A tectonic model for the juxtaposition of granulite- and amphibolite-facies rocks in the Eburnean orogenic belt (Sassandra-Cavally domain, Côte d’Ivoire)

Un modèle tectonique pour la juxtaposition de roches de faciès granulite et amphibolite dans la ceinture orogénique éburnéenne (domaine de Sassandra-Cavally, Côte d’Ivoire)

¹ UFHB Abidjan-Cocody, UFR STRM, 22 BP 582, Abidjan 22, Côte d’Ivoire
² GET, Université de Toulouse, CNRS, IRD, UPS, Toulouse, France
³ Univ Rennes, CNRS, Géosciences Rennes, UMR 6118, 35000 Rennes, France
⁴ Czech Geological Survey, Klárov 3, CZ-118 21, Praha 1, Czech Republic
⁵ University Western Australia, School of Earth Sciences, Centre of Exploration Targeting, 35 Stirling Highway, 6009 Crawley, Australia
⁶ Géosciences Montpellier, Université Montpellier – CNRS CC 060, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5, France
⁷ Department of Geology, Faculty of Science and Technology, Cheikh Anta Diop University, Dakar, Senegal

^* Corresponding author: yaoaugustinkoffi@yahoo.fr

Received: 6 January 2023
Accepted: 31 May 2023

Abstract

The Sassandra-Cavally (SASCA) domain (SW Côte d’Ivoire) marks the transition between the Archean Kenema-Man craton and the Paleoproterozoic (Rhyacian) Baoule-Mossi domain. It is characterized by the tectonic juxtaposition of granulite-facies and amphibolite-facies rocks. Migmatitic grey gneisses, garnet–cordierite–sillimanite migmatitic paragneisses and garnet–staurolite-bearing micaschists reached peak pressure conditions ranging from ∼ 6.6 kbar at 620 °C to ∼ 10 kbar at 820 °C. These conditions are associated with the first recorded deformation D₁ and correspond to a Barrovian geothermal gradient of ∼ 25 °C/km. Subsequent exhumation, associated with a second deformation D₂, was marked by decompression followed by cooling along apparent geothermal gradients of ∼ 40 °C/km. A D₃ deformation phase is marked by folding and local transposition of the regional S₁/S₂ foliation into E-W trending shear zones. LA-ICP-MS U–Pb dating of monazite, which displays complex internal structures, reveals four age groups correlated to textural position of monazite grains and analytical points: (1) rare relictual zones yield dates at the Archean-Paleoproterozoic transition (ca. 2400–2600 Ma); (2) a cluster of dates centered at ca. 2037 Ma on grains aligned along the S₂ foliation of the migmatitic grey gneiss, attributed to D₂; (3) a cluster of dates centered at ca. 2000 Ma, and (4) dates spreading from ca. 1978 to 1913 Ma, documented for the first time in the West African Craton monazites. The ages of the latter two groups are similar to the ones identified in the Guiana Shield, and could be attributed to a disturbance by fluids, to a periodic opening of U–Pb system or to an episodic crystallization of monazite during slow cooling lasting several tens of Myrs. These data allow to propose a model for the tectonic evolution of the SASCA domain at the contact between the Rhyacian Baoule-Mossi domain and the Archean Kenema-Man nucleus whereby crustal thickening is achieved by crustal-scale folding and is followed by and concomitant with lateral flow of the thickened partially molten crust accommodated by regional transcurrent shear zones. This combination of crustal thickening controlled by tectonic forces and gravity-driven flow leads to the juxtaposition of granulite- and amphibolite-facies rocks.

Résumé

Le domaine de Sassandra-Cavally (SASCA) (SW Côte d’Ivoire) marque la transition entre le craton archéen de Kenema-Man et le domaine paléoprotérozoïque (rhyacien) de Baoulé-Mossi. Il est caractérisé par la juxtaposition tectonique de roches de faciès granulite et de faciès amphibolite. Les gneiss gris migmatitiques, les paragneiss migmatitiques à grenat–cordiérite–sillimanite et les micaschistes à grenat–staurotide ont atteint des conditions de pression maximale allant de ∼ 6,6 kbar à 620 °C à ∼ 10 kbar à 820 °C. Ces conditions sont associées à la première déformation enregistrée D₁ et correspondent à un gradient géothermique barrovien de ∼ 25 °C/km. L’exhumation ultérieure, associée à une deuxième déformation D₂ a été marquée par une décompression suivie d’un refroidissement le long de gradients géothermiques apparents de ∼ 40 °C/km. Une phase de déformation D₃ est marquée par un plissement et une transposition locale de la foliation régionale S₁/S₂ en zones de cisaillement orientées E-W. La datation U–Pb par LA-ICP-MS de la monazite qui présente des structures internes complexes révèle quatre groupes d’âge corrélés à la position texturale des grains de monazite et aux points d’analyse : (1) de rares zones relictuelles donnent des âges à la transition Archéen-Paléoprotérozoïque (ca. 2400–2600 Ma) ; (2) un groupe d’âges à environ 2037 Ma sur des cristaux alignés le long de la foliation S₂ du gneiss gris migmatitique, attribué à D₂ ; (3) un groupe d’âges à environ 2000 Ma, et (4) des âges s’étalant d’environ 1978 à 1913 Ma documentés pour la première fois dans les monazites du Craton ouest-africain. Les âges de ces deux derniers groupes sont similaires à ceux identifiés dans le Bouclier guyanais, et pourraient être attribués à une perturbation par des fluides, à une ouverture périodique du système U–Pb ou à une cristallisation épisodique de la monazite lors d’un refroidissement lent de plusieurs dizaines de millions d’années. Ces données permettent de proposer un modèle pour l’évolution tectonique du domaine SASCA au contact entre les domaines rhyaciens de Baoule-Mossi et le noyau archéen de Kenema-Man dans lequel l’épaississement crustal est réalisé par un plissement à l’échelle crustale et est suivi et concomitant d’un écoulement latéral de la croûte épaissie partiellement fondue accommodée par des zones de cisaillement régionales transcurrentes. Cette combinaison d’épaississement crustal contrôlé par des forces tectoniques et d’écoulement par gravité conduit à la juxtaposition de roches de faciès granulite et amphibolite.