Geometry and rheology of the lower continental crust (example from south-Madagascar)
ÉVOLUTION THERMOMÉCANIQUE DE LA CROÛTE INFÉRIEURE DU SUD DE MADAGASCAR
Résumé
This work is devoted to the characterization of the thermo-mechanical evolution of the lower crust from the example of Madagascar. The finite strain pattern of Southern Madagascar is derived from the study of satellite images complemented by structural analуsis on the field (foliation, stretching lineation trajectories and kinematics). The strain is partitioned between blocks (dome-and-basin folded domains) surrounded by ductile shear zones. These geometries reflect the superposition of two distincts finite strain pattern D1 and D2. D2 finite strain pattern reworked the sub¬horizontal D1 structures giving rise to a network of anastomozed vertical shear zones (15-25 km wide and> 1000 km long). It is consistent with East-West shortening in a transpressive regime.
We determined the metamorphic conditions associated with the two finite strain fields. Estimates have been realized for various lithologies by using several methods (TWEEQ software and usual calibrations). Results show that rather uniform high-temperature conditions can be found everуwhеrе in Southern Madagascar. Ву contrast, there are regional pressure differences controlled by the major shear zones, which in turn control the movements of the crustal blocks. Thus the transpressive D2 strain field is responsible for exhumation of deep-seated rocks.
D1 and D2 both occurred under granulite facies conditions. Chronological constrains obtained from monazite (U-Th-Pb) indicate ages at 580-550 Ma for Dl and 520-500 Ma for D2.
In order to characterize the rheological behavior of granulites in Madagascar, we carried out a study of microstructures, microfabrics and deformation mechanism of quartz- & feldspar-bearing rock. Our results demonstrate that the continental lithosphere, despite its high composition heterogenеitу, is rheoligiсally homogeneous. Furthermore, the granoblastic textures of granulites are not only annealing textures but thеу are also textures characteristic of high-stained rocks at high-temperature while viscositу cintrasts between phases are very low.
Finallу, the pan-African origenic cycle (580-500 Ma) in Madagascar is presented at the scale of the Gondwana super-continent where the D2 deformation stage results from the convergence of cratons. The latter constitute major heterogeneities within the continental lithosphere which control the repartition of the radiochronologic data (diachronous ages), the P-T data (pressure differences), and the strain partitioning (simple shear vs. pure shear, and strain gradient).
Ву integrating these direct observations as well as indirect observations derived from seismology and gravimеtry, we infer that the vertical shear zones are deeply rooted in the mantle. This lithospheric anisotropy is associated with fluid transfers allowing heat advection in the orogenic mots responsible for the development and persistent granulite facies metamorphism during tens of million years.
L'objectif de cette thèse est de caractériser l'évolution thermomécanique de la croûte continentale inférieure sur l'exemple de Madagascar. Dans ce but le champ de déformation finie du Sud de l'île de Madagascar est caractérisé, à partir de l'étude d'images satellitales complétée par l'analyse structurale de terrain. L'évolution des géométries, dans l'espace, montre une forte partition de la déformation entre des blocs (domaines plissés en dômes-et-bassins) limités par des zones de cisaillement ductiles. Ces géométries résultent de deux champs de déformation finie distincts D1 et D2. Le champ de déformation D2, qui reprend des structures horizontales (D1), est composé d'un réseau de zones de cisaillement anastomosées verticales (15 à 25 km de large par plus de 1000 km de long) où se localise la déformation. I1 est compatible avec un raccourcissement Est-Ouest, en régime transpressif.
Nous avons précisé les conditions métamorphiques synchrones des deux champs de déformation finie. Les calculs ont été réalisées sur des lithologies variées en utilisant divers types de méthodes (logiciel TWEEQ et calibrations usuelles). Les résultats mettent en évidence que les conditions de haute température (>750°C) sont généralisées à tout le Sud de l'île. Par contre il existe un gradient régional de pression. Les variations sont contrôlées par les zones de cisaillement majeures qui guident les mouvements différentiels des blocs crustaux. Le champ de déformation D2, le résultat d'une déformation transpressive, permet donc l'exhumation de roches profondes.
Les deux champs de déformation finie D1 et D2 sont synchrones du faciès granulite et des estimations chronologiques sur monazite (U-Th-Pb) ont été réalisées afin de préciser leur succession au cours du temps. Les structures D1 sont datées à 580-550 Ma et les structures D2 à 520-500 Ma.
Afin de caractériser le comportement rhéologique des granulites de Madagascar, une étude des microstructures, des microfabriques et des mécanismes de déformation des roches quartzofeldspathiques à été réalisée. Nos résultats, en complément des travaux de terrain à plus petite échelle, démontrent que la lithosphère continentale extrêmement hétérogène en composition, montre un comportement rhéologique homogène. De plus les textures granoblastiques des granulites ne sont pas seulement des textures de recuit mais des textures caractéristiques d'une forte déformation de haute température, pendant laquelle les contrastes de viscosités entre les phases sont très faibles.
Finalement l'histoire du cycle orogénique panafricain (580-500 Ma) de Madagascar est abordée à l'échelle du super-continent Gondwana où le champ de déformation D2 résulte de la convergence de cratons. Ces derniers constituent des hétérogénéités majeures au sein de la lithosphère continentale, qui influent sur la répartition des données radiochronologiques (diachronisme des âges), des données P-T (variations de pressions) et sur la partition de la déformation ("cisaillement pur/cisaillement simple", gradient de déformation).
En intégrant ces données directes naturelles et les données indirectes obtenues notamment par sismique et gravimétrie nous considérons que les zones de cisaillement verticales s'enracinent dans le manteau. Ces anisotropies lithosphériques facilitent les transferts de fluides et de ce fait vont permettre une advection de chaleur dans les racines orogéniques à l'origine du développement et de la persistance du faciès des granulites pendant plusieurs dizaines de millions d'années.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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