et cisaillée s'intègre parfaitement dans les différentes reconstitutions paléogéographiques qui impliquent un rifting triasique, puis un décrochement cisaillant à l'échelle lithosphérique, accompagnant le déplacement anti-horaire de la plaque Afrique [13]. Ce contexte géodynamique pourrait être relayé ou non localement par des zones de subduction précurseurs des manifestations calco-alcalines miocènes [17].

Les témoins du manteau supérieur d'Oranie, comme ceux, plus septentrionaux, associés aux semelles triasiques des nappes telliennes, sont essentiellement des lherzolites à spinelle et à spinelle et plagioclase. Plus au sud, et à l'intérieur de la plaque africaine (Moyen Atlas marocain et Beni–Bousera), les témoins mantelliques sont des lherzolites à spinelle et des pyroxénites à spinelle et/ou à grenat, équilibrées à plus grande profondeur [15,20]. L'Oranie pourrait donc être une zone intermédiaire entre un domaine mantellique africain franchement continental et une zone d'amincissement lithosphérique liée à un contexte de rifting continental le long d'une grande zone de cisaillement. Le début de ce régime distensif peut se situer au Trias, en relation avec le déplacement de l'Afrique vers l'est, consécutif à l'ouverture de l'océan Atlantique moyen.

Les hétérogénéı̈tés minéralogiques et texturales observées dans les enclaves mantelliques d'Oranie montrent l'importance des cisaillements lithosphériques en régime distensif. L'enrichissement du manteau subcontinental, à des degrés divers, ainsi que le changement du volcanisme, de calco-alcalin à alcalin, pourraient s'expliquer par un contexte géodynamique faisant intervenir une contribution asthénosphérique au Quaternaire, relayant un épisode antérieur de subduction [17]. Un tel contexte doit obligatoirement être caractérisé par d'importants cisaillements à l'échelle de la lithosphère, qui permettent d'expliquer à la fois les hétérogénéités texturales (protogranulaires à mylonitiques) et les enrichissements en éléments en traces des roches mantelliques, car ces cisaillements ont servi de drains magmatiques aux basaltes alcalins asthénosphériques plus tardifs et liés à une intumescence thermique de type « panache ». Les lherzolites porphyroclastiques à spinelle, appauvries en terres rares légères, proviendraient de la lithosphère continentale profonde. Les harzburgites et lherzolites à spinelle et plagioclase ± amphibole proviendraient du manteau lithosphérique, remonté à la faveur de grands cisaillements et enrichi par la percolation des magmas alcalins.