Pressure-temperature conditions and significance of Upper Devonian eclogite and amphibolite facies metamorphisms in southern French Massif central

Évolution pression-température et implications des métamorphismes amphibolitique et éclogitique du Dévonien supérieur dans le sud du Massif central français

¹ Géosciences Environnement Toulouse, Université de Toulouse, CNRS, IRD, UPS, Toulouse, France
² Department of Geology, Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene, Algiers, Algeria
³ Department of Geology, University of Liège, Sart Tilman, Liège, Belgium
⁴ Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, USA
⁵ Department of Geology and Applied Geology, Université de Mons, Mons, Belgium
⁶ University Montpellier, Géosciences Montpellier, UMR-CNRS-UM2 5243, Place Eugene Bataillon, 34095 Montpellier, France
⁷ LPGN, UMR-CNRS 6112, Université de Nantes, Nantes, France
⁸ Université de La Rochelle, La Rochelle, France

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

Abstract

The southwestern French Massif central in western Rouergue displays an inverted metamorphic sequence with eclogite and amphibolite facies units forming the top of the nappe stack. They are often grouped into the leptyno-amphibolite complex included, in this area, at the base of the Upper Gneiss Unit. We sampled garnet micaschists and amphibolites to investigate their metamorphic history with isochemical phase diagrams, thermobarometry and U-Pb zircon dating. Our results demonstrate that two different tectono-metamorphic units can be distinguished. The Najac unit consists of biotite-poor phengite-garnet micaschists, a basic-ultrabasic intrusion containing retrogressed eclogites and phengite orthogneisses. Pressure and temperature estimates on micaschists with syn-kinematic garnets yield a prograde with garnet growth starting at 380 °C/6–7 kbar, peak pressure at 16 kbar for 570 °C, followed by retrogression in the greenschist facies. The age of high pressure metamorphism has been constrained in a recent publication between ca. 383 and 369 Ma. The Laguépie unit comprises garnet-free and garnet-bearing amphibolites with isolated lenses, veins or dykes of leucotonalitic gneiss. Thermobarometry and phase diagram calculation on a garnet amphibolite yield suprasolidus peak P-T conditions at 710 °C, 10 kbar followed by retrogression and deformation under greenschist and amphibolite facies conditions. New U-Pb analyses obtained on igneous zircon rims from a leucotonalitic gneiss yield an age of 363 ± 3 Ma, interpreted as the timing of zircon crystallization after incipient partial melting of the host amphibolite. The eclogitic Najac unit records the subduction of a continental margin during Upper Devonian. It is tentatively correlated to a Middle Allochthon, sandwiched between the Lower Gneiss Unit and the Upper Gneiss Unit. Such an intermediate unit is still poorly defined in the French Massif central but it can be a lateral equivalent of the Groix blueschists in the south Armorican massif. The Uppermost Devonian, amphibolite facies Laguépie unit correlates in terms of P-T-t evolution to the Upper Gneiss Unit in the Western French Massif central. This Late Devonian metamorphism is contemporaneous with active margin magmatism and confirms that the French Massif central belonged to the continental upper plate of an ocean-continent subduction system just before the stacking of Mississippian nappes.

Résumé

Les unités tectono-métamorphiques du sud-ouest du Massif central français, dans l’ouest du Rouergue, sont structurées selon une séquence métamorphique inverse où les unités du faciès éclogite et amphibolite se situent au sommet de l’empilement des nappes. Ces unités régionales sont généralement incorporées dans le complexe leptyno-amphibolique, formant la base de l’Unité des Gneiss Supérieurs. Suite à une étude comparative de l’histoire métamorphique des unités de Najac et de Laguépie, deux unités tectono-metamorphiques peuvent etre distinguées. L’unité de Najac est composée de métapélites à phengite-grenat pauvres en biotite, d’une intrusion basique-ultrabasique renfermant des éclogites rétromorphosées et des orthogneiss à phengite. Le grenat commence sa croissance vers 380 °C/6–7 kbar, suivi d’un pic de pression à 16 kbar et 570 °C et enfin d’une rétromorphose dans les conditions du faciès des schistes verts. L’âge du métamorphisme de haute-pression a été contraint récemment entre 383 et 369 Ma. L’unité de Laguépie est formée par des amphibolites avec ou sans grenat renfermant des lentilles isolées, des veines ou dykes de gneiss leucotonalitique. Les conditions P-T ont été estimées sur une amphibolite à grenat à 710 °C et 10 kbar pour la fusion partielle suivie d’une rétromorphose et une déformation dans les conditions du faciès des amphibolites et des schistes verts. Les datations U-Pb sur des bordures de zircons d’une veine de gneiss leucotonalitique donnent un âge de 363 ± 3 Ma, interprété comme marquant la cristallisation magmatique des zircons après l’initiation de la fusion partielle de l’encaissant amphibolitique. L’unité de Najac a enregistré la subduction d’une marge continentale au Dévonien supérieur. Elle peut être corrélée à un Allochthone Intermédiaire, compris entre l’Unité des Gneiss Inférieurs et l’Unité des Gneiss Supérieurs. Une telle unité intermédiaire est encore mal définie dans le Massif central français mais elle peut être un équivalent latéral des schistes bleus de Groix dans le Massif Armoricain. L’unité amphibolitique du Dévonien Supérieur de Laguépie est reliée en termes d’évolution P-T-t à l’Unité des Gneiss Supérieurs dans le Massif Central français occidental. Ce métamorphisme du Dévonien tardif est contemporain d’un magmatisme de marge active et confirme que le sud du Massif Central français appartenait à la plaque continentale supérieure d’un système de subduction océan-continent juste avant l’empilement des nappes durant le Mississippien.