Abridged English version
The dykes of monchiquites studied here were found in the Upper Benue valley (northern Cameroon) (Fig. 1). They are of Cainozoic age (37.5±2.3 Ma), between 0.5 and 1 m thick, with high dip (>70°) and orientations between N70°E and N135°E; the latter are similar to those of the great Panafrican fractures of northern Cameroon [13].
From a petrographic point of view, these monchiquites are alkali lamprophyres (Fig. 2). They have a porphyroblastic texture, with olivine and clinopyroxene phenocrysts (30% by volume), amphibole and/or biotite microcrysts (0.5×0.3 mm) in an analcitic groundmass, with possible feldspars. Ferro-titaniferous oxides and apatite (up to 5% per volume) are also observed as well as millimetric (<5 mm; 2–8% per volume) ocelli filled either by carbonates and feldspars or by carbonates and analcime.
From a mineralogical point of view, olivine is completely pseudomorphosed by carbonates and chlorite; clinopyroxene is an Al- and Ti-rich diopside [14], amphibole is a subsilicic kaersutite [10], biotite is rich in Ti (up to 10% TiO2) – which indicates a crystallization temperature of around 1000 °C (7) – and in Ba (up to 4% BaO); the feldspars are in the form of microlites are sodic sanidine, oligoclase and albite; apatite is rich in fluorine (3.5%) and LREE (0.14 La2O3 and 0.31% Ce2O3).
From a geochemical point of view, the monchiquites studied are undersaturated in silica (38.4–41% SiO2) (Table 2). There are good correlations between MgO and the other major elements (except Na2O and P2O5); correlations are also clear for trace elements, except Ba (Fig. 4). The normalized trace element spectra (Fig. 5) show negative anomalies for Rb and K and positive anomalies for Ba, Th, Nb, La, Ce, Zr, and Ti. The Sr-isotope ratio obtained from monchiquite 6 () is low.
Analyses chimiques représentatives des monchiquites de Tchircotché (ICP et ICP–MS, CRPG–CNRS, Nancy ; précision analytique : [2]; compositions isotopiques du strontium : spectrométrie de masse (VG Sector 54 TIMS), université libre de Bruxelles [1])
Chemical analyses of monchiquites from the Tchircotché area
Échantillon | 6 | 4 | 3 | 5 | 2 |
(% massique) | |||||
SiO2 | 38,67 | 37,84 | 38,51 | 40,17 | 41,00 |
TiO2 | 4,94 | 5,04 | 4,37 | 3,87 | 3,87 |
Al2O3 | 11,83 | 12,42 | 13,36 | 14,00 | 14,67 |
Fe2O3 | 14,31 | 14,94 | 12,88 | 11,38 | 11,14 |
MnO | 0,17 | 0,19 | 0,17 | 0,19 | 0,20 |
MgO | 8,14 | 7,74 | 6,25 | 5,09 | 4,84 |
CaO | 15,26 | 14,63 | 13,21 | 11,19 | 11,19 |
Na2O | 2,41 | 2,12 | 2,29 | 2,45 | 2,11 |
K2O | 1,12 | 1,41 | 2,37 | 3,20 | 3,27 |
P2O5 | 0,77 | 0,86 | 0,88 | 0,88 | 0,91 |
CO2 | 0,21 | 0,31 | 2,52 | 2,60 | 2,61 |
P.F. | 2,04 | 2,41 | 5,23 | 5,80 | 6,42 |
Total | 99,66 | 99,60 | 99,52 | 98,22 | 99,62 |
Norme CIPW (%) | |||||
Ne | 3,60 | 6,53 | 10,49 | 9,18 | |
Lc | 8,94 | 9,72 | 10,97 | 5,54 | |
Ol | 10,90 | 8,87 | 7,24 | 10,63 | 7,04 |
(ppm) | |||||
Be | 2,4 | 2,7 | 2,5 | 2,5 | 2,7 |
Rb | 24 | 30 | 42 | 78 | 53 |
Sr | 912 | 1314 | 1297 | 1407 | 1542 |
Ba | 443 | 894 | 907 | 1410 | 7914 |
V | 434 | 461 | 384 | 331 | 317 |
Cu | 85 | 89 | 79 | 6 | 57 |
Cr | 61 | 52 | 30 | 26 | 19 |
Co | 47 | 47 | 34 | 33 | 25 |
Ni | 75 | 68 | 48 | 42 | 30 |
Sc | 36,2 | 33,2 | 25,3 | 19,3 | 18,4 |
Zn | 103 | 110 | 104 | 105 | 114 |
Y | 31 | 32 | 32 | 33 | 33 |
Zr | 373 | 373 | 405 | 426 | 450 |
Nb | 86 | 82 | 99 | 132 | 119 |
La | 61,5 | 63,7 | 76,8 | 86,9 | 94,4 |
Ce | 139 | 145 | 164 | 179 | 187 |
Nd | 75,4 | 71,5 | 73,9 | 82,6 | 85,2 |
Sm | 14,7 | 14,0 | 13,4 | 14,7 | 15,8 |
Eu | 4,31 | 3,99 | 3,75 | 4,42 | 4,53 |
Gd | 10,8 | 11,9 | 10,7 | 10,7 | 11,6 |
Dy | 7,1 | 6,8 | 6,5 | 6,8 | 7,5 |
Er | 2,7 | 2,8 | 2,7 | 2,7 | 3,5 |
Yb | 1,87 | 1,77 | 1,69 | 2,04 | 2,23 |
Lu | 0,27 | 0,33 | 0,29 | 0,30 | 0,40 |
Th | 14 | 15 | 17 | 22 | 15 |
(87Sr/86Sr)37 Ma | 0,70366 |
These different characteristics of the monchiquites of Tchircotché support the hypothesis that the continental crust does not seem to have played a significant role in their genesis; the monchiquites are supposed to have their origin in a magma generated by a metasomatosed lherzolitic sublithospheric mantle, as suggested for the alkali basalts of the Cameroon line.
1 Introduction
À proximité de Tchircotché (Fig. 1), dans la vallée de la haute Bénoué (Nord du Cameroun), de petits affleurements de filons d'une roche noire, compacte, porphyrique, brièvement décrite en 1959 [9] comme « une monchiquite sans feldspaths, à phénocristaux d'augite, de barkévicite et d'olivine dans une pâte indéterminable » ont été observés, épars dans un rayon de 300 m.
2 Cadre géologique
Les monchiquites se situent à l'intersection du fossé de Garoua, prolongement au Cameroun de la branche de Yola du fossé de la Bénoué et de la Ligne du Cameroun (N30°E). Le fossé de Garoua, limité par des failles normales N120–N130°E (Fig. 1) est rempli de grès crétacés. Des necks et dômes de mugéarites, phonolites, trachytes et rhyolites et des necks et coulées de laves basaltiques oligocènes sont épars dans le fossé [15,16].
Les filons de monchiquites, d'épaisseur comprise entre 0,5 et 1 m, ont des pendages forts (>70°). Leurs orientations sont comprises entre N70°E et N135°E, directions qui coı̈ncident avec celles des grandes fractures panafricaines du Nord du Cameroun [13]. Les grès sont parfois légèrement métamorphisés au contact avec les monchiquites. Une monchiquite de Tchircotché a un âge KAr de 37,5±2,3 Ma, comparable à ceux d'autres laves alcalines de la vallée de la haute Bénoué, compris entre 39,7±0,9 et 34,8±0,8 Ma [16].
3 Pétrographie
Les lamprophyres de Tchircotché (Fig. 2) sont de type alcalin [23,26]. Ils ne contiennent pas de phénocristaux de feldspath. Ce sont donc des monchiquites à texture porphyrique à phénocristaux d'olivine, de clinopyroxène (30 % en volume), et à microphénocristaux (0,5×0,3 mm) d'amphibole et/ou de biotite, dans une matrice analcitique qui peut contenir du feldspath. Les oxydes ferrotitanés et l'apatite (jusqu'à 5 % en volume) sont présents. Ces monchiquites contiennent aussi des ocelles millimétriques (<5 mm ; 2–8 % en volume), remplis, soit par des carbonates et du feldspath, avec quelquefois des microphénocristaux de clinopyroxène et d'amphibole, soit par des carbonates et de l'analcime. Ces ocelles sont semblables à ceux des lamprophyres alcalins d'Otago, Nouvelle-Zélande [3] et du complexe alcalin de Coldwell, Ontario, Canada [12].
4 Minéralogie
Les principales phases minérales des monchiquites de Tchircotché ont été analysées au microanalyseur électronique Camebax à l'université Pierre-et-Marie-Curie, Paris (Tableau 1).
Compositions chimiques des phénocristaux (ph) et xénocristaux (x) (c : cœur, b : bordure), ainsi que des microlites (m). Conditions analytiques : clinopyroxène : 15 kV, 40 nA, 20 s par élément, sauf Ti : 30 s (Fe3+ recalculé selon [5], nomenclature selon [14]); amphibole : 15 kV, 40 nA, 15 s par élément, sauf Ca et Ti : 20 s, Fe et Mn : 25 s, F et Cl : 30 s (Fe3+ recalculé selon [10]); biotite : 15 kV, 10 nA, 20 s par élément, sauf Fe : 15 s, Mn, Na et F : 30 s ; oxydes de FeTi : 20 kV, 40 nA, 40 s par élément sauf Al et Cr: 30 s (Fe3+ recalculé selon [25]); feldspaths :15 kV, 10 nA, 10 s; apatite : 15 kV, 10 nA, 15 s, sauf terres rares : 40 s. Programme de correction PAP [21]
Chemical compositions of phenocrystals (ph) and xenocrystals (sc) (c : core ; b : border), and of microlites (m)
Échantillon | 4 | 4 | 4 | 2 | 3 | 2 | 2 | 3 | 3 | 2 |
clinopyroxène | amphibole | biotite | feldspath | oxydes FeTi | apatite | |||||
(%) | ph, c | ph, b | x, c | ph, c | ph, c | m | m | ph, c | ph, c | ph, c |
SiO2 | 47,59 | 43,45 | 53,92 | 39,09 | 33,38 | 62,27 | 66,41 | 0,63 | ||
TiO2 | 2,35 | 4,30 | 0,20 | 6,59 | 9,87 | 17,15 | 48,81 | |||
Al2O3 | 5,38 | 9,06 | 0,60 | 12,97 | 15,49 | 22,84 | 18,57 | 6,00 | 0,01 | |
Cr2O3 | 0,03 | 0,02 | 0,23 | 0,10 | 0,00 | |||||
Fe2O3 recalculé | 4,10 | 4,95 | 0,53 | 0,08 | 31,89 | 7,00 | ||||
FeO recalculé | 3,23 | 2,95 | 2,25 | 11,86 | 14,26 | 0,34 | 36,15 | 39,78 | ||
MnO | 0,14 | 0,07 | 0,05 | 0,15 | 0,20 | 0,46 | 2,01 | |||
MgO | 13,17 | 11,42 | 16,83 | 12,98 | 11,97 | 7,24 | 1,26 | 0,23 | ||
CaO | 22,83 | 23,08 | 24,53 | 12,36 | 0,05 | 3,08 | 0,06 | 54,03 | ||
Na2O | 0,63 | 0,62 | 0,20 | 2,17 | 0,66 | 6,57 | 5,33 | 0,21 | ||
K2O | 1,55 | 7,74 | 4,11 | 9,02 | ||||||
P2O5 | 40,27 | |||||||||
SrO | 1,15 | 0,00 | 0,37 | |||||||
BaO | 3,38 | 0,08 | 0,06 | |||||||
Ce2O3 | 0,31 | |||||||||
La2O3 | 0,14 | |||||||||
F | 0,29 | 0,62 | 3,46 | |||||||
Cl | 0,02 | 0,05 | 0,33 | |||||||
OF,Cl | 0,13 | 0,27 | 1,53 | |||||||
Total recalculé | 99,45 | 99,93 | 99,34 | 99,73 | 96,73 | 99,82 | 99,79 | 99,00 | 98,87 | 99,27 |
Si | 1,780 | 1,631 | 1,978 | 5,746 | 5,034 | 2,673 | 3,002 | 0,105 | ||
Ti | 0,066 | 0,121 | 0,006 | 0,729 | 1,119 | 0,453 | 0,931 | |||
Al | 0,237 | 0,481 | 0,026 | 2,247 | 2,753 | 1,330 | 0,989 | 0,248 | 0,003 | |
Cr | 0,001 | 0,001 | 0,007 | 0,003 | ||||||
Fe2+ | 0,101 | 0,093 | 0,069 | 1,414 | 1,799 | 0,013 | 1,061 | 0,843 | 0,032 | |
Fe3+ | 0,115 | 0,140 | 0,015 | 0,001 | 0,015 | 0,842 | 0,134 | |||
Mn | 0,004 | 0,002 | 0,002 | 0,019 | 0,026 | 0,014 | 0,043 | |||
Mg | 0,734 | 0,639 | 0,920 | 2,844 | 2,690 | 0,379 | 0,048 | 0,057 | ||
Ca | 0,915 | 0,928 | 0,964 | 1,947 | 0,008 | 0,276 | 0,003 | 9,602 | ||
Na | 0,046 | 0,045 | 0,014 | 0,618 | 0,193 | 0,647 | 0,469 | |||
K | 0,291 | 1,489 | 0,067 | 0,520 | ||||||
P | 5,655 | |||||||||
Sr | 0,004 | 0,035 | ||||||||
Ba | 0,200 | 0,001 | 0,001 | |||||||
La | 0,004 | |||||||||
Ce | 0,009 | |||||||||
F | 0,296 | 1,815 | ||||||||
Cl | 0,013 | 0,093 | ||||||||
(%) | ||||||||||
Mg# | 91 | 87 | 93 | 67 | 60 | |||||
Wo | 48,1 | 48,9 | 49,0 | |||||||
En | 46,6 | 46,1 | 47,5 | |||||||
Fs | 5,33 | 4,98 | 3,5 | |||||||
An | 29,0 | 0,2 | ||||||||
Ab | 64,3 | 47,3 | ||||||||
Or | 6,7 | 52,5 | ||||||||
Usp | 50,5 | |||||||||
Ilm | 93,0 |
L'olivine est complètement pseudomorphosée par des carbonates et de la chlorite. Le clinopyroxène est un diopside (selon [14], riche en Al (4,1<Al2O3 %<10,1) et Ti (1,8<TiO2 %<4,3), avec les teneurs les plus élevées en bordure des phénocristaux. Les valeurs des rapports AlVI/AlIV varient davantage dans les cœurs (0,18–0,72) qu'en bordure (0,13–0,46). Des xénocristaux de diopside (Wo49En48Fs3), craquelés et arrondis, ont des cœurs riches en magnésium (Mg# : 90–94) et en chrome (jusqu'à 0,3 % de Cr2O3) et pauvres en Ti et en Al (Fig. 3). L'amphibole est une kaersutite subsilicique (Si : 5,5–5,8 ; Mg# : 52–67) selon [10]. Les températures et pression d'équilibre estimées d'après [20] sont respectivement comprises entre 950 et 1050 °C (±40 °C) et de l'ordre de 4 kbar (avec PH2O<Ptotale, d'après [19]). La biotite (58<Mg#<68) est riche en Ti (jusqu'à 10,0 % de TiO2), indiquant une cristallisation sous une température d'environ 1000 °C, d'après [7], et en Ba (jusqu'à 4,0 % de BaO). La titanomagnétite (50<Usp %<55) et l'ilménite (TiO2≈50 %) ont des compositions semblables à celles des monchiquites du complexe alcalin sous-saturé de Kokoumi [18] et des basaltes alcalins de la Ligne du Cameroun [4]. L'équilibre ilménite–titanomagnétite donne des températures de 810 à 850 °C (±20 °C) et des fO2 de 10−14 à 10−15 (±0,5×10−15) atm, d'après [24]. La sanidine sodique (Or66Or52), l'oligoclase (An29An16) et l'albite (Ab100Ab95) sont présentes en microlites. La coexistence d'oligoclase et/ou d'albite avec la sanidine suggère une température de cristallisation en deçà du solvus. L'apatite est riche en fluor (3,5 %) et en terres rares légères (0,14 % de La2O3 et 0,31 % de Ce2O3).
5 Géochimie
Les monchiquites sont des roches sous-saturées en silice (38,4–41,0 % SiO2), différenciées (Mg#=51–58), à olivine, néphéline et/ou leucite (>5 %) normatives (Tableau 2). Il existe de bonnes corrélations linéaires entre MgO et les autres éléments majeurs (sauf Na2O et P2O5) pour l'ensemble des monchiquites de Tchircotché et les corrélations sont également nettes pour les éléments en traces, sauf pour Ba (Fig. 4). Les spectres d'éléments en traces normalisés (Fig. 5) ont des anomalies négatives en Rb et K et positives en Ba, Th, Nb, La, Ce, Zr et Ti. Les valeurs des rapports (La/Yb)N sont élevées (21,4–30,7). La composition isotopique initiale du strontium de la monchiquite 6, recalculée à 37 Ma, est de , valeur identique à celles des basaltes de la Ligne du Cameroun [6,11,17] et des monchiquites de Kokoumi [18]. Ces données isotopiques indiquent une source mantellique commune pour les magmas basaltiques et monchiquitiques de la Ligne du Cameroun.
6 Discussion
L'évolution géochimique de la série des monchiquites s'explique par la cristallisation fractionnée précoce (Fig. 4) d'olivine (diminution des teneurs en MgO et Ni), de clinopyroxène (diminution de CaO, Sc, Cr), et plus tardive de magnétite, d'ilménite (diminution des teneurs en TiO2, Fe2O3 et V) et d'apatite (P2O5), voire d'amphibole (CaO) et de feldspathoı̈des (Al2O3), à partir d'un magma parent à caractère évolué (Ni<80 ppm, Cr<23 ppm, MgO<9 %).
La croûte continentale ne semble pas avoir joué de rôle significatif dans la genèse des monchiquites de Tchircotché, ainsi que l'attestent l'absence d'anomalie négative en Nb (Fig. 5) et le rapport isotopique initial du strontium faible. Les teneurs élevées en éléments incompatibles (Tableau 2) et la présence de phases minérales (amphibole, mica, carbonates) riches en volatils suggèrent que les magmas dont dériveraient les monchiquites proviendraient d'un manteau sous-lithosphérique lherzolitique métasomatisé, comme cela a été proposé par ailleurs pour les basaltes alcalins de la Ligne du Cameroun [4]. Cependant, les valeurs élevées des rapports LaN/YbN (21,4–30,7) indiquent des taux de fusion partielle plus faibles que pour ceux des basaltes alcalins du domaine continental de la Ligne du Cameroun (12<LaN/YbN<22, données non publiées). Au cours de leur ascension à travers la lithosphère, les magmas parents des monchiquites auraient incorporé des xénocristaux de Cr-diopside d'origine mantellique, riches en Mg, Cr et pauvres en Ti et AlIV (Fig. 3). La différenciation aurait eu lieu dans des réservoirs situés vers 35–40 km, en dessous de la limite croûte–manteau (20–23 km [22]).
Remerciements
Le présent travail, partie d'une thèse de doctorat de l'université Pierre et Marie Curie (I.N.), a bénéficié du financement du ministère français de la Coopération et du Développement. Les auteurs remercient C. Moreau et D. Ohnenstetter pour leurs commentaires constructifs.