Neoproterozoic magmatic evolution of the southern Ouaddaï Massif (Chad)

Evolution magmatique néoprotérozoïque du sud Ouaddaï (Tchad)

¹ GET-OMP, Université de Toulouse, UPS, CNRS, IRD, CNES, 14, avenue E. Belin, 31400 Toulouse, France
² Université de N’Djamena, Département de Géologie, B.P. 1027, N’Djamena, Tchad
³ KIT– Karlsruher Institut für Technologie, Campus Süd, Institut für Angewandte Geowissenschaften, Abteilung Mineralogie und Petrologie, Kaiserstr. 12, D76131 Karlsruhe, Germany

^* Corresponding author: julien.berger@get.omp.eu

Received: 9 January 2020
Accepted: 20 July 2020

Abstract

This paper presents new petrological, geochemical, isotopic (Nd) and geochronological data on magmatic rocks from the poorly known southern Ouaddaï massif, located at the southern edge of the so-called Saharan metacraton. This area is made of greenschist to amphibolite facies metasediments intruded by large pre- to syn-tectonic batholiths of leucogranites and an association of monzonite, granodiorite and biotite granite forming a late tectonic high-K calc-alkaline suite. U-Pb zircon dating yields ages of 635 ± 3 Ma and 613 ± 8 Ma on a peraluminous biotite-leucogranite (containing numerous inherited Archean and Paleoproterozoic zircon cores) and a muscovite-leucogranite, respectively. Geochemical fingerprints are very similar to some evolved Himalayan leucogranites suggesting their parental magmas were formed after muscovite and biotite dehydration melting of metasedimentary rocks. A biotite-granite sample belonging to the late tectonic high-K to shoshonitic suite contains zircon rims that yield an age of 540 ± 5 Ma with concordant inherited cores crystallized around 1050 Ma. Given the high-Mg# (59) andesitic composition of the intermediate pyroxene-monzonite, the very similar trace-element signature between the different rock types and the unradiogenic isotopic signature for Nd, the late-kinematic high-K to shoshonitic rocks formed after melting of the enriched mantle and further differentiation in the crust. These data indicate that the southern Ouaddaï was part of the Pan-African belt. It is proposed that it represents a continental back-arc basin characterized by a high-geothermal gradient during Early Ediacaran leading to anatexis of middle to lower crustal levels. After tectonic inversion during the main Pan-African phase, late kinematic high-K to shoshonitic plutons emplaced during the final post-collisional stage.

Résumé

Cette étude apporte les premières données pétrologiques, géochimiques et isotopiques sur les roches magmatiques du Ouaddaï au Tchad, massif appartenant à la bordure sud du métacraton saharien. Le Ouaddaï est composé de séries méta-sédimentaires, comportant des intercalations magmatiques mafiques sous forme d’amphibolite. Ces séries sédimentaires recristallisées dans les conditions du faciès des schistes verts et des amphibolites, sont intrudées par de larges batholithes leucogranitiques peralumineux et par des petits plutons de monzonite à pyroxène, granodiorite à hornblende et granite à biotite formant une série calco-alcaline fortement potassique à shoshonitique. L’âge des granites peralumineux a été contraint par datation U-Pb sur zircon qui donne 635 ± 3 Ma pour un leucogranite à biotite et 613 ± 8 Ma pour un leucogranite à muscovite et grenat. Le granite le plus vieux contient en outre une série de zircons hérités d’âge Archéen à Paléoprotérozoïque. Les caractéristiques pétrologiques des leucogranites du Ouaddaï sont semblables à celles des leucogranites himalayens, leur origine est compatible avec une formation des magmas parentaux par fusion-déshydratation de métasédiments. L’âge de la série métalumineuse, calco-alcaline et fortement potassique à shoshonitique a été déterminé à 540 ± 5 Ma par datation U-Pb sur zircons d’un granite à biotite. Cet échantillon contient de plus des cœurs de zircon hérités mésoprotérozoïques (∼ 1.05 Ga) marquant un événement magmatique encore peu reconnu en Afrique centrale. Le Mg# élevé (59) de la monzonite couplé à la signature fortement potassique à shoshonitique de la série incite à interpréter ces roches comme résultant de la différentiation de magmas basiques à intermédiaires issus de la fusion partielle d’un manteau enrichi. Ces données pionnières montrent que le Ouaddaï appartient à la chaîne panafricaine d’Afrique centrale. Il formait un bassin d’arrière arc continental caractérisé par un gradient géothermique élevé induisant la fusion partielle de la croÛte moyenne à inférieure vers 635–612 Ma. Après l’inversion tectonique de ce bassin, la phase finale de l’orogenèse panafricaine est marquée, au Ouaddaï et à l’échelle de la ceinture orogénique d’Afrique centrale, par la mise en place de plutons fortement potassiques à shoshonitiques typiques des séries post-collisionnelles.