Zircon age of vaugnerite intrusives from the Central and Southern Vosges crystalline massif (E France): contribution to the geodynamics of the European Variscan belt. Datation du zircon de vaugnérites des Vosges centrales et méridionales : contribution à la géodynamique de l’orogène varisque d’Europe

Archive ouverte : Article de revue

Guillot, François | Averbuch, Olivier | Dubois, Michel | Durand, Cyril | Lanari, Pierre | Gauthier, Arnaud

Edité par HAL CCSD ; Société géologique de France

International audience. To provide a better picture of the active geodynamics along the Variscan suture zones during the late collisional stage (particularly regarding the evolution of the orogenic system towards HT conditions), we focused here on vaugnerites, which consist of mafic ultra-potassic magmatic rocks, intrusive into the granite-gneiss sequences of the Variscan Vosges crystalline massif. Those rocks, though subordinate in volume, are frequently associated with late-collisional granites. In the Central-Southern Vosges, they appear either as (1) pluton margin of the Southern Vosges Ballons granite complex or (2) composite dykes intrusive into migmatite and metamorphic sequences classically referred to as granite-gneiss unit (Central Vosges). Both types correspond to melanocratic rocks with prominent, Mg-rich, biotite and hornblende, two-feldspar and quartz. Those Vosges vaugnerites display geochemical signatures characteristic of ultra-potassic mafic to intermediate, metaluminous to slightly peraluminous rocks. Zircon U-Pb ages were obtained by Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. Zircon grains were extracted from a sillimanite-bearing gneiss from the granite-gneiss unit hosting the Central Vosges vaugnerites. They yielded an age at 451 ± 9 Ma, indicating a pre-Variscan Upper Ordovician protolith for the host sequence. Zircon from the four vaugnerite intrusives display U-Pb ages (± 2s) of 340 ± 2.5 Ma (Ballons), 340 ± 25 Ma, 340 ± 7 Ma and 336 ± 10 Ma (Central Vosges). Synchronous within uncertainty, vaugnerite age data suggest a relatively early emplacement during the Late Variscan collisional history (i.e. Middle Visean times). These results are in line with previously published ages from the Southern Vosges volcano-sedimentary sequences (Oderen-Markstein) and the nearby ultra-potassic granite complexes from the Central and Southern Vosges (Ballons, Crêtes) thereby arguing for a magmatic event of regional significance. Recent petrological studies on vaugnerites suggest that they derive from partial melting of a metasomatized mantle contaminated to some different degrees by elements of continental crust. We propose here that the major ultra-potassic magmatic pulse at 340-335 Ma is a consequence of a significant change into the dynamics of the Rhenohercynian subduction system below the Central-Southern Vosges. In the light of recent thermo-mechanical modelling experiments on mature continental collision, magmatism could result from a syn-collisional lithospheric delamination mechanism involving (1) first, continental subduction evolving towards (2) the underthrusting of the Avalonian continental margin lower crust and (3) the initiation of lithospheric delamination within the supra-subduction retro-wedge (Saxothuringian-Moldanubian continental block). This delamination would drive the emplacement of an asthenospheric upwelling, initially localized along the Variscan suture zones, and gradually propagating towards the southern front of the belt during the Late Carboniferous, as the delamination front migrated at the base of the crust. . Afin d’avancer dans la compréhension de la géodynamique des zones de suture varisque au stade tardif de la collision (en particulier au regard de l’évolution du système orogénique en contexte de HT), nous nous sommes intéressés à la mise en place des vaugnérites, roches basiques ultra-potassiques intrusives au sein des ensembles granito-gneissiques de la croûte varisque des Vosges. Ces roches, souvent associées aux ensembles granitiques tardi-collisionnels, sont de faible extension mais quasiment toujours présentes au sein de ces systèmes. Elles affleurent (1) dans les Vosges méridionales, en masses plutoniques marginales du Granite des Ballons et (2) dans les Vosges centrales (région de Plainfaing), en filons composites, intrusifs dans un complexe de migmatites et de roches métamorphiques appelées granite-gneiss. Les vaugnérites sont des roches mélanocrates à biotite et hornblende magnésiennes, présentant des signatures géochimiques caractéristiques de roches ultra-potassiques mafiques à intermédiaires, métalumineuses à légèrement peralumineuses. L’âge U-Pb obtenu par ablation laser ICP-MS du zircon d’un gneiss à sillimanite du granite-gneiss encaissant des vaugnérites est de 451 ± 9 Ma, révélant un bâti pré-varisque à protolithe ordovicien supérieur. Les grains de zircon extraits de quatre vaugnérites donnent des âges U-Pb (± 2sigma) de 340 ± 2,5 Ma (Ballons), 340 ± 25 Ma, 340 ± 7Ma et 336 ± 10Ma (Vosges centrales). Les données de datation des vaugnérites, identiques aux incertitudes de mesure près, apparaissent donc cohérentes et révèlent un âge assez précoce dans l’histoire tardi-collisionnelle de la chaîne. Ces données, en accord avec les âges publiés préalablement sur ce secteur, montrent que les vaugnérites se mettent en place au Viséen moyen, au cours d’un événement magmatique majeur, exprimé tant dans les séries volcano-sédimentaires (Séries Oderen- Markstein) que dans les granitoïdes ultra-potassiques des Vosges méridionales (Ballons) et centrales (Crêtes). Les études pétrologiques récentes sur les vaugnérites suggèrent qu’elles dérivent de la fusion partielle d’un manteau métasomatisé et contaminé à différents degrés par des éléments de croûte continentale fondue. Nous proposons ici que ce « pulse » magmatique ultra-potassique d’ampleur à 340– 335 Ma soit le signe une évolution majeure dans la dynamique de la subduction de la lithosphère rhénohercynienne sous les Vosges centrales et méridionales. Sur le modèle d’expériences thermomécaniques récentes simulant le déroulement d’une collision continentale mature, il pourrait traduire les premiers effets d’un phénomène de délamination lithosphérique syn-collisionelle impliquant (1) une subduction continentale relayée (2) par le sous-charriage d’une lame de croûte inférieure de la marge continentale avalonienne et (3) l’initiation de la délamination lithosphérique au sein du prisme orogénique supra-subduction qu’était le bloc continental saxothüringien-moldanubien. Ce processus conduirait à la mise en place d’un « upwelling » asthénosphérique, initialement localisé aux zones de suture varisque et se propageant au cours de la fin du Carbonifère vers le front sud de la chaîne à mesure de la propagation du front de délamination à la base de la croûte.

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