Strain localization via mechanical mixing and metasomatism: an example from the metagabbros of Marine de Giottani, Alpine Corsica, France

Localisation de la déformation par mélange mécanique et métasomatisme: exemple des métagabbros de la Marine de Giottani, Corse alpine, France

¹ Géosciences Montpellier, UMR5243 Université de Montpellier, CNRS, 34095 Montpellier cedex 5, France
² Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (IACT), CSIC–UGR, Av. Palmeras 4, 18100 Armilla, Granada, Spain

^* Corresponding author: benedicte.cenki@umontpellier.fr

Received: 23 February 2024
Accepted: 20 February 2025

Abstract

Alpine deformation in the meta-ophiolitic nappe of the Upper Oceanic Unit of Corsica occurs under greenschist facies conditions. It is notably characterized by a series of shear zones in metagabbros. These shear zones are centimetre- to decimetre-size and are composed of amphibole ± chlorite schists. This occurrence offers a unique opportunity to study mechanisms of low-grade shear zone formation, extensive fluid/rock interaction and weakening processes controlled by mineralogical changes in the metamorphosed oceanic crust in the shallow part of a subduction system. A detailed sampling of undeformed metagabbros, protomylonitic metagabbros, as well as mylonitic schists allows tackling several finite strain states that involved rare occurrence of serpentinite clasts within the fault zones. Petrological observations combined with thermodynamic and geochemical modelling indicate that the metagabbro to amphibole-chlorite schist transformation involved mass transfer and occurred under open-system and water-saturated conditions. The main chemical features of this metasomatic process are significant gains in MgO, H₂O, SiO₂ and Fe₂O₃ accompanied by an almost complete loss of Na₂O. The transformation of metagabbros into schists occurs under water-saturated open-system conditions and is triggered by strain localization via mechanical mixing (with serpentinite clasts) and Mg-rich metasomatic fluids. Deciphering the softening processes controlled by the transformation of metagabbros into low-grade schistose rocks are of major importance to understand the seismogenic behavior of the mafic crust during subduction.

Résumé

La déformation alpine dans la nappe méta-ophiolitique de l’Unité Océanique Supérieure de Corse se produit dans des conditions de faciès schiste vert. Elle est notamment caractérisée par une série de zones de cisaillement dans les métagabbros. Ces zones de cisaillement sont centimétriques à décimétriques et sont composées de schistes à amphiboles ± chlorite. Ces objets géologiques exceptionnels offrent une occasion unique d’étudier les mécanismes de formation des zones de cisaillement à bas degré métamorphique, les interactions fluide-roche associées et les processus d’affaiblissement contrôlés par les changements minéralogiques dans la croûte océanique métamorphosée dans la partie peu profonde d’un système de subduction. Un échantillonnage minutieux de métagabbros non déformés, de métagabbros protomylonitiques, ainsi que de schistes mylonitiques permet d’examiner plusieurs états de déformation finie qui impliquent la présence rare de clastes de serpentinite dans les zones de faille. Les observations pétrologiques combinées à la modélisation thermodynamique et géochimique indiquent que la transformation du métagabbro en schiste à amphibole-chlorite implique un transfert de masse et se produit dans des conditions de système ouvert et de saturation en eau. Les principales caractéristiques chimiques de ce processus métasomatique sont des gains significatifs en MgO, H₂O et Fe₂O₃ accompagnés d’une perte presque totale en Na₂O. Le décryptage des processus d’adoucissement contrôlés par la transformation des métagabbros en roches schisteuses de faible degré métamorphique est d’une importance majeure pour comprendre le comportement sismogénique de la croûte mafique au cours de la subduction.