Diversité pétrologique, géochimique et temporelle du socle Paléozoïque du Morvan (NE du Massif Central) : conséquences sur le contexte géodynamique de la chaîne varisque

Petrological, geochemical and temporal diversity of the Paleozoic basement from the Morvan (NE French Massif Central): the consequences about geodynamic context of the Variscan Orogenic belt

• Auteur / Autrice : Hugo Pierrot-Gautrelet
• Direction : Jocelyn Barbarand, Marc Poujol
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris Saclay
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Relief, Bassin et Ressources - RBR
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines

Mots clés

Mots clés libres

Géochimie

Datation U-Pb

Pétrologie magmatique

Massif du Morvan

Chaîne varisque

Variscan chain

U-Pb datation

Morvan massif

Magmatic petrology

Geochemistry

Résumé

Le modèle de formation de la chaîne varisque en Europe envisage au premier ordre la fermeture d'un domaine océanique compris entre le Gondwana et la Laurussia avec l'existence de blocs continentaux intermédiaires qui compliquent la structure. Le nombre de ces blocs ainsi que les caractéristiques des domaines océaniques intercalés sont dans le détail encore en discussion, de même que le calendrier et la géométrie des marges. Ainsi la fermeture de l'océan méridional (océan médio-européen) peut être investigué au sud du bloc armoricain mais son tracé vers l'est (au nord du Massif Central) n'est pas connu. Concernant l'océan septentrional, le Rhéique, sa subduction vers le sud produit des modifications de la plaque supérieure (arc volcanique du Morvan, bassin d'arrière-arc de la Brévenne) et aboutit à un magmatisme important au Carbonifère dont l'origine est peu connue. Ces éléments géométriques font que le nord-est du Massif Central apparaît comme une zone intéressante pour mieux comprendre la chaîne Varisque alors qu'elle reste mal connue. Les granitoïdes montrent une certaine diversité avec des leucogranites peralumineux à deux micas, des granites peralumineux à biotite et cordiérite et des granites metalumineux à biotite et amphibole. Les rares datations de ces roches rendent leur association difficile. La faible disponibilité de données géochimiques rend également la détermination de leur origine délicate même si leurs caractéristiques pétrographiques et les données géochimiques préliminaires signent plutôt une origine continentale. Nos travaux récents montrent néanmoins des enrichissements très significatifs en éléments traces (Nb, Ta) qui sont caractéristiques du manteau. En outre, la présence de vaugnérites et d'amphibolites spatialement associées au socle gneissique constitue un élément supplémentaire pour remettre en question un modèle simple de fusion partielle d'une base de croûte, ce modèle expliquant mal l'enrichissement des éléments HFSE dans ces roches évoluées. Ces arguments montrent la nécessité d'étudier en détail ce domaine d'un point de vue pétrographique, géochimique et temporel. Nous souhaitons par conséquent focaliser notre étude sur le massif du Morvan afin de répondre aux objectifs suivants : 1. Tracer la signature géochimique de subduction « normale » qui est caractéristique de la région, en filtrant les autres signatures liées à la collision et/ou à la post collision. 2. Caractériser la maturation de l'arc à l'aide des éléments en trace afin de pouvoir reconstruire une éventuelle position de la subduction à l'époque et aujourd'hui. 3. Mettre en place une étude géochronologique multi-minéraux par la méthode U-(Th)-Pb par ablation laser ICP-MS afin de bien contraindre les différents épisodes magmatiques, métamorphiques ainsi que les événements où la circulation de fluides a été impliquée. 4. Les résultats des trois points précédents devraient permettre de proposer un modèle géodynamique cohérent pour la zone d'étude. Il sera également envisagé d'étudier le rôle du socle Paléozoïque dans les minéralisations en F, Ba, ±Cu, ±Zn observées régionalement.

The model for the formation of the Variscan chain in Europe envisages at first order the closure of an oceanic domain between Gondwana and Laurussia with the existence of intermediate continental blocks that complicate the structure. The number of these blocks as well as the characteristics of the intercalated oceanic domains are in detail still under discussion, as well as the timing of evolution and the geometry of the margins. Thus, the closure of the southern ocean (Medio-European Ocean) can be investigated south of the Armorican block but its eastward course (north of the Massif Central) is not known. Concerning the northern ocean, the Rheic, its southward subduction produced modifications of the upper plate (Morvan volcanic arc, Brévenne back-arc basin) and leads to an important magmatism in the Carboniferous whose origin is not well known. These geometrical elements make the northeastern part of the Massif Central appear as an interesting zone to better understand the Variscan chain, although it remains poorly known. The granitoids show a certain diversity with peraluminous leucogranites with two micas, peraluminous granites with biotite and cordierite and metaluminous granites with biotite and amphibole. The rare dating of these rocks makes their association difficult. The poor availability of geochemical data also makes the determination of their origin difficult, even if their petrographic characteristics and preliminary geochemical data indicate a continental origin. Our recent work nevertheless shows very significant enrichments in trace elements (Nb, Ta) which are characteristic of the mantle. Moreover, the presence of vaugerites and amphibolites spatially associated with the gneissic basement constitutes an additional element to question a simple model of partial melting of a crustal base, this model explaining poorly the enrichment of HFSE elements in these evolved rocks. These arguments show the need to study this area in detail from a petrographic, geochemical and temporal point of view. We therefore wish to focus our study on the Morvan massif in order to answer the following objectives: 1. To trace the 'normal' subduction geochemical signature that is characteristic of the region, filtering out other signatures related to collision and/or post-collision. 2. Characterize the maturation of the arc using trace elements in order to reconstruct a possible subduction position then and now. 3. To set up a multi-mineral geochronological study using the U-(Th)-Pb method by ICP-MS laser ablation in order to constrain the different magmatic and metamorphic episodes as well as the events where fluid circulation was involved. 4. The results of the three previous points should allow to propose a coherent geodynamic model for the study area. It will also be considered to study the role of the Paleozoic basement in the F, Ba, ±Cu, ±Zn mineralization observed in the region.