Evolution of the upper mantle under the Assab Region (Ethiopia): Suggestions from petrology and geochemistry of tectonitic ultramafic xenoliths and host basaltic lavas

New data on major and trace elements geochemistry of the Assab Range (Ethiopia) basalts and enclosed mantle xenoliths are presented and discussed.Mantle ultramafics consist of spinel-peridotites and minor green spinel-pyroxenites (sometimes present as dykes within the former ones). Petrography and mineral chemistry indicate that both xenoliths families underwent a common subsolidus equilibrium crystallization at 1050°–1100° C., in the spinel-peridotite stability field.REE data on whole rock and on separated phases (cpx, opx and ol) have been obtained by RNAA. Spinel-peridotites exhibit LREE-enriched — HREE-depleted patterns with respect to chondrites. Mass balance calculations indicate that this is a characteristic feature of spinel-peridotite xenoliths which cannot be solely imputed to host basalt contamination.Xenoliths selected as representative of different depletion intensities, suffered by Assab spinel-peridotites prior to their subsolidus equilibration, show dependences from major elements composition in their REE geochemistry and wide variations in the measured REE partition values among coexisting phases.Concordancy in the REE compositions of liquids calculated utilizing the measured REE partitioning in the different xenoliths and theShaw's (1970) mass balance equation for non-modal equilibrium melting, confirms that the measured REE distribution represent equilibrium conditions.Theoretical least fusion liquids differ from the least differentiated among the enclosing basalts, both in their La/Lu ratio and in the total REE concentrations. Some similarities are observed with the composition of the pyroxenite dykes, however no firm conclusions on the comagmaticity of the two xenoliths types are reached.Trace geochemistry (REE, Ba, Sr, Cs, Rb, U, Th, Hf, Zr, Ta, Sc, Cr, Co, Ni: RNAA, INAA) on the host basalts indicates that the primary alkaline melts underwent an indipendent differentiation history by fractional crystallization at intermediate pressure conditions prior to the mantle xenoliths inclusion.Extrapolated seismic velocities for the Assab mantle xenoliths allow to ascribe them to the 7.3–7.7 V_P layer, underlying the crustal layers in the Assab and Afar area, as recognized on the basis of the geophysical surveys.In light of the above evidences, an evolutive picture of the Assab association is proposed which takes into account present day knowledges on the geodynamic evolution of the Afar-Red Sea system.

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Zusammenfassung Die ultrabasischen Gesteine des Mantels der Zone Assab (Äthiopien) bestehen aus Spinell-Peridotiten und aus wenigen grünen Spinell-Pyroxeniten (manchmal sind sie in Form von Intrusivgängen in den Spinell-Peridotiten). Die Petrologie und die Mineralchemie zeigen, daß die zwei Xenolith-Familien eine gemeinsame Rekristallisation unter Gleichgewicht bei den Temperaturen 1050°–1100° C im Stabilitäts-Feld der Spinell-Peridotite hatten.Die Daten über die Seltenen Erden im Gesamtgestein und die getrennten Mineralien (cpx, opx und 01) wurden mit der RNAA-Methode erhalten. Die Spinell-Peridotite zeigen eine Anreicherung an leichten Seltenen Erden und eine Verarmung an schweren Seltenen Erden in Beziehung auf die Chondrite.Die Berechnungen der Massengleichgewichte zeigen an, daß dies eine Charakteristik von Spinell-Peridotit-Xenolithen darstellt, die nicht auf eine Verunreinigung durch die umgebenden Basalte zurückgeführt werden darf.Xenolithe aus verschiedenen Stadien der Aufschmelzung zeigen einfache Beziehungen zwischen Hauptelementen und der Geochemie der Seltenen Erden und weite Variationen der Verteilungs-Koeffizienten der Seltenen Erden unter koexistenten Phasen.Die Geochemie der Spurenelemente (REE, Ba, Sr, Cs, Rb, U, Th, Hf, Zr, Ta, Sc, Cr, Co, Ni: RNAA, INAA) in den Basalten zeigt, daß sich das primäre, alkalische Magma durch fraktionierte Kristallisation differenziert hat bevor die Peridotiteinschlüsse auftraten.Diese Beobachtungen stehen im Einklang mit der modernen Erkenntnis über die geodynamische Entwicklung der Afar-Region und des Roten Meeres.

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Résumé Dans ce travail nous presentons des nouvelles données sur la géochimie des éléments majeurs et en traces dans les basaltes et dans les enclaves du manteau de la zone d'Assab (Éthiopie).Les enclaves; ultrabasiques du manteau sont constituées par des peridotites à spinelle et subordonnément par des pyroxenites à spinelle (quelquefois en forme de dykes dans les (peridotites). La pétrographie et la chimie des mineraux indiquent que les deux familles des enclaves esseurent une commune recristallization à l'équilibre aux temperatures de l'ordre de 1050°–1100° C dans le champ de stabilité de la peridotite à spinelle.Les données sur les terres rares dans la roche totale et dans les minéraux séparés ont été obtenues par RNAA. Les peridotites à spinelle montrent des patterns enrichis en terres rares légères et appauvries en terres rares lourdes par rapport à les aux condrites. Des calculs de balance de masse indiquent que cette caractéristique ne peut pas être attribuée simplément à la contamination par le basalte encaissant.Des enclaves sélectionées comme residus des differentes intensités de fusion partielle montrent des relations simples entre éléments majeurs et la géochimie des terres rares et des importantes variations des coefficients de partage des terres rares entre les differentes mineraux coexistants dans le même enclave.D'ailleurs la concordance entre les compositions en terres rares des differents liquides calculés à partir de la distribution des terres rares entre les mineraux des differents enclaves (en utilisant la loi deShaw, 1970) montre que les distributions mesurées sont representatives des conditions d'équilibre.Les liquides théoriques de fusion minime ont des valeurs differentes La/Lu et des teneurs differentes en terres rares par rapport à les laves aux encaissantes. Par contre quelque similitude peut-être envisagée avec les pyroxenites cependant les données actuelles ne permettent pas de rejoindre des conclusions sur la comagmaticitée des deux familles des enclaves.La géochimie des traces (REE, Ba, Sr, Cs, Rb, U, Th, Hf, Zr, Ta, Sc, Cr, Co, Ni: RNAA, INAA) sur les laves encaissantes montre que le magma alcalin primaire a differencié par cristallization fractionnée à des conditions de pression intermediaire avant d'encaisser les enclaves du manteau.Les vitesses seismiques déduites pour les enclaves du manteau à partir des données experimentales permettent d'identifier ces matériaux avec la couche à vitesse V_P=7.3 –7.7 sous la région d'Assab et de l'Afar.Un modèle evolutif de l'association étudiée est presenté tout en considérant les conaissances actuelles de l'evolution geodinamique du sytème Afar-Mer Rouge.

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, . , , , - - , -. , 1050–1100 °C . — , ol — RNAA. . , , . , . — La/Lu, REE — , . — , Ba, Sr, Cs, Rb, U, Th, Hf, Zr, Ta, Sc, Cr, Co, Ni: RNAA, INAA — , . , — .

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