The Djourdé-Sinassi magmatic-migmatitic complex, Northern Cameroon: a record of vertical extrusion of the Pan-African partially molten orogenic root

Complexe magmatique-migmatitique de Djourdé-Sinassi, Nord − Cameroun : témoin de l’extrusion verticale de la racine orogénique Pan-Africaine partiellement fondue

¹ University of Dschang, Faculty of Science, Department of Earth Sciences, P.O. Box. 67, Dschang, Cameroon
² Centre for Geological and Mining Research, PO Box 333, Garoua, Cameroon
³ GET, University of Toulouse, UPS, CNRS, IRD, CNES, 14 av. E. Belin, 31400, Toulouse, France

^* Corresponding author: suzanne.tiani@univ-dschang.org

Received: 27 December 2024
Accepted: 21 April 2025

Abstract

The Djourdé-Sinassi magmatic-migmatitic complex is part of the juvenile Neoproterozoic Garoua Domain located in Northern Cameroon. It is surrounded by the Zalbi, Poli and Rey-Bouba greenstone belts, limited to the east by the sinistral Tcholliré-Banyo Shear zone and to the south by the Poli Thrust System. The Djourdé-Sinassi magmatic-migmatitic complex is subdivided into a western magmatic domain made of diorite, tonalite, granodiorite, with numerous enclaves of mafic and ultramafic rocks, and an eastern domain dominated by metatexite migmatites enclosing ubiquitous mafic to ultramafic rafts. The plutonic rocks of the western domain display a gently dipping to vertical magmatic fabric with variable trends. Locally, trains of hornblendite enclaves with lobate boundaries and dismembered into a network of felsic veins points to injection of mafic magma that mingled with a host magmatic mush and/or partially molten rocks. The migmatites display a foliation delineated by the alternation of leucosome and mesosome layers, that are mainly subvertical and wrapped around the metric to kilometric size rafts of mafic and ultramafic rocks. A texturally continuous network of leucosome veins concordant to discordant relative to the syn-migmatitic foliation and the mineral assemblage attests for syntectonic melt segregation under granulite facies conditions (Hbl + Pl ± Bt ± Grt±Opx±Cpx ; peak: ≥800 °C/8–10 kbar). The magmatic fabric of plutonic rocks and the syn-migmatitic foliation are locally transposed into subvertical shear zones with a steeply plunging mineral and stretching lineation. Kinematic criteria are identified in the subhorizontal plane perpendicular to the lineation, which indicates that deformation was not plane strain and occurred in 3D. N-S to NE-SW striking shear zones are sinistral whereas E-W to WNW-ESE trending ones are dextral. These shear zones first developed in the presence of melt but then under solid-state during progressive retrogression from amphibolite to greenschist facies (Ab+Qtz + Ep ± Op ± Chl+Ser+Ep). These data suggest that the Djourdé-Sinassi magmatic-migmatitic complex corresponds to the former root of the Central African Orogenic Belt originating from partial melting of a juvenile mafic crust. This root has been vertically extruded under a pure-shear dominated constrictional regime with vertical stretching in the presence of melt coeval with the injection of mantle-derived mafic magmas and was then progressively exhumed towards the surface. This deformation pattern is consistent with the position of the Sinassi complex surrounded by greenstone belts and on a larger scale, confined in between the West African − Congo cratons and Saharan metacraton.

Résumé

Le complexe magmatique-migmatitique de Djourdé-Sinassi fait partie du domaine Néoproterozoïque juvénile de Garoua, situé dans le Nord du Cameroun, entouré par les ceintures de roches vertes de Zalbi, Poli et Rey-Bouba, limité à l’est par la zone de cisaillement senestre de Tcholliré-Banyo et au sud par le système de faille de Poli. Le complexe magmatique-migmatitique de Djourdé-Sinassi est subdivisé en un domaine magmatique à l’ouest composée de diorite, tonalite, granodiorite et granite avec de nombreuses enclaves de roches mafiques et ultramafiques, et une partie à l’est dominée par des migmatites métatexitiques contenant des enclaves mafiques à ultramafiques omniprésentes. Les roches plutoniques à l’est présentent une fabrique magmatique légèrement pentée à verticale à orientation variable. Localement, des trains d’enclaves de hornblendite aux contours lobés et disloqués par un réseau de veines felsiques indiquent l’injection de magma mafique qui s’est mélangé avec une masse magmatique hôte et/ou des roches partiellement fondues. Les migmatites affichent une foliation définie par l’alternance de niveaux de leucosome et de mésosome, principalement subverticale suivant une direction parallèle à l’alignement des enclaves de roches mafiques et ultramafiques de taille métrique à kilométrique. Un réseau continu de veines de leucosome, concordant et discordant par rapport à la foliation syn-migmatitique, atteste d’une ségrégation syntectonique du magma sous des conditions de faciès granulite (pic : ≥800 °C/8–10 kbar). La texture magmatique des roches plutoniques et la foliation syn-migmatitique sont localement transposées en zones de cisaillement subverticales avec une linéation minérale et d’étirement à plongement fort. Des critères cinématiques sont identifiés dans le plan subhorizontal perpendiculaire à la linéation, ce qui indique que la déformation n’était pas plane et s’est produite en 3D. Les zones de cisaillement orientées N-S à NE-SW affichent des critères cinématiques senestres, tandis que celles orientées E-W à WNW-ESE sont dextres. Ces zones de cisaillement se sont d’abord développées en présence de magma, puis à l’état solide lors de la rétrogression progressive du faciès amphibolite au faciès schiste vert (Ab+Qtz + Ep ± Op ± Chl+Ser+Ep). Ces données suggèrent que le complexe magmatique-migmatitique de Djourdé-Sinassi représente un témoin de la racine de la Ceinture Orogénique d’Afrique Centrale, issue de la fusion partielle d’une croûte mafique juvénile. Cette racine a ensuite été extrudée verticalement sous un régime dominé par le cisaillement pur avec un étirement vertical en présence de magma, coïncidant avec l’injection de magmas mafiques dérivés du manteau, et a été progressivement exhumée vers la surface. Ce schéma de déformation est cohérent avec la position du complexe de Sinassi, entouré de ceintures de roches vertes et, à une échelle plus large, confiné entre les cratons Ouest-Africain − Congo et le métacraton du Sahara.