Rare-metal mineralization and crust-derived magmatism in a collisional orogen: the Variscan metallogenic odyssey of the Sioule region (French Massif Central)

Magmatisme crustal et minéralisations en métaux rares dans un orogène collisionnel : l’odyssée métallogénique de la région de la Sioule (Massif central français de la chaîne varisque)

¹ Université de Lorraine, CNRS, GeoRessources, F-54506, Vandoeuvre-lès-Nancy, France
² CNRS, Géosciences Environnement Toulouse (GET), Observatoire Midi-Pyrénées, 31400 Toulouse, France
³ Université de Lorraine, CNRS, CRPG, F-54000 Nancy, France
⁴ BRGM, F-45060 Orléans, France

^* Corresponding author: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Received: 3 November 2025
Accepted: 26 February 2026

Abstract

The Sioule region in the northern part of the French Massif Central of the Variscan belt hosts the Echassières complex, where a large W(-Sn) quartz vein system was intruded by the Beauvoir rare-metal granite (RMG) hosting disseminated Sn, Nb-Ta and Li mineralization. We combined whole-rock geochemical data, zircon U-Pb geochronology of migmatites and felsic igneous rocks of the Sioule area, along with U-Pb dating of cassiterite, wolframite, and apatite in the Echassières complex to reconstruct the regional magmatic and metallogenic evolution. Results reveal: (i) early W mineralization at 351 ± 9 Ma, coeval with peraluminous granite magmatism (Chantelle and St-Gervais massifs) and a N115-striking dextral shear zone; (ii) a second W mineralization phase at 329 ± 5 Ma, linked to rare-metal-rich rhyolitic dykes and the Colettes granite during NW-SE extension, synchronous with regional biotite microgranites (Pouzol-Servant Massif) and trachy-dacitic tuffs and lavas; and (iii) late-orogenic emplacement of the Beauvoir RMG with minor hydrothermal Sn and W at ca. 320-310 Ma, synchronous with biotite granites hosting quartz-tourmaline orbicules (Champs Massif) and pyroclastic flows. Our study reveals a 40 Myr-long metallogenic evolution with hydrothermal W mineralization preceding hydrothermal Sn and magmatic Li-Sn-Nb-Ta. Each mineralization period coincided with widespread crustal magmatism involving the anatexis of late-Ediacaran metasedimentary rocks and Cambrian-Ordovician metagranites, as shown by the dating of zircon in migmatites and inherited zircon in Variscan igneous rocks. However, rare-metal-enriched magmas remained spatially confined to the Echassières complex suggesting a structural corridor that repeatedly focused magmas and fluids from a localized fertile source.

Résumé

La région de la Sioule au nord du Massif central français de la chaîne varisque abrite le complexe d’Echassières, où un réseau de veines de quartz à W(-Sn), a été recoupé par le granite à métaux rares de Beauvoir, contenant une minéralisation disséminée à Li, Nb-Ta et Sn. Des analyses géochimiques (roche-totale) et géochronologiques (U-Pb sur zircon) des roches magmatiques felsiques et des migmatites de la zone de la Sioule ont été combinées à des datations U–Pb sur cassitérite, wolframite et apatite du complexe d’Echassières afin de reconstituer l’évolution magmatique et métallogénique régionale. Les résultats mettent en évidence : (i) un premier événement minéralisateur à W vers 351 ± 9 Ma, contemporain d’un cisaillement dextre N115 et de magmatisme granitique peralumineux (massifs de Chantelle et de Saint-Gervais); (ii) une seconde phase de minéralisation à W à 329 ± 5 Ma, associée à l’intrusion de magmas riches en Li-Sn-W (massif granitique des Colettes et dykes rhyolitiques), synchrones d’un épisode plutonique-volcanique (microgranites à biotite de Pouzol–Servant et tufs trachy-dacitiques), dans un contexte extensif NO–SE; (iii) la mise en place du granite à métaux rares de Beauvoir, accompagnée d’une minéralisation hydrothermale à Sn (et W) vers 320 Ma, contemporaine de la cristallisation de granites à biotite, localement à orbicules de quartz-tourmaline (massif des Champs) et d’un volcanisme felsique explosif. Notre étude révèle une évolution métallogénique étalée sur 40 Ma. Chaque phase de minéralisation coïncide avec du magmatisme crustal impliquant l’anatexie de roches métasédimentaires tardi-édiacariennes et de métagranites cambro-ordoviciens, comme l’indiquent les âges U-Pb sur zircon de migmatites, et le zircon hérité des roches ignées varisques. Cependant, les magmas enrichis en métaux rares sont restés spatialement confinés au complexe d’Echassières, suggérant l’existence d’un couloir structural ayant concentré de manière répétée les magmas et les fluides issus d’une source fertile localisée.