Anomalie thermique et sous-placage en zone d'avant-arc : exemple du massif Triasique de El Oro, Equateur

par Nicolas Riel

Thèse de doctorat en Sciences de l'univers

Sous la direction de Etienne Jaillard et de Stéphane Guillot.

Soutenue le 20-01-2012

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Institut des sciences de la Terre (laboratoire) .

Le président du jury était Jean Braun.

Le jury était composé de Etienne Jaillard, Stéphane Guillot, Jean-Emmanuel Martelat, Robert j. Pankhurst, Greta Pelgrims, Axel Rumeau.

Les rapporteurs étaient Karel Schulmann, Yves Lagabrielle, Tomasz a. Wesolowski.


  • Résumé

    Depuis au moins 540 Ma deux grands systèmes de subduction coexistent sur Terre : d'une part, les systèmes de subduction-collision (chaînes Hercynienne, Himalayenne ou Alpine) et d'autre part, les systèmes de subduction de type péri-pacifique. Pour ces derniers, l'avant-arc constitue une zone clef pour retracer l'évolution de la subduction au cours du temps. En effet ces zones au contact avec le slab peuvent enregistrer des événements tectoniques et/ou des conditions métamorphiques variées (e.g. formation de « paired metamorphic belts »), qui sont autant d'indicateurs du contexte géodynamique. Le massif métamorphique de El Oro en Equateur est un exemple exeptionnel où une section complète et basculée de l'avant-arc Triasique est préservée. L'ensemble est constitué d'une série métasédimentaire de bas à haut grade métamorphique intrudée par des granitoïdes de type S, juxtaposé avec un laccolithe gabbroïque et des schistes bleus. Ce travail de thèse s'est concentré sur l'étude du métamorphisme de haute-température basse-pression et ses relations les schistes bleu. Afin de contraindre l'événement tectono-métamorphique affectant l'avant-arc Equatorien au Trias et la formation d'une "paired metamorphic belt", nous avons utilisé des outils structuraux, métamorphiques, géochimiques, géochronologiques et de modélisation thermique. Nos résultats montrent que durant cette période l'avant-arc Equatorien connait un intense épisode de fusion partielle en régime extensif. La base de la croûte est migmatisée sur une épaisseur de 10km. Les estimations Pression-Température indiquent que les conditions de fusion partielle varient de 4.5 kbar et 650°C pour la partie supérieure métaxitique et jusqu'à 7.5 kbar et 720°C pour la partie inférieure diatexitique. La gradient géothermique inféré est divisé en deux segments : un segment supérieur caractérisé par un gradient de 40°C/km et un segment inférieur caractérisé par un gradient quasi-isothermique. L'absence de paragénèse de ultra-haute température est attribuée à la grande fertilité du protolithe métasédimentaire. Les résultats géochimiques montrent que les plutons granodioritiques sont issus d'un mélange entre : (1) les liquides de fusion partielle produit par la réaction de deshydration de la muscovite des métasédiments et (2) un magma basique. Les âges U-Pb sur zircons et monazites révèlent que l'événement anatectique fût bref entre 229 et 225 Ma. La source de chaleur à l'origine de l'événement thermique est attribuée à la mise en place d'un pluton gabbroïque à ~ 230 Ma en base de croûte. Successivement, se sous-plaque les schistes-bleu refroidissant rapidement l'avant-arc. L'événement anatectique observé dans le massif de El Oro au Trias s'insrit à plus grande échelle au sein d'une large anomalie thermique affectant l'ensemble du continent sud Américain entre 260 et 220 Ma. Durant cette période la marge est un soumise à un régime extensif accompagné d'un important magmatisme d'origine crustal, principalement en position d'arc et d'avant-arc. Nous attribuons cette anomalie thermique d'ampleur continental à une "avalanche mantellique". A la lumière du contexte géodynamique globale nous inteprétons la formation de la paired metamorphic belt de El Oro à la rupture du slab.

  • Titre traduit

    Thermal anomaly in forearc position : the Triassic andean margin of Ecuador


  • Résumé

    Since about 540 Ma, two subductions systems co-exist on Earth: the subduction-collision systems (Hercynian, Himalayan or Alpin belts) and the circum-pacific subduction system. For the last the forearc region constitutes a key zone to understand the dynamic of the subduction. Indeed the forearc region in contact with the slab may records various tectonics events and/or metamorphic conditions (e.g. formation of paired metamorphic belt). Theses geological records are direct evidences of the linked geodynamical context. The El Oro metamorphic complex in Ecuador is a unique example where a whole Triassic forearc section is tilted and well preserved. The complex is made of low to high grade metasedimentary rocks intruded by S-type granitoids, juxtaposed with gabbroic rocks and blueschists. This study is focused on the high-temperature metamorphism and its retionaships with the high-pressure metamorphism. In order to constrain the tectono-metamorphic affecting the forearc region and the formation of a paired metamorphic belt we used strutural, metamorphic, geochemical, geochronological and themal modeling studies. Our results show that during Triassic times the Ecuadorian forearc underwent a strong episode of partial melting in extentional context. The migmatized part of crust is 10 km thick. Pressure-Temperature estimates indicate that partial melting started at 4.5 kbar and 650°C for the upper metatexitic part until 7.5 kbar and 720 °C for the lower diatexitic part. The resulting geothermal gradient exhibits two parts: an upper part caracteristed by a thermal gradient of 40°C/km and a lower part caractérized by a near-adiabatic gradient. The absence of ultra-high tempetature paragenesis is attributed to the high fertility of the metasedimentary protolith. Geochemical results show that granodiorite made of a miwing between: (1) the melt extacted under muscovite dehydration melting and (2) a basic magma. U-Pb ages on zircon and monazite reveal that the anatectic event was short, between 229 and 225 Ma. The origin of the thermal anomaly is attributed to the emplacement of the gabbroic plutonic unit at ~230 at root level. Successively, the blueschites are underplating triggering a strong coolng of the forearc region. The anatectic recorded in the El Oro metamorphic complex at Triassic times is part of a larger thermal anomaly affecting the whole south american margin between 260 and 220 Ma. During this period the margin is under extentional conditions and exhibit a strong S-type magmatic activity. This magmatism is mainly located in arc and forearc position. We attribute this large-scale thermal anomaly to slab fall in the lower mantle. In the light of the geodynamical context, we suggest that the formation of the El Oro paired metamorphic belt is related to slab breakoff.


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