Late Ediacaran juvenile magmatism in the Variscan Monts-du-Lyonnais metamorphic complex (Massif Central, France)

Identification d’un magmatisme juvénile fini-édiacarien dans le complexe métamorphique varisque des Monts-du-Lyonnais (Massif Central, France)

¹ Université de Lorraine, CNRS, CRPG, 54000 Nancy, France
² Université Jean Monnet, CNRS, LGL-TPE UMR5276, 42023 Saint-Etienne, France
³ LGL-TPE UMR 5276, CNRS, Université Lyon 1, ENS de Lyon, 69622 Villeurbanne, France
⁴ CNRS, Géosciences Environnement Toulouse, Observatoire Midi-Pyrénées, 14 avenue Edouard Belin, 31400 Toulouse, France
⁵ Institute of Geochemistry and Petrology, ETH Zürich, CH-8092 Zürich, Switzerland
⁶ Université Jean-Monnet, Laboratoire Magmas et Volcans, UCA-CNRS-IRD, Aubière, France

^* Corresponding author. simon.couzinie@univ-lorraine.fr

Received: 27 March 2024
Accepted: 17 October 2024

Abstract

The identification of oceanic sutures is key to understanding the evolution of the Paleozoic Variscan belt and the structure of the West European lithosphere. In the French Massif Central, the suture of the ‘Mid-Variscan’ ocean would be stamped by distinctive lithological formations known as ’Leptynite–Amphibolite Complexes’ (LACs). These formations comprise various Cambrian–Ordovician (meta-)igneous associations, commonly interpreted as representing rifted-margin magmatism, and experienced Devonian (385–360 Ma) high-pressure metamorphism. Our study provides geochronological and geochemical data on mafic–felsic rocks from the Riverie LAC in the Monts-du-Lyonnais metamorphic complex. In the Riverie LAC, metaluminous, amphibole-bearing felsic gneisses represent former tonalites closely associated with mafic rocks (now amphibolites). LA–ICP–MS zircon U–Pb dating reveals a latest Ediacaran (c. 545 Ma) crystallization age for the melt that yielded the tonalites. Whole-rock geochemistry (notably pronounced Nb negative anomalies) and the highly radiogenic zircon Hf isotope compositions, with εHf_(545Ma) of c. +11 (within the range expected for the Depleted Mantle reservoir), indicate that the parental melt of the tonalites ultimately originated from a mantle source metasomatized by oceanic slab-derived fluids. The (meta-)mafic rocks share a similar ’arc’ signature and were possibly generated from the same mantle source. The mafic–felsic association of the Riverie LAC is unrelated to the opening and closure of the Mid-Variscan ocean and does not represent its suture. Instead, it can be correlated to a juvenile Ediacaran magmatic event identified throughout the Variscan realm, interpreted as reflecting Cadomian arc/back-arc magmatism.

Résumé

Localiser les sutures océaniques est essentiel pour comprendre l’évolution de la chaîne varisque et la structure de la lithosphère de l’Europe occidentale. Dans le Massif Central français, la suture d’un océan “Médio-varisque” serait marquée par des formations particulières connues sous le nom de “complexes leptyno-amphiboliques” (CLA). Ceux-ci incluent une diversité de roches méta-ignées datées du Cambrien-Ordovicien et interprétées comme les témoins d’un magmatisme associé au rifting. Ils préservent également des reliques d’un métamorphisme de haute pression au Dévonien (385–360 Ma). Notre étude fournit de nouvelles données géochronologiques et géochimiques sur les roches mafiques et felsiques de la « bande de Riverie », un des trois complexes leptyno-amphiboliques des Monts-du-Lyonnais. Les roches felsiques sont des gneiss amphiboliques métalumineux qui correspondent à d’anciennes tonalites intimement associées à des roches mafiques (représentées aujourd’hui par des amphibolites). La datation U–Pb par LA–ICP–MS de grains de zircon magmatique a révélé un âge de cristallisation tardi-édiacarien (autour de 545 Ma) pour les (meta)tonalites. La géochimie des roches totales (notamment les anomalies négatives en Nb) et les compositions isotopiques en hafnium très radiogéniques mesurées sur les grains de zircon (avec des εHf_(545Ma) d’environ +11) indiquent que le magma parent des tonalites s’est formé par différentiation d’un liquide issu de la fusion d’un manteau métasomatisé par des fluides dérivés d’une lithosphère océanique. Les amphibolites spatialement associées aux (méta)tonalites présentent elles-aussi une signature de type “arc” et leurs protolithes ont pu être générés à partir de la même source mantellique. L’association bimodale de la « bande de Riverie » n’est pas liée au rifting ayant conduit à l’ouverture de l’océan Médio-varisque et ne peut representer sa suture. Elle doit être corrélée à un événement magmatique juvénile identifié dans tout le domaine varisque et relié à la dynamique d’arc/arrière-arc de l’orogenèse cadomienne.