Abstract

Deep submarine explosive volcanism has been a topic of controversy for over 20 years. The role seawater pressure plays in inhibiting volatile phase expansion and thereby the depth of submarine explosive eruptions has been the topic of rigorous debate. Until now, the water-vapour curve has been interpreted to mean that the pressure exerted by the overlying seawater column is significant enough to inhibit explosive volcanism at depth. This interpretation assumes that pyroclastic eruptions cannot occur below the critical point of seawater (31.5 MPa or 3.15 km water depth) in the region of the two phase liquid-vapour fields. In fact, most eruptions are interpreted to occur at depths much shallower than 3.15 km, i.e., 0.5 to 1.0 km. What has been overlooked, however, is that volatile phase expansion (specific volume changes in P-T space) plays an important, if not dominant, role in explosive eruptions at depths greater than this critical point. This controversy has led to debate on the environment of formation of volcanic massive sulfide deposits (VMS), because "pyroclastics" are recognized in both the footwall and (or) hangingwall sequences of many of them and are commonly interpreted as reworked, mass-flow deposits from shallow water rather than of deep-water origin, i.e., they have no genetic relationship with the formation and distribution of VMS deposits. To evaluate the possibility that submarine eruptions can occur at depths greater than 1 km, the 1-D numerical model CONFLOW was used. This program uses a specified melt composition, conduit diameter and length, and the initial temperature and pressure at the base of the conduit to calculate the pressure gradient in a conduit of constant cross-sectional area, the enthalpy of the magma, the viscosity of the volatile-magma mixture at specified P-T conditions, the fragmentation depth where the volume fraction gas is 75% (vg ≌ 0.75), and the exit velocity of the volatile-magma mixture. Results of the CONFLOW modelling support our hypothesis that magmatic volatile phase expansion is alone capable of providing enough energy and high enough melt/gas ratio, to initiate submarine pyroclastic eruptions in silicic magmasto the water depths typically associated with VMS genesis, i.e., below the two-phase (liquid-vapour) region for seawater. RÉSUMÉ Le volcanisme sous-marin explosif a été l'objet de controverse pendant plus de vingt ans. Le rôle inhibiteur de la pression de l'eau de mer, et donc de la profondeur d'eau, sur l'expansion de la phase volatile des éruptions sous-marines explosives a été l'objet d'un rigoureux débat. Jusqu'à maintenant, on a supposé que l'interprétation de la courbe de pression de vapeur d'eau permettait de croire qu'à partir d'une certaine profondeur, la pression de la colonne d'eau de mer était suffisamment importante pour inhiber le volcanisme explosif sous cette profondeur. Cette interprétation implique qu'il ne peut y avoir d'éruptions pyroclastiques en merà partir d'une profondeur critique (31,5 MPa ou 3,15 km de profondeur) dans la région de la courbe où coexistent les phases liquides et gazeuses. De fait, dans la plupart des cas, on suppose que les éruptions se produisent à des profondeurs bien inférieures à 3,15 km, soit entre 0,5 et 1,0 km. Cependant, on a négligé le fait que l'expansion de la phase gazeuse (le volume spécifique change dans le domaine P-T) joue un rôle important, voire déterminant, dans le phénomène des éruptions explosives aux profondeurs dépassant la profondeur critique. Cette controverse a entraîné un débat sur milieu de formation des gisements de sulfures massifs volcanogéniques (SMV), étant donné qu'on retrouve des les séquences de roches pyroclastiques de l'éponte inférieure et/ou de l'éponte supérieure de nombreux gisements SMV, l'interprétation générale voulant qu'il s'agisse de gisements de mouvement de masse remaniés en milieux peu profonds, plutôt que de milieux profonds - une interprétation qui exclue toute relation génétique concernant la formation et la distribution des gisements SMV. Dans le but d'évaluer la possibilité que des éruptions sous-marines puis-sent se produire à des profondeurs dépassant 1 km, on a eu recours au programme de modélisation numérique 1D CONFLOW. Ce programme permet de tenir compte de la composition magmatique, du diamètre et de la longueur du conduit ainsi que de la température et de la pression initiales à la base du conduit, dans le calcul du gradient de pression dans un conduit de lumière constante,de l'enthalpie du magma, de la viscosité du mélange des composantes magmavolatiles sous des conditions P-T définies, de la profondeur de fragmentation où le volume du gaz fractionné atteint 75 % (vg ≌0.75), de même que de la vélocité à la sortie du mélange des composantes magmatiques-gazeux. Les résultats de notre étude de modélisation par le programme CONFLOW appuient notre hypothèse selon laquelle la seule expansion de la phase volatile pourrait être suffisamment énergique et avoir un taux magma/gaz assez élevé pour permettre des éruptions pyroclastiques sous-marines au sein de magmas siliceux à des profondeurs d'eau typiques des milieux de genèse des gisements deSMV, soit sous les zones diphasiques (liquides-vapeurs) en eaux de mer.