Paleotemperature investigation of the Variscan southern external domain: the case of the Montagne Noire (France)

Étude de paléotempérature dans le domaine méridional externe varisque: le cas de la Montagne Noire (France)

Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (ISTO), UMR 7327, Université d’Orléans-CNRS-BRGM, Campus Géosciences, 1A Rue de la Férollerie, 45071 Orléans Cedex 2, France

^* Corresponding author: clement.montmartin@univ-orleans.fr

Received: 26 June 2020
Accepted: 8 October 2020

Abstract

The Montagne Noire located in the southern part of the French Massif Central represents the northern part of the South-Variscan Foreland. It is subdivided into three parts. The granite-migmatite Axial Zone dome is surrounded by non- or weakly metamorphosed Paleozoic sedimentary series. Both northern and southern flanks of the Montagne Noire dome are deformed by km-scale, south to southeast facing recumbent folds and thrusts sheets. The Raman Spectroscopy of Carbonaceous Material (RSCM) method, carried out in the low-grade metamorphic rocks of the southern flank of the Montagne Noire, yielded temperatures comprised between 400 °C near the dome, and 230 °C in the southern domain. Three Raman geothermometers were used to cover this temperature range. RSCM temperatures comply qualitatively with previous estimates based on illite crystallinity, conodont color alteration, and fluid inclusions carried out in the same area, which document a metamorphic temperature increase towards the dome. The isotherms cut across the different nappe contacts and are oriented parallel to the southern margin of the Axial Zone. This temperature distribution supports the idea that the thermal structure was acquired during the Axial Zone dome emplacement. The thermal structure acquired during the recumbent folds emplacement and burial of the sedimentary series is totally overprinted by the doming event. In addition, in a domain relatively remote from the Axial Zone dome, the RSCM measurements yielded significantly higher temperatures than illite crystallinity. This discrepancy points to a higher sensitivity of RSCM to short-lived thermal events than illite crystallinity, possibly because of more efficient kinetics of the carbonization reaction. On the other hand, high RSCM temperatures analysed far from the Axial Zone, between 300 °C and 360 °C could be explained by the presence of granitic plutons under the foreland basin.

Résumé

La Montagne Noire, située dans la partie sud du Massif Central français, représente la partie nord de l’avant-pays varisque. La zone est divisée en trois parties. Le dôme granite-migmatite de la zone axiale est entouré de séries sédimentaires paléozoïques pas ou faiblement métamorphisées. Les flancs nord et sud du dôme de la Montagne Noire sont déformés par des plis d’échelle kilométrique, déversés vers le sud sud-est. La méthode de spectrométrie Raman de la matière carbonée (RSCM), réalisée dans les roches de bas grade métamorphique du flanc sud de la Montagne Noire, a donné des températures comprises entre 400 °C près du dôme et 230 °C dans le domaine sud. Trois géothermomètres Raman ont été utilisés pour couvrir cette gamme de température. Ces températures RSCM sont qualitativement conformes aux estimations précédentes basées sur la cristallinité de l’illite, la couleur d’altération des conodontes et les inclusions fluides effectuées dans la même zone, qui démontrent une augmentation de la température vers le dôme. Les isothermes traversent les différents contacts de nappe et sont orientées parallèlement à la marge sud de la zone axiale. Cette distribution de température suggère que la structure thermique a été acquise lors de la mise en place du dôme de la zone axiale. La structure thermique acquise lors de la mise en place des plis couchés et de l’enfouissement des séries sédimentaires est ainsi totalement effacé par le dôme. De plus, dans un domaine relativement éloigné du dôme de la zone axiale, les mesures RSCM ont donné des températures significativement plus élevées que la cristallinité de l’illite. Cette divergence indique une sensibilité plus élevée du RSCM face à la cristallinité de l’illite aux événements thermiques de courte durée, probablement en raison d’une cinétique plus efficace de la réaction de carbonisation/graphitisation. D’autre part, de fortes températures RSCM analysées loin de la Zone Axiale, entre 300 °C et 360 °C, pourraient être expliquées par la présence de plutons granitiques sous le bassin d’avant-pays.