O campo vulcânico Patagônico é composto pelo vulcanismo datado do Quaternário ao Cretáceo e está amplamente distribuído no ambiente geotectônico de extra back-arc continental. Onze vulcões associados à ocorrência de xenólitos mantélicos estão situados dos 36°13’S aos 44°52’S. Estes vulcões são dominantemente compostos por basanitos e a basaltos alcalinos, que são divididos em dois grupos com base em aspectos petrográficos, geoquímicos e isotópicos. (Grupos I e II). Estes Grupos estão relacionados a fontes mantélicas similares, mas foram submetidos a diferentes processos metassomáticos. Os Grupos I e I foram gerados a partir de baixas taxas de fusão a partir de uma fonte mantélica do tipo OIB na zona de estabilidade da granada, mas o Grupo II tem características de manto enriquecido (EMII) possivelmente herdadas de um agente metassomático relacionado à zona de subducção, enquanto que o Grupo I demonstra assinatura geoquímica de magmas tipo OIB relacionados a fontes mantélicas ricas em flogopita. Os basaltos alcalinos do vulcão Agua Poca (37º01’S - 68º07’W) pertencem ao Grupo II e são traquibasaltos. O vulcão Agua Poca é definido é piroclástico monogenético, é composto por intercalações de camadas de spatter e cinder, hospeda xenólitos mantélicos e está localizado a oeste da Província de La Pampa, no extremo norte da Argentina. As amostras de xenólitos mostram textura protogranular, protogranular a porfiroclástica, porfiroclástica e porfiroclástica a equigranular e são compostos por olivina (fosterita), ortopiroxênio (enstatita), clinopiroxênio (diopsídio) e espinélio (sp). Os xenólitos estudados são peridotitos da fácies espinélio e piroxenitos anidros em basaltos alcalinos do Pleistoceno com #Mg em rocha total de 89 a 91. As assinaturas geoquímicas desses xenólitos mostram correlação negativa entre os principais óxidos quando dispostos contra o #Mg e estão empobrecidos em elementos incompatíveis em relação ao manto primitivo (MP). Os xenólitos do vulcão Agua Poca são caracterizados pelo empobrecimento de ETRP e ETRM normalizados para o MP e pelo fracionamento de ETRL em relação aos ETRP (CeN/YbN = 0,15-0,5), com exceção da amostra HAP10 (1,46). Esse comportamento indica que os xenólitos do terreno Cuyania são o resultado de 1 a 10% de fusão do DMM (Manto Depletado) ou de 8 a 17% do MP (Manto Primitivo). Em geral, os peridotitos mostram anomalias positivas de Ba, U, Ta, Pb, Zr e Ti; e anomalias negativas de Rb, Th, Nb, La e Y, enquanto que os piroxenitos mostram anomalias positivas de Ba, U, Ta e Pb; e anomalias negativas de Th, Nb, La, Zr, Hf, Ti e Y. Curvas de mistura calculadas para o resíduo de fusão do MP/DMM com a composição de fluídos/sedimentos derivados de ambientes de subducção indicam interação do manto com até 3% de fluídos/sedimentos. As razões 87Sr/86Sr (0,702874 - 0,704999, com média de 0,704035) são muito similares àquelas definidas para peridotitos com fonte tipo OIB. Agua Poca tem razões 87Sr/86Sr, que estão abaixo daquelas definidas para peridotitos metassomatizados (usualmente >0,705). As razões de Nb/Ta sugerem a presença de um reservatório eclogítico refratário subductado fusão parcial gerando líquidos alcalinos com razões Nb/Ta supercondríticas. / The Patagonian Volcanic Field composed of late Cretaceous to Quaternary volcanism is widely distributed in a continental extra back-arc geotectonic environment. Eleven monogenetic volcanoes accompanied with ultramafic xenoliths are situated from 36°13′S to 44°52′S. These volcanoes are dominantly composed of basanite to alkaline basalt, which are divided into two groups, based on mineralogy, geochemical and isotope compositions (Groups I and II). These Groups are originated from the similar subcontinental mantle sources, but were undergone to different metasomatism processes. Groups I and II were generated from low melting degrees of an OIB-like garnet peridotite, but the Group II has enriched mantle (EMII) characteristics possibly inherited from on-going subduction related metasomatism, while Group I demonstrates the OIB-like signature, which might result from phlogopite-bearing in the subcontinental lithosphere. The alkaline basalts from Agua Poca volcano (37º01’S - 68º07’W) belong to the Group II and are trachybasalts. The Agua Poca volcano is a monogenetic pyroclastic volcano composed by intercalation of spatter and cinder layers, host ultramafic mantle xenoliths and is located in the West of the La Pampa Province, Northernmost of Argentine Patagonia. The xenoliths show protogranular, protogranular to porphyroclastic, porphyroclastic and porphyroclastic to equigranular textures, and are composed of olivine (fosterite), orthopyroxene (enstatite), clinopyroxene (diopside) and spinel (sp). The studied xenoliths are anhydrous spinel-bearing peridotite and pyroxenite xenoliths in Pleistocene alkali basalts with whole rock Mg# from 88 to 91. Geochemical signatures of the mantle xenoliths show negative correlation between main oxides against Mg# and depletion in incompatible elements compared to primitive mantle (PM). Agua Poca mantle xenoliths are characterized by flat Sun & McDonough (1989) primitive mantle (PM) normalized HREE and MREE patterns, and depletion of LREE compared to HREE (CeN/YbN = 0.15-0.5), with exception of the HAP10 (1.46) sample. These characteristics suggest that partial melting event is the main process responsible for the generation of these xenoliths. Model calculations suggest that the xenoliths are the result of 1 to 10% of DMM (Depleted Mantle MORB) or 8 to 17% of PM partial melting. Peridotite samples show positive anomalies of Ba, U, Ta, Pb, Zr and Ti; and negative anomalies of Rb, Th, Nb, La and Y, while the pyroxenite samples show positive anomalies of Ba, U, Ta and Pb; and negative anomalies of Th, Nb, La, Zr, Hf, Ti and Y. Mixing curves calculated to mixtures of melting residue of PM/DMM and fluid or sediment compositions related to subduction tectonic setting end members suggest up to 3% of interaction of the fluid sediment on the depleted mantle residue. 87Sr/86Sr ratios (0.702874 - 0.704999, with average of 0.704035) are similar to those defined to peridotites with OIB source (87Sr/86Sr = 0.70244 to 0.70502), being close to Depleted Mantle (DM; 87Sr/86Sr = 0.7023 to 0.7032) values. Nb/Ta ratios suggest that Agua Poca xenoliths were undergone to partial melting processes that generated alkaline magmas with superchondritic Nb/Ta ratios.

O campo vulcânico Patagônico é composto pelo vulcanismo datado do Quaternário ao Cretáceo e está amplamente distribuído no ambiente geotectônico de extra back-arc continental. Onze vulcões associados à ocorrência de xenólitos mantélicos estão situados dos 36°13’S aos 44°52’S. Estes vulcões são dominantemente compostos por basanitos e a basaltos alcalinos, que são divididos em dois grupos com base em aspectos petrográficos, geoquímicos e isotópicos. (Grupos I e II). Estes Grupos estão relacionados a fontes mantélicas similares, mas foram submetidos a diferentes processos metassomáticos. Os Grupos I e I foram gerados a partir de baixas taxas de fusão a partir de uma fonte mantélica do tipo OIB na zona de estabilidade da granada, mas o Grupo II tem características de manto enriquecido (EMII) possivelmente herdadas de um agente metassomático relacionado à zona de subducção, enquanto que o Grupo I demonstra assinatura geoquímica de magmas tipo OIB relacionados a fontes mantélicas ricas em flogopita. Os basaltos alcalinos do vulcão Agua Poca (37º01’S - 68º07’W) pertencem ao Grupo II e são traquibasaltos. O vulcão Agua Poca é definido é piroclástico monogenético, é composto por intercalações de camadas de spatter e cinder, hospeda xenólitos mantélicos e está localizado a oeste da Província de La Pampa, no extremo norte da Argentina. As amostras de xenólitos mostram textura protogranular, protogranular a porfiroclástica, porfiroclástica e porfiroclástica a equigranular e são compostos por olivina (fosterita), ortopiroxênio (enstatita), clinopiroxênio (diopsídio) e espinélio (sp). Os xenólitos estudados são peridotitos da fácies espinélio e piroxenitos anidros em basaltos alcalinos do Pleistoceno com #Mg em rocha total de 89 a 91. As assinaturas geoquímicas desses xenólitos mostram correlação negativa entre os principais óxidos quando dispostos contra o #Mg e estão empobrecidos em elementos incompatíveis em relação ao manto primitivo (MP). Os xenólitos do vulcão Agua Poca são caracterizados pelo empobrecimento de ETRP e ETRM normalizados para o MP e pelo fracionamento de ETRL em relação aos ETRP (CeN/YbN = 0,15-0,5), com exceção da amostra HAP10 (1,46). Esse comportamento indica que os xenólitos do terreno Cuyania são o resultado de 1 a 10% de fusão do DMM (Manto Depletado) ou de 8 a 17% do MP (Manto Primitivo). Em geral, os peridotitos mostram anomalias positivas de Ba, U, Ta, Pb, Zr e Ti; e anomalias negativas de Rb, Th, Nb, La e Y, enquanto que os piroxenitos mostram anomalias positivas de Ba, U, Ta e Pb; e anomalias negativas de Th, Nb, La, Zr, Hf, Ti e Y. Curvas de mistura calculadas para o resíduo de fusão do MP/DMM com a composição de fluídos/sedimentos derivados de ambientes de subducção indicam interação do manto com até 3% de fluídos/sedimentos. As razões 87Sr/86Sr (0,702874 - 0,704999, com média de 0,704035) são muito similares àquelas definidas para peridotitos com fonte tipo OIB. Agua Poca tem razões 87Sr/86Sr, que estão abaixo daquelas definidas para peridotitos metassomatizados (usualmente >0,705). As razões de Nb/Ta sugerem a presença de um reservatório eclogítico refratário subductado fusão parcial gerando líquidos alcalinos com razões Nb/Ta supercondríticas. / The Patagonian Volcanic Field composed of late Cretaceous to Quaternary volcanism is widely distributed in a continental extra back-arc geotectonic environment. Eleven monogenetic volcanoes accompanied with ultramafic xenoliths are situated from 36°13′S to 44°52′S. These volcanoes are dominantly composed of basanite to alkaline basalt, which are divided into two groups, based on mineralogy, geochemical and isotope compositions (Groups I and II). These Groups are originated from the similar subcontinental mantle sources, but were undergone to different metasomatism processes. Groups I and II were generated from low melting degrees of an OIB-like garnet peridotite, but the Group II has enriched mantle (EMII) characteristics possibly inherited from on-going subduction related metasomatism, while Group I demonstrates the OIB-like signature, which might result from phlogopite-bearing in the subcontinental lithosphere. The alkaline basalts from Agua Poca volcano (37º01’S - 68º07’W) belong to the Group II and are trachybasalts. The Agua Poca volcano is a monogenetic pyroclastic volcano composed by intercalation of spatter and cinder layers, host ultramafic mantle xenoliths and is located in the West of the La Pampa Province, Northernmost of Argentine Patagonia. The xenoliths show protogranular, protogranular to porphyroclastic, porphyroclastic and porphyroclastic to equigranular textures, and are composed of olivine (fosterite), orthopyroxene (enstatite), clinopyroxene (diopside) and spinel (sp). The studied xenoliths are anhydrous spinel-bearing peridotite and pyroxenite xenoliths in Pleistocene alkali basalts with whole rock Mg# from 88 to 91. Geochemical signatures of the mantle xenoliths show negative correlation between main oxides against Mg# and depletion in incompatible elements compared to primitive mantle (PM). Agua Poca mantle xenoliths are characterized by flat Sun & McDonough (1989) primitive mantle (PM) normalized HREE and MREE patterns, and depletion of LREE compared to HREE (CeN/YbN = 0.15-0.5), with exception of the HAP10 (1.46) sample. These characteristics suggest that partial melting event is the main process responsible for the generation of these xenoliths. Model calculations suggest that the xenoliths are the result of 1 to 10% of DMM (Depleted Mantle MORB) or 8 to 17% of PM partial melting. Peridotite samples show positive anomalies of Ba, U, Ta, Pb, Zr and Ti; and negative anomalies of Rb, Th, Nb, La and Y, while the pyroxenite samples show positive anomalies of Ba, U, Ta and Pb; and negative anomalies of Th, Nb, La, Zr, Hf, Ti and Y. Mixing curves calculated to mixtures of melting residue of PM/DMM and fluid or sediment compositions related to subduction tectonic setting end members suggest up to 3% of interaction of the fluid sediment on the depleted mantle residue. 87Sr/86Sr ratios (0.702874 - 0.704999, with average of 0.704035) are similar to those defined to peridotites with OIB source (87Sr/86Sr = 0.70244 to 0.70502), being close to Depleted Mantle (DM; 87Sr/86Sr = 0.7023 to 0.7032) values. Nb/Ta ratios suggest that Agua Poca xenoliths were undergone to partial melting processes that generated alkaline magmas with superchondritic Nb/Ta ratios.

O campo vulcânico Patagônico é composto pelo vulcanismo datado do Quaternário ao Cretáceo e está amplamente distribuído no ambiente geotectônico de extra back-arc continental. Onze vulcões associados à ocorrência de xenólitos mantélicos estão situados dos 36°13’S aos 44°52’S. Estes vulcões são dominantemente compostos por basanitos e a basaltos alcalinos, que são divididos em dois grupos com base em aspectos petrográficos, geoquímicos e isotópicos. (Grupos I e II). Estes Grupos estão relacionados a fontes mantélicas similares, mas foram submetidos a diferentes processos metassomáticos. Os Grupos I e I foram gerados a partir de baixas taxas de fusão a partir de uma fonte mantélica do tipo OIB na zona de estabilidade da granada, mas o Grupo II tem características de manto enriquecido (EMII) possivelmente herdadas de um agente metassomático relacionado à zona de subducção, enquanto que o Grupo I demonstra assinatura geoquímica de magmas tipo OIB relacionados a fontes mantélicas ricas em flogopita. Os basaltos alcalinos do vulcão Agua Poca (37º01’S - 68º07’W) pertencem ao Grupo II e são traquibasaltos. O vulcão Agua Poca é definido é piroclástico monogenético, é composto por intercalações de camadas de spatter e cinder, hospeda xenólitos mantélicos e está localizado a oeste da Província de La Pampa, no extremo norte da Argentina. As amostras de xenólitos mostram textura protogranular, protogranular a porfiroclástica, porfiroclástica e porfiroclástica a equigranular e são compostos por olivina (fosterita), ortopiroxênio (enstatita), clinopiroxênio (diopsídio) e espinélio (sp). Os xenólitos estudados são peridotitos da fácies espinélio e piroxenitos anidros em basaltos alcalinos do Pleistoceno com #Mg em rocha total de 89 a 91. As assinaturas geoquímicas desses xenólitos mostram correlação negativa entre os principais óxidos quando dispostos contra o #Mg e estão empobrecidos em elementos incompatíveis em relação ao manto primitivo (MP). Os xenólitos do vulcão Agua Poca são caracterizados pelo empobrecimento de ETRP e ETRM normalizados para o MP e pelo fracionamento de ETRL em relação aos ETRP (CeN/YbN = 0,15-0,5), com exceção da amostra HAP10 (1,46). Esse comportamento indica que os xenólitos do terreno Cuyania são o resultado de 1 a 10% de fusão do DMM (Manto Depletado) ou de 8 a 17% do MP (Manto Primitivo). Em geral, os peridotitos mostram anomalias positivas de Ba, U, Ta, Pb, Zr e Ti; e anomalias negativas de Rb, Th, Nb, La e Y, enquanto que os piroxenitos mostram anomalias positivas de Ba, U, Ta e Pb; e anomalias negativas de Th, Nb, La, Zr, Hf, Ti e Y. Curvas de mistura calculadas para o resíduo de fusão do MP/DMM com a composição de fluídos/sedimentos derivados de ambientes de subducção indicam interação do manto com até 3% de fluídos/sedimentos. As razões 87Sr/86Sr (0,702874 - 0,704999, com média de 0,704035) são muito similares àquelas definidas para peridotitos com fonte tipo OIB. Agua Poca tem razões 87Sr/86Sr, que estão abaixo daquelas definidas para peridotitos metassomatizados (usualmente >0,705). As razões de Nb/Ta sugerem a presença de um reservatório eclogítico refratário subductado fusão parcial gerando líquidos alcalinos com razões Nb/Ta supercondríticas. / The Patagonian Volcanic Field composed of late Cretaceous to Quaternary volcanism is widely distributed in a continental extra back-arc geotectonic environment. Eleven monogenetic volcanoes accompanied with ultramafic xenoliths are situated from 36°13′S to 44°52′S. These volcanoes are dominantly composed of basanite to alkaline basalt, which are divided into two groups, based on mineralogy, geochemical and isotope compositions (Groups I and II). These Groups are originated from the similar subcontinental mantle sources, but were undergone to different metasomatism processes. Groups I and II were generated from low melting degrees of an OIB-like garnet peridotite, but the Group II has enriched mantle (EMII) characteristics possibly inherited from on-going subduction related metasomatism, while Group I demonstrates the OIB-like signature, which might result from phlogopite-bearing in the subcontinental lithosphere. The alkaline basalts from Agua Poca volcano (37º01’S - 68º07’W) belong to the Group II and are trachybasalts. The Agua Poca volcano is a monogenetic pyroclastic volcano composed by intercalation of spatter and cinder layers, host ultramafic mantle xenoliths and is located in the West of the La Pampa Province, Northernmost of Argentine Patagonia. The xenoliths show protogranular, protogranular to porphyroclastic, porphyroclastic and porphyroclastic to equigranular textures, and are composed of olivine (fosterite), orthopyroxene (enstatite), clinopyroxene (diopside) and spinel (sp). The studied xenoliths are anhydrous spinel-bearing peridotite and pyroxenite xenoliths in Pleistocene alkali basalts with whole rock Mg# from 88 to 91. Geochemical signatures of the mantle xenoliths show negative correlation between main oxides against Mg# and depletion in incompatible elements compared to primitive mantle (PM). Agua Poca mantle xenoliths are characterized by flat Sun & McDonough (1989) primitive mantle (PM) normalized HREE and MREE patterns, and depletion of LREE compared to HREE (CeN/YbN = 0.15-0.5), with exception of the HAP10 (1.46) sample. These characteristics suggest that partial melting event is the main process responsible for the generation of these xenoliths. Model calculations suggest that the xenoliths are the result of 1 to 10% of DMM (Depleted Mantle MORB) or 8 to 17% of PM partial melting. Peridotite samples show positive anomalies of Ba, U, Ta, Pb, Zr and Ti; and negative anomalies of Rb, Th, Nb, La and Y, while the pyroxenite samples show positive anomalies of Ba, U, Ta and Pb; and negative anomalies of Th, Nb, La, Zr, Hf, Ti and Y. Mixing curves calculated to mixtures of melting residue of PM/DMM and fluid or sediment compositions related to subduction tectonic setting end members suggest up to 3% of interaction of the fluid sediment on the depleted mantle residue. 87Sr/86Sr ratios (0.702874 - 0.704999, with average of 0.704035) are similar to those defined to peridotites with OIB source (87Sr/86Sr = 0.70244 to 0.70502), being close to Depleted Mantle (DM; 87Sr/86Sr = 0.7023 to 0.7032) values. Nb/Ta ratios suggest that Agua Poca xenoliths were undergone to partial melting processes that generated alkaline magmas with superchondritic Nb/Ta ratios.

Les parties distales des marges passives pauvres en magma représentent la transition complexe entre les domaines continentaux et océaniques. Ces zones encore peu étudiées sont pourtant des endroits clefs pour comprendre les processus impliqués durant les premiers stades de l’accrétion océanique, et plus particulièrement ceux du magmatisme et du métasomatisme. Durant ces premiers stades, ces deux processus sont gouvernés par l’exhumation mantellique. L’interaction entre les liquides magmatiques, les roches du manteau et les fluides marins vont affecter le régime thermique de la marge. De par le monde, seulement deux Transitions Océan-Continent (TOC) ont pu bénéficier d’investigations scientifiques poussées et constituent naturellement les deux sites d’études de cette thèse, à savoir, les marges actuelles conjuguées d’Ibérie-Terre Neuve du sud de l’Atlantique Nord ainsi que les marges fossiles de la Platta et de Tasna, fragments de TOCs de la Téthys Alpine Jurassique. En combinant les études de terrain ainsi que les investigations minéralogiques, pétrologiques et géochimiques, nous avons pu contraindre trois processus clefs se déroulant dans les TOCs. (i) La percolation de liquide magmatique imprégnant le manteau sous-continental hérité dans les marges Ibérie-Terre Neuve permet une refertilisation de ces marges distales. (ii) La transition géochimique visible entre les basaltes des TOCs et les basaltes de dorsales océaniques peut s’appréhender par la fusion partielle du manteau sous-continental refertilisé. (iii) Le rôle des fluides hydrothermaux, ayant des températures comprises entre 60°C et 190°C, joue un rôle sur le métasomatisme de la lithosphère en produisant une intense serpentinisation et rodingitisation, respectivement du manteau sous-continental en exhumation et des dykes basaltiques. Ces températures étant cohérentes avec une exhumation mantellique au niveau du plancher océanique. / Distal parts of magma-poor rifted margins represent a complex transition between continental and oceanic domains. These areas remain poorly understood while being a key-place to unravel magmatic and metasomatic processes involved during the first stages of oceanization. At this time, these processes are enhanced by mantle exhumation, and the interaction between melts, mantle rocks and fluids affect the thermal regime of the margin. So far, only two Ocean-Continent Transitions (OCT) have been particularly investigated, namely the present-day Iberia Newfoundland conjugate margins and the fossil analog Platta-Tasna nappes, remnants of the Jurassic Alpine-Tethys OCTs. Studies presented in this Ph.D. thesis have been focused on these two margins. Here, by combining field-works, petrological, mineralogical and geochemical investigations, we have unraveled in OCTs three key-points: (i) The deep porous-flow melt percolation impregnating the long-lived inherited subcontinental mantle in Iberia-Newfoundland margins allow the refertilization of these distal domains; (ii) The geochemical transition depicted from OCT-basalts towards MOR-basalts can be explained by the partial melting of the refertilized subcontinental mantle; (iii) The role of active hydrothermal fluids, on both the exhumed mantle and basalt dikes, lead to the serpentinisation and the rodingitization respectively, at temperature ranging between 60°C and 190°C. These temperatures being consistent with the ongoing mantle exhumation towards near-seafloor conditions.