Regular Article

Prograde and retrograde P–T evolution of a Variscan high-temperature eclogite, French Massif Central, Haut-Allier

Évolution P–T prograde et rétrograde des éclogites varisques du Haut-Allier, Massif Central (France)

¹ Univ Rennes, CNRS, Géosciences Rennes, UMR 6118, F-35000 Rennes, France
² Česká geologická služba, CZ-118 21 Prague 1, Czech Republic
³ Bureau de Recherches Géologiques et Minières – BRGM, 3 avenue Claude Guillemin, BP 36009, 45060 Orléans Cedex 2, France

^* Corresponding author: luc.dehoym@gmail.com

Received: 3 October 2019
Accepted: 30 April 2020

Abstract

The P–T evolution of a mafic eclogite sample from the Haut-Allier was studied in order to constrain the dynamic of the Variscan subduction in the eastern French Massif Central. Three successive metamorphic stages M1, M2 and M3, are characterized by assemblages comprising garnet1-omphacite-kyanite, garnet2-plagioclase, and amphibole-plagioclase, respectively, and define a clockwise P–T path. These events occurred at the conditions of eclogite (M1; ∼ 20 kbar, 650 °C to ∼ 22.5 kbar, 850 °C), high-pressure granulite (M2; 19.5 kbar and 875 °C) and high-temperature amphibolite facies (M3; < 9 kbar, 750–850 °C), respectively. Pseudosection modelling of garnet growth zoning and mineralogy of the inclusions reveal a prograde M1 stage, first dominated by burial and then by near isobaric heating. Subsequent garnet1 resorption, prior to a renewed growth of garnet2 is interpreted in terms of a decompression during M2. High-pressure partial melting is predicted for both the M1 temperature peak and M2. M3 testifies to further strong decompression associated with limited cooling. The preservation of garnet growth zoning indicates the short-lived character of the temperature increase, decompression and cooling cycle. We argue that such P–T evolution is compatible with the juxtaposition of the asthenosphere against the subducted crust prior to exhumation driven by slab rollback.

Résumé

Cette étude a pour but d’apporter des contraintes sur la dynamique de la zone de subduction varisque de l’est du Massif Central Français à travers l’étude de l’évolution P–T, notamment du trajet prograde, d’un échantillon d’éclogite mafique du Haut-Allier. Trois évènements métamorphiques, M1, M2 et M3, respectivement définis par des assemblages comprenant grenat1-omphacite-disthène, grenat2-clinopyroxène-plagioclase et amphibole-plagioclase, définissent une évolution P–T horaire. Ces évènements métamorphiques traduisent la succession des conditions du faciès des éclogites (M1 ; ∼ 20 kbar, 650 °C à ∼ 22.5 kbar, 850 °C), des granulites de haute pression (M2 ; 19.5 kbar, 875 °C), puis des amphibolites de haute température (M3 ; < 9 kbar, 750–850 °C). L’étude pétrologique de cet échantillon par l’analyse de la zonation du grenat, de la minéralogie des inclusions qu’il contient et de la modélisation des équilibres de phases (pseudosections), suggère que le premier évènement métamorphique (M1) est prograde et traduit un enfouissement, puis un réchauffement isobare. La résorption du grenat 1 à laquelle succède la croissance du grenat 2 est interprétée comme le résultat d’une décompression isotherme lors du métamorphisme M2. Il est suggéré que ces roches ont subi une fusion partielle lors du pic thermique du stade M1 et lors du stade M2. Le dernier évènement métamorphique traduit une forte décompression associée à un refroidissement limité. La préservation d’une importante zonation de croissance du grenat à de telles conditions de température traduit la brièveté de l’ensemble de l’évolution métamorphique et par conséquent, du réchauffement, de la décompression puis du refroidissement qui s’ensuit. Cette évolution des conditions P–T est compatible avec un modèle géodynamique invoquant la juxtaposition du manteau asthénosphérique chaud contre les roches de la croûte subductée à laquelle succède une exhumation dominée par le retrait du panneau plongeant (slab rollback).