Sub-continental lithospheric mantle beneath the Adamawa volcanic area (Cameroon Volcanic Line): inference from lavas and hosted mantle xenoliths from Bini Warack, NE-Ngaoundéré, Cameroon (Central Africa)

Manteau lithosphérique sous-continental sous la zone volcanique de l'Adamaoua (Ligne Volcanique du Cameroun): inférence à partir des laves et xénolithes mantelliques de Bini Warack, NE-Ngaoundéré, Cameroun (Afrique centrale)

¹ Institute of Geological and Mining Research, PO Box 4110, Yaoundé, Cameroon
² GET-OMP, Université de Toulouse, UPS, CNRS, IRD, CNES, 14 avenue E. Belin, 31400 Toulouse, France
³ Département des Sciences de la Terre, Faculté des Sciences, Université de Douala, PO Box 24157 Douala, Cameroon
⁴ Département des Sciences de la Terre, Faculté des Sciences, Université de Yaoundé I, BP 812 Yaoundé, Cameroon

^* Corresponding author: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Received: 29 July 2025
Accepted: 20 March 2026

Abstract

The sub-continental lithospheric mantle (SCLM) beneath the Cameroon Volcanic Line (CVL) is vertically and laterally heterogeneous, consisting of a complex mixing of DMM, HIMU, and EM1, affected by modal or cryptic metasomatism, depending on the area. The petrography, whole-rock geochemical data, and minerals’ chemical composition of lavas and mantle xenoliths from the Bini Warack area, combined with Sr isotope compositions, provide constraints on the origin and thermochemical evolution of the SCLM beneath this sector of the CVL. The host lavas are basanite, basalt, and latite with OIB affinity, characterized by moderate to high silica and alkali contents (SiO₂ = 42.35–56.56 wt%, K₂O+Na₂O = 2.34–7.07 wt%), a high Ba/Rb ranging from 12.2 to 26.1, a low Rb/Sr from 0.03 to 0.08, strong enrichment in LREE relative to HREE (La_N/Yb_N: 9.3–30), and moderate enrichment in radiogenic isotopes (e.g., 0.702987 < ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_initial < 0.703206; 0.512854 <¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd_initial < 0.512918) with positive εNd_initial (+4.84 to +6.09). These features are consistent with an origin of the lavas by a low degree of partial melting (<2%) of a lherzolitic mantle source containing 2% to 6% garnet. These lavas have then evolved by fractional crystallization without any evidence of crustal contamination. The studied mantle xenoliths are spinel-bearing lherzolites, characterized by U/Th ratios typically lower than 1, a slight enrichment in LILE relative to HFSE, and mainly consist of minerals with fertile composition (Fo_84-91; spinel Cr#: 0.1–0.22; Al-rich pyroxenes). They are consistent with refractory mantle peridotite that evidences low partial-melting degrees. Trace element concentrations of host lavas (high Ba/Rb: 12.2–26.1 and low Rb/Sr: 0.03–0.08), together with olivine’s crystals chemical features (high Ca/Fe and 100*Mn/Fe ratios; low 100*Ni/Mg ratios) and low Ca/Al ratios (<5) of clinopyroxenes in spinel-bearing lherzolite xenoliths suggest that the SCLM beneath the Bini Warack area is likely a juvenile lithospheric mantle which that undergone a carbonate-rich metasomatism.

Résumé

Le manteau lithosphérique sous-continental (MLSC) sous la ligne volcanique du Cameroun (LVC) est verticalement et latéralement hétérogène, constitué d'un mélange complexe de DMM, HIMU et EM1, affecté par un métasomatisme modal ou cryptique selon la zone. La pétrographie, les données géochimiques des roches totales ainsi que la composition chimique des minéraux des laves et des xénolithes mantelliques de la région de Bini Warack, combinées aux compositions isotopiques Sr, fournissent des informations sur l'origine et l'évolution thermochimique du MLSC sous ce secteur de la LVC. Les laves hôtes ont des compositions de basanite, basalte et de latite présentant des affinités avec les OIB, et caractérisées par i) des teneurs modérées à élevées en silice et en alcalins (SiO₂ = 42.35–56.56%, K₂O+Na₂O = 2.34–7.07%), ii) de forts rapports Ba/Rb (12.2–26.1), iii) de faibles rapports Rb/Sr (0.03–0.08), iv) un fort enrichissement en terres rares légères par rapport aux terres rares lourdes (La_N/Yb_N : 9.3–30), et v) un enrichissement modéré en isotopes radiogéniques (0.702987 < ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr_initial < 0.703206; 0.512854 <¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd_initial < 0.512918) marqué par des εNd initiaux positifs (+4.84 – +6.09). Ces caractéristiques sont compatibles avec une origine des laves par un faible degré de fusion partielle (moins de 2%) d'un manteau à lherzolite contenant 2 à 6% de grenat. Les laves de Bini Warack ont ensuite évolué par cristallisation fractionnée sans trace de contamination crustale. Les xénolithes quant à eux sont des lherzolites à spinelle, caractérisés par des rapports U/Th généralement inférieurs à 1, un léger enrichissement en LILE par rapport aux HFSE et principalement constitués de minéraux de composition fertile (Fo_84-91; spinelle Cr# : 0.1–0.22; pyroxènes alumineux). Ces xénolithes sont compatibles avec un manteau péridotitique réfractaire ayant subi de faibles degrés de fusion partielle. Les teneurs en éléments traces des laves hôtes (Ba/Rb élevé : 12.2–26.1 et Rb/Sr faible : 0.03–0.08), les caractéristiques chimiques des cristaux d'olivine (rapports Ca/Fe et 100*Mn/Fe élevés; ainsi que les faibles rapports 100*Ni/Mg et Ca/Al <5) des clinopyroxènes des lherzolites étudiées, suggèrent que le MLSC sous la zone de Bini Warack est sans doute un manteau lithosphérique juvenile ayant subi un métasomatisme carbonaté.