Croissance et différenciation crustales au Néoprotérozoique : exemple du domaine panafricain du Mayo Kebbi au Sud-Ouest du Tchad

Neoproterozoic crustal growth and differentiation : example of the Mayo Kebbi massif in southwestern Chad

• Auteur / Autrice : Moussa Isseini
• Direction : Olivier Vanderhaeghe, Anne-Sylvie André-Mayer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 24/06/2011
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géologie et gestion des ressources minérales et énergétiques (Vandoeuvre-lès-Nancy, France)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Barbey
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Gonçalves, Jean-Paul Liégeois, Jean-François Moyen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mayo-Kebbi (Tchad)

Cratons -- Afrique

Stratigraphie séquentielle

Protérozoïque

Afrique occidentale

Géodynamique

Mots clés libres

Ceinture orogénique pan-africaine

Croissance crustale

Différenciation crustale

Mayo Kebbi

Néoprotérozoïque

Pan-African orogenic belt

Crustal growth

Crustal differentiation

Mayo Kebbi

Neoproterozoic

Résumé

Le massif du Mayo Kebbi au sud-ouest du Tchad est localisé entre le craton du Congo au Sud, le craton Ouest Africain à l'Ouest et le Métacraton du Sahara à l'Est. Formé au cours de l'orogenèse panafricaine, entre 800 et 570 Ma, il est constitué de deux ceintures de roches vertes (Zalbi et Goueygoudoum), trois complexes magmatiques (Chutes Gauthiot, Léré et Figuil) et des intrusions post-tectoniques distingués sur la base de leurs caractères structuraux, pétrologiques, géochimiques et géochronologiques. L'évolution géodynamique de ce massif comprend les phases suivantes:Phase 1: Mise en place d'un complexe mafique et intermédiaire (CMI) dont la métadiorite de Boloro datée à 748 ± 4 Ma (U-Pb sur zircon). Cette métadiorite, riche en terres rares, se caractérise par LaN/YbN ~ 12, Sr/Y > 32, teneurs en LILE, Cr, Ni élevées et des anomalies négatives en Nb-Ta. Ces caractéristiques sont attribuées à la fusion partielle de la plaque océanique plongeante et interaction des magmas produits avec le coin mantellique au cours de leur ascension.Phase 2: Mise en place des métagabbros et métabasaltes (700 ± 10 Ma: U-Pb sur zircon) de la série métavolcano-sédimentaire de Zalbi. Ces roches sont caractérisées par un découplage LILE/HFSE, des anomalies négatives en Nb-Ta et des rapports LaN/YbN indiquant un fractionnement faible à modéré des terres rares. En particulier, leurs caractères géochimiques sont similaires à ceux des bassins arrière-arcs modernes. La signature isotopique en Sr et Nd de ces roches exclut toute contamination par une croûte continentale ancienne au moment de leur mise en place. CMI et série métavolcano-sédimentaires, regroupés dans le cadre des ceintures de roches vertes, représentent ainsi une accrétion juvénile en contextes d'arc insulaire/bassin arrière-arc.Phase 3: La métadiorite quartzique syntectonique du complexe magmatique des chutes Gauthiot (665 ± 1 Ma: âge U-Pb sur zircon, Penaye et al., 2006) correspond à la mise en place de magmas contemporains d'une première collision, qui implique le massif du Mayo Kebbi et le bloc rigide de l'Adamaoua-Yadé à l'Est. Cet évènement marque le début de la fermeture du bassin arrière-arc de Zalbi et d'un épaississement crustal.Phase 4 : L'épaississement est responsable de la différentiation intracrustale par fusion partielle des roches accrétées au cours des phases précédentes à la base de l'arc. Pendant cette phase se mettent en place des magmas tonalitiques, dont la tonalite à hornblende-biotite de Guegou (complexe magmatique de Léré) datée à 647 ± 5 Ma (U-Pb sur zircon). Les magmas produits ont des caractères de magmas TTG et laissent un résidu à grenat à la base de la croûte continentale.Phase 5: La tonalite syntectonique du complexe magmatique de Figuil, datée à 618 ± 6 Ma (U-Pb sur zircon), se distingue par eNd initial = -3 et 87Sr/86Sr initial = 0,7073. Les signatures isotopiques de cette tonalite démontrent l'implication dans le magmatisme d'une croûte Pré-Néoprotérozoïque. Elle est contemporaine d'une deuxième collision qui fait intervenir le massif du Mayo Kebbi et le domaine Occidental de la Ceinture Orogénique d'Afrique Centrale.Phase 6: La mise en place du granite de type A de Zabili à 567 ± 10 Ma (âge U-Pb sur zircon) est associée aux dernières manifestations magmatiques du cycle orogénique panafricain (intrusions post-tectoniques). Les caractères géochimiques (appauvrissement extrême en Sr, Eu, Ca, Mg, Ni) et isotopiques (eNd initial = +3 à +7) de ce granite indiquent une origine par cristallisation fractionnée à partir de magmas d'origine mantellique et contamination de ceux-ci au cours de leur mise en place dans la croûte supérieure par une composante crustale ancienne

The Mayo Kebbi massif (south-western Chad) is located between the Congo craton, the West African craton and the Saharan Metacraton. It consists of two greenstone belts (Zalbi and Goueygoudoum), three magmatic complexes (Gauthiot falls, Lere, Figuil) and post-tectonic intrusions distinguished on the basis of their structural, petrological, geochemical and geochronological characteristics. The geodynamic evolution of this massif includes the following phases:Phase 1: Emplacement of a Mafic to Intermediate Plutonic (MIP) complex. Boloro metadiorite, which belongs to this complex, is dated at 748 ± 4 Ma (U-Pb zircon age). This metadiorite is enriched in REE and characterized by LaN/YbN ~ 12, Sr/Y > 32, high LILE, Cr and Ni contents but negative anomalies in Nb-Ta. These features are attributed to partial melting of the slab followed by interaction of the produced magmas with the mantle wedge during their ascent.Phase 2: Emplacement of metagabbros and metabasalts (700 ± 10 Ma: U-Pb zircon age) of the Zalbi metavolcanic-sedimentary group. These rocks are characterized by a decoupling of LILE and HFSE, negative Nb-Ta anomalies, weak to moderate LREE fractionation relative to HREE. In particular, their geochemical characteristics are similar to modern back-arc basins. The isotopic compositions of Sr and Nd of these rocks preclude contamination by old continental crust of the related magmas during their emplacement. Accordingly, the MIP complex and the Zalbi metavolcanic-sedimentary group are associated to juvenile accretion in an island arc/back-arc basin tectonic setting.Phase 3: The syntectonic quartz metadiorite of Gauthiot Falls magmatic complex (665 ± 1 Ma: U-Pb zircon age, Penaye et al., 2006) is emplaced during a first collision event, which involves the Mayo Kebbi massif and the Adamaoua-Yade domain to the east. This event marks the beginning of the closure of the Zalbi back-arc basin and crustal thickening.Phase 4: The thickening is responsible of intra-crustal differentiation by partial melting of rocks accreted during the previous phases at the base of the arc. During this phase, several tonalitic intrusions are emplaced, including hornblende-biotite tonalites of Gauthiot Falls and Guegou tonalite (Lere magmatic complex). The latter is dated at 647 ± 5 Ma (U-Pb zircon age). The produced magmas have typical features of TTG magmas, leaving a garnet bearing residue at the base of the continental crust.Phase 5: The syntectonic tonalite of Figuil magmatic complex dated at 618 ± 6 Ma (U-Pb zircon age), is characterized by initial ?Nd = -3 and initial 87Sr/86Sr = 0.7073 attesting for the involvement of pre-Neoproterozoic crust on its origin. It marks a second collision event between the Mayo Kebbi massif and the Western domain of the Central African Orogenic Belt to the west.Phase 6: The Zabili A-type granite emplaced at 567 ± 10 Ma (U-Pb zircon age) and is related to the last magmatic events of the Pan-African orogenic cycle (post-tectonic intrusions). The geochemical (low Sr, Eu, Ca, Mg, Ni) and isotopic compositions (initial ?Nd = +3 à +7) of this granite point to an origin involving extreme fractionation of mantle-derived magmas which interacted with an old crustal component during their emplacement in the upper continental crust