Gabbro, plagiogranite and associated dykes in the supra-subduction zone Evros Ophiolites, NE Greece

The incomplete Evros ophiolites in NE Greece form a NE-SW-oriented discontinuous belt in the Alpine orogen of the north Aegean. Field data, petrology and geochemistry are presented here for the intrusive section and associated mafic dykes of these ophiolites. Bodies of high-level isotropic gabbro and plagiogranite in the ophiolite suite are cross-cut by NE-SW-trending boninitic and tholeiitic-boninitic affinity dykes, respectively. The dykes fill tensile fractures or faults, which implies dyke emplacement in an extensional tectonic regime. The tholeiitic-transitional boninitic gabbro is REE- and HFS-depleted relative to N-MORB, indicating derivation from melting of a refractory mantle peridotite source. Associated boninitic dykes are slightly LREE-enriched, showing mineral and whole-rock geochemistry similar to the gabbro. The plagiogranite is a strongly REE-enriched high-silica trondhjemite, with textures and composition typical for an oceanic crust differentiate. Plagiogranite-hosted tholeiitic and transitional boninitic dykes are variably REE-enriched. Geochemical modelling indicates origin of the plagiogranite by up to 75% fractional crystallization of basaltic magma similar to that producing the associated tholeiitic dykes. All mafic rocks have high LILE/HFSE ratios and negative Ta-Nb-Ti and Ce anomalies, typical for subduction zone-related settings. The mafic rocks show a similar trace-element character to the mafic lavas of an extrusive section in Bulgaria, suggesting they both form genetically related intrusive and extrusive suites of the Evros ophiolites. The field occurrence, the structural context, the petrology and geochemical signature of the studied magmatic assemblage provide evidence for its origin in a proto-arc (fore-arc) tectonic setting, thus tracing the early stages of the tectono-magmatic evolution of Jurassic arc-marginal basin system that has generated the supra-subduction type Evros ophiolites.

Subduction and obduction processes in the Swiss Alps

The significance of the Brianconnais domain in the Alpine orogen is reviewed in the light of data concerning its collision with the active Adriatic margin and the passive Helvetic margin. The Brianconnais which formerly belonged to the Iberian plate, was located on the northern margin of the Alpine Tethys (Liguro-Piemont ocean) since its opening in the early-Middle Jurassic. Together with the Iberian plate the Brianconnais terrane was separated from the European plate in the Late Jurassic-Early Cretaceous, following the northern Atlantic, Bay of Biscay, Valais ocean opening. This was accompanied by the onset of subduction along the northern margin of Adria and the closure of the Alpine Tethys. Stratigraphic and metamorphic data regarding this subduction and the geohistory of the Brianconnais allows the scenario of subduction-obduction processes during the Late Cretaceous-early Tertiary in the eastern and western Alps to be specified. HP-LT metamorphism record a long-lasting history of oceanic subduction-accretion, followed in the Middle Eocene by the incorporation of the Brianconnais as an exotic terrane into the accretionary prism. Middle to Late Eocene cooling ages of the Brianconnais basement and the presence of pelagic, anorogenic sedimentation lasting until the Middle Eocene on the Brianconnais preclude any sort of collision before that time between this domain and the active Adria margin or the Helvetic margin. This is confirmed by plate reconstructions constrained by magnetic anomalies in the Atlantic domain. Only a small percentage of the former Brianconnais domain was obducted, most of the crust and lithospheric roots were subducted. This applies also to domains formerly belonging to the southern Alpine Tethys margin (Austroalpine-inner Carpathian domain). It is proposed that there was a single Palaeogene subduction zone responsible for the Alpine orogen formation (from northern Spain to the East Carpathians), with the exception of a short-lived Late Cretaceous partial closure of the Valais ocean. Subduction in the western Tethyan domain originated during the closure of the Meliata ocean during the Jurassic incorporating the Austroalpine-Carpathian domain as terranes during the Cretaceous. The subduction zone propagated into the northern margin of Adria and then to the northern margin of the Iberian plate, where it gave birth to the Pyrenean-Provencal orogenic belt. This implies the absence of a separated Cretaceous subduction zone within the Austro-Carpathian Penninic ocean. Collision of Iberia with Europe forced the subduction to jump to the SE margin of Iberia in the Eocene, creating the Apenninic orogenic wedge and inverting the vergence of subduction from south- to north-directed. (C) 1998 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps

Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé grand public Comme toute matière, la roche est sensible à son environnement et cherche à s'adapter pour acquérir un état stable (état d'équilibre). Les changements des conditions physiques (température et pression) vont ainsi impliquer des modifications dans la roche. Le métamorphisme est l'étude de ces changements. Les minéraux qui constituent la roche peuvent modifier, leur structure, leur chimie ou être remplacer par d'autres minéraux plus stables. Il est ainsi crucial de déterminer les processus responsables et limitant de la croissance minérale. Trois processus permettent la croissance ; (1) la dissolution des éléments du réactant, (2) le transport de ces éléments vers le site de croissance, (3) l'incorporation de ces éléments dans la nouvelle structure. Cette thèse se focalise sur les structures des minéraux de haute pression (forme, zonation chimique, structure interne) pour essayer de déterminer les facteurs importants à l'origine de leur état final. Les zones d'étude se situent dans la zone de Sésia. La première partie traite de la problématique liée à l'incorporation d'un élément dans une structure minérale. A l'image de la croissance humaine, les irrégularités minéralogiques permettent de mettre en lumière un dysfonctionnement de la croissance due à un excès ou à une carence d'un élément. Bien dosé, cet élément est cependant essentiel à la croissance. Les zoisites (épidotes) des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent une zonation chimique en sablier. Dans cette zonation la teneur en fer excède la capacité maximum que peut contenir la structure orthorhombique de la zoisite. Des défauts de structure permettent l'accommodation de cet excès. La zoisite peut ainsi adapter sa structure pour permettre l'incorporation d'une relativement grande quantité de fer. Les études précédentes montraient, pour des conditions similaires, la formation de deux épidotes distinctes. La deuxième partie se penche sur la compétition entre le minéral qui fait sa croissance et les minéraux (réactants) qui l'entourent. Les métapélites de la région du Monte Mucrone contiennent des grenats atollaires. Des études détaillées de la texture et de la zonation chimique du grenat ainsi qu'une modélisation thermodynamique ont permis de mieux cerner les facteurs importants responsables de la forme atollaire. Cette structure est obtenue par un changement du comportement de la croissance du grenat le long d'un chemin P-T hercynien. Dans un premier stade, le grenat croît rapidement et consume peu le quartz de la matrice. La croissance se fait ainsi le long des jointures des grains de quartz. Dans un second temps, les changements de conditions PT donnent une croissance lente du grenat et une forte consommation du quartz. Le grenat peut ainsi développer sa forme dodécaédrale classique. La troisième partie s'intéresse aux distances de transport par diffusion d'un élément (ici l'argon) durant la haute pression. Pour ce faire, un profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotite a été mesuré depuis un veine de haute pression riche en argon jusque dans son encaissant (granitoïd du Monte Mucrone). Le profile montre une répartition des âges suivant une courbe de diffusion. Le transport se fait sur une longueur de deux centimètre avec l'aide d'un fluide. Il est réduit à une échelle millimétrique quand la phase fluide disparaît. Cette étude montre ainsi les difficultés de transport des éléments durant la haute pression ne permettant pas un rééquilibrage de la roche à grande échelle. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Résumé de thèse Les processus de croissance (diffusion des éléments et les réactions d'interface) et les conditions dans lesquelles les minéraux grandissent (température, pression, fluide, composition chimique de la roche), déterminent la texture ainsi que la zonation des minéraux. Cette thèse se focalise, par le biais de textures peu communes, sur trois différents processus impliqués dans la croissance minérale à haute pression (Zone de Sésia, Alpes de l'Ouest, Italie). L'incorporation d'un élément dans une structure minérale ne peut se faire que dans des sites en accord avec la taille et la charge ionique de l'élément. De plus, la balance de charge doit être maintenue dans le minéral. La régularité de la structure cristalline fixe ainsi une limite maximum de concentration d'un élément donné. Les zoisites provenant des métabasites de la région de Cima di Bonze montrent des zonations en sablier caractérisées par une concentration anormale en fer. La zonation se marque par une différente teinte de biréfringence et par un plus grand angle d'extinction que le reste de la zoisite. Une inter-croissance de clinozoisite à l'intérieur de la structure orthorhombique de la zoisite peut ainsi être suspectée. Les analyses XRD (diffraction des rayons x) ainsi que les analyses Raman ne confirment pas cette suspicion. Seules les analyses TEM (microscope à électrons transmis) montrent des défauts de structure pouvant être interprétés comme des modules de clinozoisite. Ils ne peuvent cependant pas être considérés comme une phase thermodynamique. Un nouveau trou d'immiscibilité entre deux zoisite (X ep= 0.1 and Xep = 0.15) a ainsi pu être établi. Dans les métapélites la région du Monte Mucrone, des grenats fortement zonés montrent une évolution texturale singulière. Ils présentent une forme initiale de `champignon' qui se développe pour former une structure atollaire finale. L'étude conjuguée de la structure 3D et des zonations, ainsi que l'établissement d'un model thermodynamique, indiquent que ces structures proviennent de deux épisodes de croissances : (1) La croissance du grenat durant un chemin prograde hercynien (de 525 °C et 6.2 kbar à 640 °C et 9 kbar) permet la formation des textures atollaires. Elles sont le résultat d'une croissance poecilitique initiale suivie d'une croissance idiomorphique du grenat. (2) La structure est rendue plus complexe par la cristallisation d'un grenat homogène tout autour ainsi qu'à l'intérieur du grenat hercynien durant la haute pression alpine (550 °C and 20 kbar). L'arrivée de l'eau durant la haute pression facilite le transport d'éléments et permet une cristallisation rapide du grenat. La diffusion peut être un facteur limitant de la croissance minéralogique. Elle a aussi une grande importance pour la géochronologie. Une veine de haute pression à l'intérieur du granitoïde du Monte Mucrone a été étudiée dans le but de déterminer la distance de diffusion de l'argon. Le profile d'âges 40Ar/39Ar sur biotites, établi de la veine vers le métagranitoïde, suit une courbe de diffusion. Les âges sont élevés proche de la veine (800 Ma) puis décroissent jusqu'à des âges homogènes (170-150 Ma) à deux centimètres de la veine. La présence de fluide, marqué par de hautes concentrations en chlore, permet une diffusion centimétrique. Cependant, la distance est réduite à une échelle millimétrique quand le fluide est absent. Les très faibles distances de diffusion préservent les âges pré-alpins et impliquent un événement géologique pour les âges de 170-150 Ma. Kinetics of crystal growth and equilibrium domains in eclogite of the Sesia Zone, Western Alps Darbellay Bastien Institut de Minéralogie et Géochimie Thesis abstract Rock textures and zonings are the consequence of growth processes (element diffusion and interface reaction) steered by the environment in which they grew (pressure, differential stress, temperature, fluid and rock composition). The thesis presented here focuses on three different topics, each of it dealing with aspects of mineral growth processes during subduction, in a high-pressure environment. All studies were conducted in the Sesia Zone of the Western European Alps, Italy. The first study addresses the crystallography and geochemistry of element incorporation in zoisite, one of the major hydrous minerals found in subduction zone rocks. Elements can be incorporated into a mineral structure only on crystallographic sites that offer enough space for the ion and the overall charge balance has to be maintained. Element concentrations are hence limited. Incorporation of some elements produces complex zoning, including hourglass like patterns, which are the focus of the first contribution. Zoisites from Cima di Bonze (Sesia Zone) show spectacular hourglass zoning defined by Fe-content variations. The hourglass zones have a distinct birefringence and a different extinction angle than the regular part of the zoisite. We show by detailed XRD (X-ray diffraction) and confocal Raman analyses that the high Fe-zones are nevertheless zoisite, and not clinozoisite as one might expect. High resolution TEM (transmission electron microscopy) analyses show planar defects on (100) that can be interpreted as small-scale clinozoisite modules. However, these clinozoisites cannot be interpreted as a distinctive thermodynamic phase and the entire mineral has to be considered as zoisite. The miscibility gap between two zoisites (Xep = 0.1 and Xep = 0.15) can be then definite at 550 ± 50°C and 14 to 20 Kbar. Strongly zoned garnets in quartz rich metapelite from the Monte Mucrone area (Sesia Zone) show evolution form 3D mushroom to atoll structure. The second contribution presents textural investigations, garnet zoning and thermodynamic modeling that demonstrate that atoll garnets are the result of two distinctive growth events. (1) Garnet atoll structure is already formed during a prograde Hercynian path from 525 °C and 6.2 kbar to 640 °C and 9 kbar. It results in an initial poikilitic growth followed by a final idiomorphic growth event. (2) Alpine HP garnet are homogenous (550 °C and 20 kbar) and grew around and also inside the Hercynian garnet. Lack of prograde Alpine garnet and fast growth of the HP garnet is explained by the absence of water during much of the prograde path. Water saturation was only observed towards the end, close towards the peak metamorphic conditions. Diffusion could be a limiting factor for crystal growth. It has also a great importance in geochronology. HP vein inside the metagranitoide of the Monte Mucrone (~300 Ma) was investigated to determine argon diffusion scales during high-pressure metamorphism. 40Ar/39Ar biotite ages profile from the vein toward the metagranodiorite show a diffusion curve: old ages (800 Ma) located close to the vein decrease until homogenous 170-150 Ma ages are obtained, two centimeter away from the vein. Centimeter-scale diffusion occurs with help of a fluid phase marked by high chlorine concentrations. Argon diffusion is reduced to a millimeter scale when free fluid is absent. Very short diffusion distance permits to preserve pre-Alpine ages. The 170-150 Ma ages are considered to be geologic meaningful, probably resulting from the extensional tectonics linked to opening of the Tethian ocean.

Alpine tectonic evolution of a Jurassic subduction-accretionary complex: Deformation, kinematics and 40Ar/39Ar age constraints on the Mesozoic low-grade schists of the Circum-Rhodope Belt in the eastern Rhodope-Thrace region, Bulgaria-Greece

Deformation of the Circum-Rhodope Belt Mesozoic (Middle Triassic to earliest Lower Cretaceous) low-grade schists underneath an arc-related ophiolitic magmatic suite and associated sedimentary successions in the eastern Rhodope-Thrace region occurred as a two-episode tectonic process: (i) Late Jurassic deformation of arc to margin units resulting from the eastern Rhodope-Evros arc-Rhodope terrane continental margin collision and accretion to that margin, and (ii) Middle Eocene deformation related to the Tertiary crustal extension and final collision resulting in the closure of the Vardar ocean south of the Rhodope terrane. The first deformational event D-1 is expressed by Late Jurassic NW-N vergent fold generations and the main and subsidiary planar-linear structures. Although overprinting, these structural elements depict uniform bulk north-directed thrust kinematics and are geometrically compatible with the increments of progressive deformation that develops in same greenschist-facies metamorphic grade. It followed the Early-Middle Jurassic magmatic evolution of the eastern Rhodope-Evros arc established on the upper plate of the southward subducting Maliac-Meliata oceanic lithosphere that established the Vardar Ocean in a supra-subduction back-arc setting. This first event resulted in the thrust-related tectonic emplacement of the Mesozoic schists in a supra-crustal level onto the Rhodope continental margin. This Late Jurassic-Early Cretaceous tectonic event related to N-vergent Balkan orogeny is well-constrained by geochronological data and traced at a regional-scale within distinct units of the Carpatho-Balkan Belt. Following subduction reversal towards the north whereby the Vardar Ocean was subducted beneath the Rhodope margin by latest Cretaceous times, the low-grade schists aquired a new position in the upper plate, and hence, the Mesozoic schists are lacking the Cretaceous S-directed tectono-metamorphic episode whose effects are widespread in the underlying high-grade basement. The subduction of the remnant Vardar Ocean located behind the colliding arc since the middle Cretaceous was responsible for its ultimate closure, Early Tertiary collision with the Pelagonian block and extension in the region caused the extensional collapse related to the second deformational event D-2. This extensional episode was experienced passively by the Mesozoic schists located in the hanging wall of the extensional detachments in Eocene times. It resulted in NE-SW oriented open folds representing corrugation antiforms of the extensional detachment surfaces, brittle faulting and burial history beneath thick Eocene sediments as indicated by 42.1-39.7 Ma Ar-40/Ar-39 mica plateau ages obtained in the study. The results provide structural constraints for the involvement components of Jurassic paleo-subduction zone in a Late Jurassic arc-continental margin collisional history that contributed to accretion-related crustal growth of the Rhodope terrane. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A Miocene mud volcano and its plumbing system: A chaotic complex revisited (Monferrato, NW Italy)

Chaotic deposits are frequently reported in the geological literature and are commonly interpreted as olistostromes or tectonic melanges. A chaotic complex in the Cenozoic succession of Monferrato (NW Italy) consists of interbedded mud breccia and burrowed silty clays that are pierced by sheared mud breccias and embed carbonate-cemented blocks. These may be represented by microcrystalline limestones or strongly cemented matrix-supported breccias locally containing remains of chemosymbiotic organisms (lucinid bivalves). Moreover, cylindrical concretions, up to 15 cm in diameter and 1 m long, occur in the chaotic complex and crosscut bedding planes at high angles. The cement of all these lithified portions is mainly dolomite characterized by low delta(13)C values (from -10.3 to -23parts per thousand PDB) and delta(18)O values up to + 7parts per thousand PDB. The delta(13)C values testify to precipitation of carbonates induced by microbial oxidation of methane, whereas the markedly positive delta(18)C signature, ubiquitous in the cylindrical concretions, is the evidence for the presence and destabilization of gas hydrates. The studied section provides a well-exposed example of the geological record of the birth, life, and death of a mud volcano. Unsheared, soft mud breccias represent mud flows along the flanks of the volcano, whereas sheared mud breccias are the result of the injection of unconsolidated overpressured fine-grained sediments, both taking place during ``eruptive'' phases. They were followed by more quiet stages of hemipelagic sedimentation, burrowing, and CH4 seeping. The cylindrical concretions represent the first described ancient example of the chimneys observed in present-day mud-volcano settings. They are the remnants of a cold-seep plumbing network that crosscut the mud volcano edifice. The chimneys were the pathway for the expulsion toward the sea floor of gas- and sediment-charged fluids likely originated from destabilization of methane gas hydrates. The association of mud breccias and methane-derived carbonates may not be due to mass gravity flows but can be primary and, therefore, is a diagnostic criterion for recognizing chaotic deposits due to mud volcano activity in the geological record.

Trace element partitioning in HP-LT metamorphic assemblages during subduction-related metamorphism, Ile de Groix, France: a detailed LA-ICPMS study

Devolatilization reactions and subsequent transfer of fluid from subducted oceanic crust into the overlying mantle wedge are important processes, which are responsible for the specific geochemical characteristics of subduction-related metamorphic rocks, as well as those of arc magmatism. To better understand the geochemical fingerprint induced by fluid mobilization during dehydration and rehydration processes related to subduction zone metamorphism, the trace element and rare earth element (REE) distribution patterns in HP-LT metamorphic assemblages in eclogite-, blueschist- and greenschist-facies rocks of the Ile de Groix were obtained by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICPMS) analysis. This study focuses on 10 massive basic rocks representing former hydrothermally altered mid-ocean ridge basalts (MORB), four banded basic rocks of volcano-sedimentary origin and one micaschist. The main hosts for incompatible trace elements are epidote (REE, Th, U, Pb, Sr), garnet [Y, heavy REE (HREE)], phengite (Cs, Rb, Ba, B), titanite [Ti, Nb, Ta, REE; HREE > LREE (light REE)], rutile (Ti, Nb, Ta) and apatite (REE, Sr). The trace element contents of omphacite, amphibole, albite and chlorite are low. The incompatible trace element contents of minerals are controlled by the stable metamorphic mineral assemblage and directly related to the appearance, disappearance and reappearance of minerals, especially epidote, garnet, titanite, rutile and phengite, during subduction zone metamorphism. Epidote is a key mineral in the trace element exchange process because of its large stability field, ranging from lower greenschist- to blueschist- and eclogite-facies conditions. Different generations of epidote are generally observed and related to the coexisting phases at different stages of the metamorphic cycle (e.g. lawsonite, garnet, titanite). Epidote thus controls most of the REE budget during the changing P-T conditions along the prograde and retrograde path. Phengite also plays an important role in determining the large ion lithophile element (LILE) budget, as it is stable to high P-T conditions. The breakdown of phengite causes the release of LILE during retrogression. A comparison of trace element abundances in whole-rocks and minerals shows that the HP-LT metamorphic rocks largely retain the geochemical characteristics of their basic, volcano-sedimentary and pelitic protoliths, including a hydrothermal alteration overprint before the subduction process. A large part of the incompatible trace elements remained trapped in the rocks and was recycled within the various metamorphic assemblages stable under changing metamorphic conditions during the subduction process, indicating that devolatilization reactions in massive basic rocks do not necessarily imply significant simultaneous trace element and REE release.

Chemical and isotopic equilibrium between CO2 and CH4 in fumarolic gas discharges: Generation of CH4 in arc magmatic-hydrothermal systems

The chemical and isotopic composition of fumarolic gases emitted from Nisyros Volcano, Greece, and of a single gas sample from Vesuvio, Italy, was investigated in order to determine the origin of methane (CH,) within two subduction-related magmatic-hydrothermal environments. Apparent temperatures derived from carbon isotope partitioning between CH4 and CO2 of around 340degreesC for Nisyros and 470degreesC for Vesuvio correlate well with aquifer temperatures as measured directly and/or inferred from compositional data using the H2O-H-2-CO2-CO-CH4 geothermometer. Thermodynamic modeling reveals chemical equilibrium between CH4, CO2 and H2O implying that carbon isotope partitioning between CO2 and CH, in both systems is controlled by aquifer temperature. N-2/(3) He and CH4/(3) He ratios of Nisyros fumarolic gases are unusually low for subduction zone gases and correspond to those of midoceanic ridge environments. Accordingly, CH4 may have been primarily generated through the reduction of CO, by H, in the absence of any organic matter following a Fischer-Tropsch-type reaction. However, primary occurrence of minor amounts of thermogenic CH4 and subsequent re-equilibration with co-existing CO2 cannot be ruled out entirely- CO2/He-3 ratios and delta(13)C(CO2) values imply that the evolved CO2 either derives from a metasomatized mantle or is a mixture between two components, one outgassing from an unaltered mantle and the other released by thermal breakdown of marine carbonates. The latter may contain traces of organic matter possibly decomposing to CH4 during thermometamorphism. Copyright (C) 2004 Elsevier Ltd.

Depleted arc volcanism in the Alboran Sea and shoshonitic volcanism in Morocco: geochemical and isotopic constraints on Neogene tectonic processes

Samples of volcanic rocks from Alboran Island, the Alboran Sea floor and from the Gourougou volcanic centre in northern Morocco have been analyzed for major and trace elements and Sr-Nd isotopes to test current theories on the tectonic geodynamic evolution of the Alboran Sea. The Alboran Island samples are low-K tholeiitic basaltic andesites whose depleted contents of HFS elements (similar to0.5xN-MORB), especially Nb (similar to0.2xN-MORB), show marked geochemical parallels with volcanics from immature intra-oceanic arcs and back-arc basins. Several of the submarine samples have similar compositions, one showing low-Ca boninite affinity. Nd-143/Nd-144 ratios fall in the same range as many island-arc and back-arc basin samples, whereas Sr-87/Sr-86 ratios (on leached samples) are somewhat more radiogenic. Our data point to active subduction taking place beneath the Alboran region in Miocene times, and imply the presence of an associated back-arc spreading centre. Our sea floor suite includes a few more evolved dacite and rhyolite samples with (Sr-87/Sr-86)(0) up to 0.717 that probably represent varying degrees of crustal melting. The shoshonite and high-K basaltic andesite lavas from Gourougou have comparable normalized incompatible-element enrichment diagrams and Ce/Y ratios to shoshonitic volcanics from oceanic island arcs, though they have less pronounced Nb deficits. They are much less LIL- and LREE-enriched than continental arc analogues and post-collisional shoshonites from Tibet. The magmas probably originated by melting in subcontinental lithospheric mantle that had experienced negligible subduction input. Sr-Nd isotope compositions point to significant crustal contamination which appears to account for the small Nb anomalies. The unmistakable supra-subduction zone (SSZ) signature shown by our Alboran basalts and basaltic andesite samples refutes geodynamic models that attribute all Neogene volcanism in the Alboran domain to decompression melting of upwelling asthenosphere arising from convective thinning of over-thickened lithosphere. Our data support recent models in which subsidence is caused by westward rollback of an eastward-dipping subduction zone beneath the westemmost Mediterranean. Moreover, severance of the lithosphere at the edges of the rolling-back slab provides opportunities for locally melting lithospheric mantle, providing a possible explanation for the shoshonitic volcanism seen in northern Morocco and more sporadically in SE Spain. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Bimodal magmatism as a consequence of the post-collisional readjustment of the thickened Variscan continental lithosphere (Aiguilles Rouges - Mont Blanc Massifs, Western Alps)

High Precision U-Pb zircon and monazite dating in the Aiguilles Rouges-Mont Blanc area allowed discrimination of three short-lived bimodal magmatic pulses: the early 332 Ma Mg-K Pormenaz monzonite and associated 331 Ma peraluminous Montees Pelissier monzogranite; the 307 Ma cordierite-bearing peraluminous Vallorcine and Fully intrusions; and the 303 Fe-K Mont Blanc syenogranite. All intruded syntectonically along major-scale transcurrent faults at a time when the substratum was experiencing tectonic exhumation, active erosion recorded in detrital basins and isothermal decompression melting dated at 327-320 Ma. Mantle activity and magma mixing are evidenced in all plutons by coeval mafic enclaves, stocks and synplutonic dykes. Both crustal and mantle sources evolve through time, pointing to an increasingly warm continental crust and juvenile asthenospheric mantle sources. This overall tectono-magmatic evolution is interpreted in a scenario of post-collisional restoration to normal size of a thickened continental lithosphere. The latter re-equilibrates through delamination and/or erosion of its mantle root and tectonic exhumation/erosion in an overall extensional regime. Extension is related to either gravitational collapse or back-are extension of a distant subduction zone.

Structural and metamorphic evolution of the northern Himachal Himalaya, NW India - (Spiti-eastern Lahul-Parvati valley traverse)

The Himalayan orogen is the result of the collision between the Indian and Asian continents that began 55-50 Ma ago, causing intracontinental thrusting and nappe formation. Detailed mapping as well as structural and microfabric analyses on a traverse from the Tethyan Himalaya southwestward through the High Himalayan Crystalline and the Main Central Thrust zone (MCT zone) to the Lesser Himalayan Sequence in the Spiti-eastern Lahul-Parvati valley area reveal eight main phases of deformation, a series of late stage phases and five stages of metamorphic crystallization. This sequence of events is integrated into a reconstruction of the tectonometamorphic evolution of the Himalayan orogen in northern Himachal Pradesh. The oldest phase D-1 is preserved as relies in the High Himalayan Crystalline. Its deformational conditions are poorly known, but the metamorphic evolution is well documented by a prograde metamorphism reaching peak conditions within the upper amphibolite facies. This indicates that D-1 was an important tectonometamorphic event including considerable crustal thickening. The structural, metamorphic and sedimentary record suggest that D-1 most probably represents an early stage of continental collision. The first event clearly attributed to the collision between India and Asia is documented by two converging nappe systems, the NE-verging Shikar Beh Nappe and the SW-verging north Himalayan nappes. The D-2 Shikar Beh Nappe is characterized by isoclinal folding and top-to-the NE shearing, representing the main deformation in the High Himalayan Crystalline. D-2 also caused the main metamorphism in the High Himalayan Crystalline that was of a Barrovian-type, reaching upper amphibolite facies peak conditions. The Shikar Beh Nappe is interpreted to have formed within the Indian crust SW of the subduction zone. Simultaneously with NE-directed nappe formation, incipient subduction of India below Asia caused stacking of the SW-verging north Himalayan Nappes, that were thrust from the northern edge of the subducted continent toward the front of the Shikar Beh Nappe. As a result, the SW-verging folds of the D-3 Main Fold Zone formed in the Tethyan Himalaya below the front of the north Himalayan nappes. D-3 represents the main deformation in the Tethyan Himalaya, associated with a greenschist facies metamorphism. Folding within the Main Fold Zone subsequently propagated toward SW into the High Himalayan Crystalline, where it overprinted the preexisting D-2 structures. After subduction at the base of the north Himalayan nappes, the subduction zone stepped to the base of the High Himalayan Crystalline, where D-3 folds were crosscut by SW-directed D-4 thrusting. During D-4, the Crystalline Nappe, comprising the Main Fold Zone and relies of the Shikar Beh Nappe was thrust toward SW over the Lesser Himalayan Sequence along the 4 to 5 kms thick Main Central Thrust zone. Thrusting was related to a retrograde greenschist facies overprint at the base of the Crystalline Nappe and to pro-grade greenschist facies conditions in the Lesser Himalayan Sequence. Simultaneously with thrusting at the base of the Crystalline Nappe, higher crustal levels were affected by NE-directed D-5 normal extensional shearing and by dextral strike-slip motion, indicating that the high-grade metamorphic Crystalline Nappe was extruded between the low-grade metamorphic Lesser Himalayan Sequence at the base and the north Himalayan nappes at the top. The upper boundary of the Crystalline Nappe is not clearly delimited and passes gradually into the low-grade rocks at the front of the north Himalayan nappes. Extrusion of the Crystalline Nappe was followed by the phase D-6, characterized by large-scale, upright to steeply inclined, NE-verging folds and by another series of normal and extensional structures D-7+D-8 that may be related to ongoing extrusion of the Crystalline Nappe. The late stage evolution is represented by the phases D-A and D-B that indicate shortening parallel to the axis of the mountain chain and by D-C that is interpreted to account for the formation of large-scale domes with NNW-SSE-trending axes, an example of which is exposed in the Larji-Kullu-Rampur tectonic window.

The Exotic Palaeo-Thethys Terrane in Central Iran: New geological data from Anarak, Jandaq and Posht-e-Badam areas

Résumé Le « terrane » d'Anarak-Jandak occupe une position géologique clé au nord-ouest du Microcontinent Centre-East Iranien (CE1M), connecté avec le Bloc du Grand Kavir et la ceinture métamorphique de Sanandaj-Sirjan. Nous discutons ici l'origine de ces différentes unités, reliées jusqu'à présent à des épisodes orogéniques d'âge Précambrien à Paléozoïque inférieur, pour conclure finalement de leur affinité paléotéthysienne. Leur histoire commence par un épisode de rifting d'âge Ordovicien supérieur-Dévonien inférieur, pour se terminer au Trias par la collision des blocs Cimmériens dérivé du Gondwana avec le Bloc du Turan d'affinité asiatique (événement Eocimmérien). La plus importante unité métamorphique affleurant au sud-ouest de la région de Jandak-Anarak-Kaboudan est une épaisse séquence silicoclastique à grains fins contenant des blocs ophiolitiques (marginal-sea-type), et des associations basalte-gabbro à signatures géochimiques de type supra-subduction. Dans la région de Nakhlak, nous avons daté ces gabbros par la méthode U-Pb à 387f0.11 Ma ; les roches métamorphiques pélitiques ont donné des âges de refroidissement Ar-Ar pour la muscovite de 320 à 333 Ma. Ce complexe d'accrétion "varisque" a été métamorphisé dans le faciès schiste vert-amphibolite au cours de l'accrétion de la ceinture granitique d'Airekan, d'âge Cambrien inférieur (549±15 Ma par la méthode U/Pb), qui affleure aujourd'hui à l'extrémité nord-ouest du terrane d'Anarak-Jandak . La subduction vers le nord de l'océan Paléotéthys depuis le Paléazoïque supérieur jusqu'au Trias, a permis l'accumulation de grandes quantités de matériel océanique dans la zone de subduction. Par exemple, une succession de guyots (Anarak, Kaboudan, et Meraji Seamounts) et de hauts sous-marins, entrés en collision oblique avec le prisme d'accrétion, est à l'origine d'un léger métamorphisme de type HP qui affecte ces séries {âges Ar-Ar de 280 à 230 Ma). De plus, le magmatisme bimodal de Chah Gorbeh est caractérisé d'une part par des roches de type trondjémite-gabbros (262 Ma), d'autre part par des laves en coussin de type basaltes alcalins-rhyolites; ces roches magmatiques ont recoupé l'ophiolite d'Anarak lors de la mise en place de cette dernière dans la fosse interne de subduction. Quant au prisme d'accrétion de Doshakh, d'âge essentiellement Permien supérieur, i1 a été accrété le long de la marge continentale et métamorphisé dans le faciès schiste vert. La fermeture de la Paléotéthys s'enregistre finalement par la sédimentation dans le bassin d'avant pays du flysch de Bayazeh, d'âge probable Triasique. Le matériel issu de l'arc magmatique de la Paléotéthys est très bien préservé dans les dépôts infra-arc Dévonien supérieur-Carbonifère de Godar-e-Siah, ainsi que dans la succession d'avant-arc de Nakhlak. Pendant l'intervalle Paléozoïque supérieur-Trias, la région de Jandak a été soumise à un régime extensif de type bassin d'arrière-arc, dont un témoin pourrait être la ceinture ophiolitique d'Arusan, elle-même comparable aux écailles ophiolitiques d'Aghdarband au nord-est de l'Iran. Cet ensemble métamorphique est recoupé par des granites d'arc à collisionnel datés à 215±15 Ma. Dans la région de Yazd, témoin de la marge passive Cimmérienne, la sédimentation syn-rift Silurienne à Dévonienne inférieure a été interrompue pendant l'intervalle Trias moyen-Trias supérieur; il en a été de même pour les dépôts de plate-forme Paléozoïque supérieur. L'érosion, qui dans ce dernier cas a atteint le Permien, pourrait être liée au bombement flexural de la marge passive. La collision finale n'a pas induit de déformations trop importantes, et se caractérise par la mise en place de nappes sur la marge passive. Cet événement est scellé par des dépôts molassique du Lias. D'un point de vue régional, la zone s'étendant actuellement de la Mer Noire au Pamir a été soumise à six épisodes d'extension-compression du Jurassique inférieur (début du l'ouverture en position arrière-arc de la Néotéthys) à l'Eocène moyen. Par exemple, le terrane d'AnarakJandak, probablement situé entre le Kopeh Dagh et la plate-forme nord Afghane, s'est complètement détaché de sa patrie d'origine au début du Crétacé supérieur. Des preuves de cet événement se retrouvent dans les séries de plate-forme de Khur (préservation de séries syn-rift puis de marge passive). Les ophiolites de Nain et de Sabzevar sont de plus interprétée comme un témoin de l'existence de ce bassin d'arrière-arc. Dans l'intervalle Eocène-Oligocène, l'indentation par la plaque indienne de l'Eurasie a été contemporaine de la rotation horaire de fragments de l'ancien microcontinent Iranien et de la formation du CEIM. Cette rotation est responsable du transport du terrane d'Anarak-Jandak vers sa position actuelle en Iran Central, et de la dislocation de Terranes de moindre importance, comme le bloc de Posht-e Badam. Depuis le Miocène supérieur, et à la suite de la collision entre l'Arabie et l'Iran, le ternane d'Anarak-Jandak a subi des déformations liées à l'activité d'une zone de cisaillement dextre parallèle à la suture du Zagros, à l'arrière de l'arc magmatique d'Uromieh-Dokhtar. Résumé large public Le Microcontinent Centre-Est Iranien occupe une position géologique clé au centre de l'Iran. Les différentes unités qui le composent, reliées jusqu'à présent à des épisodes orogéniques d'âge Précambrien à Paléozoïque inférieur, sont maintenant rajeunies et liés à la fermeture de l'océean Paléotéthys. Leur histoire commence par un épisode de rifting d'âge Ordovicien supérieur à Dévonien inférieur, pour se terminer au Trias par la collision des- blocs Cimmériens, dérivés du Gondwana, avec le Bloc du Turan d'affinité asiatique. Dans la marge active asiatique de la Paléotéthys, nous avons daté les restes d'un océan marginal à 387±0.11 Ma. Ce complexe d'accrétion a été métamorphisé au cours de la réaccrétion de la ceinture granitique d'Airekan, d'âge Cambrien inférieur (549±15 Ma), qui affleure aujourd'hui à l'extrémité nord-ouest du « terrane » d'Anarak-Jandak correspondant à la plus grande partie de la région étudiée. Le matériel issu de l'arc magmatique de la Paléotéthys est très bien préservé et daté du Dévonien supérieur-Carbonifère. Pendant l'intervalle Paléozoïque supérieur-Trias, la région a été soumise à un régime extensif de type bassin d'arrière-arc, dont un témoin pourrait être la ceinture ophiolitique d'Arusan, comparable aux écailles ophiolitiques d'Aghdarband au nord-est de l'Iran. Cet ensemble métamorphique est recoupé par des granites datés à 215±15 Ma. La subduction vers le nord de l'océan Paléotéthys depuis le Paléozoïque supérieur jusqu'au Trias, a permis l'accumulation de grandes quantités de matériel océanique dans la zone de subduction. Par exemple, une succession de volcans sous-marins, entrés en collision avec le prisme d'accrétion, est à l'origine d'un léger métamorphisme de type HP qui affecte ces séries (280 à 230 Ma). Quant au prisme d'accrétion de Doshakh, d'âge essentiellement Permien supérieur, il a été mis en place le long de la marge continentale et métamorphisé dans le faciès schiste vert. La fermeture de la Paléotéthys s'enregistre finalement par la sédimentation dans le bassin d'avant pays du flysch de Bayazeh, d'âge Triasique. Dans la région de Yazd, on trouve les témoins de la marge passive Cimmérienne, la sédimentation syn-rift Silurienne à Dévonienne inférieure a été interrompue pendant l'intervalle Trias moyen-Trias supérieur, marqué par la flexuration de la marge passive lorsqu'elle rentra en collision avec la marge active asiatique. Cet événement est scellé par des dépôts molassique à charbon du Lias. Le «terrane» d'Anarak-Jandak, probablement situé à l'origine entre le Kopeh Dagh et la plate-forme nord Afghane, s'est complètement détaché de cette région au début du Crétacé supérieur lors de l'ouverture d'un bassin d'arrière-arc, engendré, cette fois, par la subduction de l'océan Néotéthys situé au sud des blocs cimmériens. Des preuves de cet événement se retrouvent dans les séries syn-rift, puis de marge passive de Khour. Les ophiolites de Nain et de Sabzevar sont interprétées comme un témoin de l'existence de ce bassin d'arrière-arc. Dans l'intervalle Eocène-Oligocène, l'indentation de l'Eurasie par la plaque indienne a été contemporaine de la rotation horaire de fragments de l'ancien microcontinent centre-Iranien. Cette rotation de près de 90° est responsable du transport du « terrane » d'Anarak-Jandak vers sa position actuelle. Abstract The Anarak-Jandaq terrane occupies a strategic geological situation at the north-western part of the Central-East Iranian Microcontinent (CEIM) and in connection with the Great Kavir Block and Sanandaj-Sirjan metamorphic belt. Our recent findings redefine the origin of these mentioned areas so far attributed to the Precambrian-Early Palaeozoic orogenic episodes, to be now directly related to the tectonic evolution of the Palaeo-Tethys Ocean, commenced by Late Ordovician-Early Devonian rifting events and terminated in the Triassic by the Eocimmerian tectonic event due to the collision of the Cimmerian blocks with the Asiatic Turan block. The most distributed metamorphic unit that is exposed from the south-west of Jandaq to the Anarak and Kaboudan areas is a thick and fine grain siliciclastic sequence accompanied by marginal-sea-basin ophiolitic blocks including basalt-gabbro association with supra-subduction-geochemical signature. These gabbros in the Nakhlak area were dated by U/Pb method at 387.6 ± 0.11 Ma and the metamorphic pelitic rocks yielded a range of 320 to 333 Ma muscovite-cooling ages based on 40Ar/39 Ar method. This "Variscan" accretionary complex was metamorphosed in greenschist-amphibolite facies during accretion to the Lower Cambrian Airekan granitic belt (549 ± 15 Ma by U/Pb method) that crops out at the northwestern edge of the Anarak-Jandaq terrane. Continued northward subduction of the Palaeo-Tethys Ocean during the entire Late Palaeozoic-Middle Triassic brought huge amount of oceanic material to the subduction zone. One chain of Carboniferous-Triassic oceanic rises and seamounts (the Anarak, Kaboudan, and Meraji Seamounts) obliquely collided with the accretionary wedge and created a mild HP metamorphic event (280-230 Ma based on 40Ar/39Ar results). Bimodal magmatism of the Chah Gorbeh area is characterized by a 262 Ma trondjemite-gabbro as well as pillow alkalibasalts-rhyolites which intruded the Anarak ophiolite when it was being emplaced within the inner-wall trench. The mainly Late Permian-Triassic Doshakh wedge was accreted along the continent and metamorphosed under lower greenschist facies and the probable Triassic Bayazeh flysch filled the foreland basin during the final closure. The Palaeo-Tethys magmatic arc products have been well preserved in the Late Devonian-Carboniferous Godar-e-Siah intra-arc deposits and the Triassic Nakhlak fore-arc succession. During the Late Palaeozoic-Triassic times, the Jandaq area has been affected by back-arc extension and probably the Arusan ophiolitic belt is the remnant of this narrow basin comparable to the Aqdarband ophiolitic remnant in north-east Iran. This metamorphic belt was intruded by 215 ± 15 Ma arc to collisional granites. In the passive margin of the Cimmerian block, on the Yazd region, the Silurian-Early Devonian syn-rift succession as well as the nearly continuous Upper Palaeozoic platform-type deposition was interrupted during the Middle to Late Triassic time, local erosion down to Devonian levels may be related to flexural bulge erosion. The collision event was not so strong to generate intensive deformation but was accompanied by some nappe thrusting onto the passive margin. It is finally unconformably covered by Liassic continental molassic deposits. Related to the onset of Neo-Tethyan back-arc opening in Early Jurassic to Mid-Eocene times, six periods of extensional-compressional events have differently influenced an elongated area, extending from the West Black Sea to Pamir. The Anarak-Jandaq terrane which was situated somewhere in this affected area, probably between the Kopeh Dagh and North Afghan platform, was completely detached from its source at the beginning of the Late Cretaceous

The contribution of the young Cretaceous Caribbean Oceanic Plateau to the genesis of late Cretaceous arc magmatism in the Cordillera Occidental of Ecuador

The eastern part of the Cordillera Occidental of Ecuador comprises thick buoyant oceanic plateaus associated with island-arc tholeiites and subduction-related calc-alkaline series, accreted to the Ecuadorian Continental Margin from Late Cretaceous to Eocene times. One of these plateau sequences, the Guaranda Oceanic Plateau is considered as remnant of the Caribbean-Colombian Oceanic Province (CCOP) accreted to the Ecuadorian Margin in the Maastrichtien. Samples studied in this paper were taken from four cross-sections through two arc-sequences in the northern part of the Cordillera Occidental of Ecuador, dated as (Rio Cala) or ascribed to (Macuchi) the Late Cretaceous and one arc-like sequence in the Chogon-Colonche Cordillera (Las Orquideas). These three island-arcs can clearly be identified and rest conformably on the CCOP. In all four localities, basalts with abundant large clinopyroxene phenocrysts can be found, mimicking a picritic or ankaramitic facies. This mineralogical particularity, although not uncommon in island arc lavas, hints at a contribution of the CCOP in the genesis of these island arc rocks. The complete petrological and geochemical study of these rocks reveals that some have a primitive island-arc nature (MgO values range from 6 to 11 wt.%). Studied samples display marked Nb, Ta and Ti negative anomalies relative to the adjacent elements in the spidergrams characteristic of subductionrelated magmatism. These rocks are LREE-enriched and their clinopyroxenes show a tholeiitic affinity (FeO(1)-TiO(2) enrichment and CaO depletion from core to rim within a single crystal). The four sampled cross-sections through the island-arc sequences display homogeneous initial Nd, and Pb isotope ratios that suggest a unique mantellic source for these rocks resulting from the mixing of three components: an East-Pacific MORB end-member, an enriched pelagic sediment component, and a HIMU component carried by the CCOP. Indeed, the ankaramite and Mg-basalt sequences that form part of the Caribbean-Colombian Oceanic Plateau are radiogenically enriched in (206)Pb/(204)Pb and (207)Pb/(204)Pb and contain a HIMU component similar to that observed in the Gorgona basalts and Galapagos lavas. The subduction zone that generated the Late Cretaceous arcs occurred far from the continental margin, in an oceanic environment. This implies that no terrigenous detrital sediments interacted with the source at this period. Thus, the enriched component can only result from the melting of subducted pelagic sediments. We have thus defined the East-Pacific MORB, enriched (cherts, pelagic sediments) and HIMU components in an attempt to constrain and model the genesis of the studied island-arc magmatism, using a compilation of carefully selected isotopic data from literature according to rock age and paleogeographic location at the time of arc edification. Tripolar mixing models reveal that proportions of 12-15 wt.% of the HIMU component, 7-15 wt.% of the pelagic sediment end-member and 70-75 wt.% of an East-pacific MORB end-member are needed to explain the measured isotope ratios. These surprisingly high proportions of the HIMU/CCOP component could be explained by the young age of the oceanic plateau (5-15 Ma) during the Late Cretaceous arc emplacement. The CCOP, basement of these arc sequences, was probably still hot and easily assimilated at the island-arc lava source. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved,

Volcanic arcs fed by rapid pulsed fluid flow through subducting slabs

At subduction zones, oceanic lithosphere that has interacted with sea water is returned to the mantle, heats up during descent and releases fluids by devolatilization of hydrous minerals. Models for the formation of magmas feeding volcanoes above subduction zones require largescale transport of these fluids into overlying mantle wedges(1-3). Fluid flow also seems to be linked to seismicity in subducting slabs. However, the spatial and temporal scales of this fluid flow remain largely unknown, with suggested timescales ranging from tens to tens of thousands of years(3-5). Here we use the Li-Ca-Sr isotope systems to consider fluid sources and quantitatively constrain the duration of subduction-zone fluid release at similar to 70 km depth within subducting oceanic lithosphere, now exhumed in the Chinese Tianshan Mountains. Using lithium-diffusion modelling, we find that the wall-rock porosity adjacent to the flowpath of the fluids increased ten times above the background level. We show that fluids released by devolatilization travelled through the slab along major conduits in pulses with durations of about similar to 200 years. Thus, although the overall slab dehydration process is continuous over millions of years and over a wide range of pressures and temperatures, we conclude that the fluids produced by dehydration in subducting slabs are mobilized in short-lived, channelized fluid-flow events.

Late Cretaceous to Eocene geology of the South Central American forearc area (southern Costa Rica and western Panama) : initiation and evolution of an intra-oceanic convergent margin

Résumé : L'arc volcanique du sud de l'Amérique Centrale se situe sur la marge SW de la Plaque Caraïbe, au-dessus des plaques subduites de Cocos et Nazca. Il s'agit de l'un des arcs intra-océaniques les plus étudiés au monde, qui est généralement considéré comme s'étant développé à la fin du Crétacé le long d'un plateau océanique (le Plateau Caraïbe ou CLIP) et se trouvant actuellement dans un régime de subduction érosive. Au cours des dernières décennies, des efforts particuliers ont été faits pour comprendre les processus liés à la subduction sur la base d'études géophysiques et géochimiques. Au sud du Costa Rica et à l'ouest du Panama, des complexes d'accrétions et structures à la base de l'arc volcanique ont été exposés grâce à la subduction de rides asismiques et de failles transformantes. Des affleurements, situés jusqu'à seulement 15 km de la fosse, offrent une possibilité unique de mieux comprendre quelques uns des processus ayant lieu le long de la zone de subduction. Nous présentons de nouvelles contraintes sur l'origine de ces affleurements en alliant une étude de terrain poussée, de nouvelles données géochimiques, sédimentaires et paléontologiques, ainsi que des observations structurales effectuées en télédétection. Une nouvelle stratigraphie tectonique entre le Campanien et l'Éocène est définie pour la région d'avant-arc située entre la Péninsule d'Osa (Costa Rica) et la Péninsule d'Azuero (Panama). Nos résultats montrent que la partie externe de la marge est composée d'un arrangement complexe de roches ignées et de séquences sédimentaires de recouvrement qui comprennent principalement le socle de l'arc, des roches d'arc primitif, des fragments de monts sous-marins accrétés et des mélanges d'accrétion. Des preuves sont données pour le développement de l'arc volcanique du sud de l'Amérique Centrale sur un plateau océanique. Le début de la subduction le long de la marge SW de la Plaque Caraïbe a eu lieu au Campanien et a généré des roches d'arc primitif caractérisées par des affinités géochimiques particulières, globalement intermédiaires entre des affinités de plateau et d'arc insulaire. L'arc était mature au Maastrichtien et formait un isthme essentiellement continu entre l'Amérique du Nord et l'Amérique du Sud. Ceci a permis la migration de faunes terrestres entre les Amériques et pourrait avoir contribué à la crise fin Crétacé -Tertiaire en réduisant les courants océaniques subéquatoriaux entre le Pacifique et l'Atlantique. Plusieurs unités composées de fragments de monts sous-marins accrétés sont définies. La nature et l'arrangement structural de ces unités définissent de nouvelles contraintes sur les modes d'accrétion des monts sous-marins/îles océaniques et sur l'évolution de la marge depuis la formation de la zone de subduction. Entre la fin du Crétacé et l'Éocène moyen, la marge a enregistré plusieurs épisodes ponctuels d'accrétion de monts sous-marins alternant avec de la subduction érosive. A l'Éocène moyen, un événement tectonique régional pourrait avoir causé un fort couplage entre les plaques supérieure et inférieure, menant à des taux plus important d'accrétion de monts sous-marins. Durant cette période, la situation le long de la marge était très semblable à la situation actuelle et caractérisée par la présence de monts sous-marins subductants et l'absence d'accrétion de sédiments. L'enregistrement géologique montre qu'il n'est pas possible d'attribuer une nature érosive ou accrétionnaire à la marge dans le passé ou -par analogie- aujourd'hui, parce que (1) les processus d'accrétion et érosifs varient fortement spatialement et temporellement et (2) il est impossible d'évaluer la quantité exacte de matériel tectoniquement enlevé à la marge depuis le début de la subduction. Au sud du Costa Rica, certains fragments de monts sous-marins accrétés sont représentatifs d'une interaction entre une ride et un point chaud dans le Pacifique au Crétacé terminal/Paléocène. L'existence de ces fragments de monts sous-marins et la morphologie du fond de l'Océan Pacifique indiquent que la formation de la ride de Cocos-Nazca s'est formée au moins ~40 Ma avant l'âge proposé par les modèles tectoniques actuels. Au Panama, nous avons identifié une île océanique d'âge début Éocène qui a été accrétée à l'Éocène moyen. L'accrétion a eu lieu à très faible profondeur par détachement de l'île dans la fosse, et a mené à une exceptionnelle préservation des structures volcaniques. Des affleurement comprenant aussi bien des parties basses et hautes de l'édifice volcanique on été étudiées, depuis la phase sous-marine bouclier jusqu'à la phase subaérienne post-bouclier. La stratigraphie nous a permis de différencier les laves de la phase sous-marine de celles de la phase subaérienne. La composition des laves indique une diminution progressive de l'intensité de la fusion partielle de la source et une diminution de la température des laves produites durant les derniers stades de l'activité volcanique. Nous interprétons ces changements comme étant liés à l'éloignement progressif de l'île océanique de la zone de fusion ou point chaud. Abstract The southern Central American volcanic front lies on the SW edge of the Caribbean Plate, inboard of the subducting Cocos and Nazca Plates. It is one of the most studied intra-oceanic convergent margins around the world, which is generally interpreted to have developed in the late Cretaceous along an oceanic plateau (the Caribbean Large Igneous Province or CLIP) and to be currently undergoing a regime of subduction erosion. In the last decades a particular effort has been made to understand subduction-related processes on the basis of geophysical and geochemical studies. In southern Costa Rica and western Panama accretionary complexes and structures at the base of the volcanic front have been exposed in response to subduction of aseismic ridges and transforms. Onland exposures are located as close as to 15 km from the trench and provide a unique opportunity to better understand some of the processes occurring along the subduction zone. We provide new constraints on the origins of these exposures by integrating a comprehensive field work, new geochemical, sedimentary and paleontological data, as well as structural observations based on remote imaging. A new Campanian to Eocene tectonostratigraphy is defined for the forearc area located between the Osa Peninsula (Costa Rica) and the Azuero Peninsula (Panama). Our results show that the outer margin is composed of a complicated arrangement of igneous complexes and overlapping sedimentary sequences that essentially comprise an arc basement, primitive island-arc rocks, accreted seamount fragments and accretionary mélanges. Evidences are provided for the development of the southern Central American arc on the top an oceanic plateau. The subduction initiation along the SW edge of the Caribbean Plate occurred in the Campanian and led to formation of primitive island-arc rocks characterized by unusual geochemical affinities broadly intermediate between plateau and arc affinities. The arc was mature in the Maastrichtian and was forming a predominantly continuous landbridge between the North and South Americas. This allowed migration of terrestrial fauna between the Americas and may have contributed to the Cretaceous-Tertiary crisis by limiting trans-equatorial oceanic currents between the Pacific and the Atlantic. Several units composed of accreted seamount fragments are defined. The nature of the units and their structural arrangement provide new constraints on the modes of accretion of seamounts/oceanic islands and on the evolution of the margin since subduction initiation. Between the late Cretaceous and the middle Eocene, the margin recorded several local episodes of seamount accretion alternating with tectonic erosion. In the middle Eocene a regional tectonic event may have triggered strong coupling between the overriding and subducting plates, leading to higher rates of seamount accretion. During this period the situation along the margin was very similar to the present and characterized by subducting seamounts and absence of sediment accretion. The geological record shows that it is not possible to ascribe an overall erosive or accretionary nature to the margin in the past and, by analogy, today, because (1) accretionary and erosive processes exhibit significant lateral and temporal variations and (2) it is impossible to estimate the exact amount of material tectonically eroded from the margin since subduction initiation. In southern Costa Rica, accreted seamount fragments point toward a plume-ridge interaction in the Pacific in the late Cretaceous/Paleocene. This occurrence of accreted seamount fragments and morphology of the Pacific Ocean floor is indicative of the formation of the Cocos-Nazca spreading system at least ~40 Ma prior to the age proposed in current tectonic models. In Panama, we identified a remarkably-well preserved early Eocene oceanic island that accreted in the middle Eocene. The accretion probably occurred at very shallow depth by detachment of the island in the trench and led to an exceptional preservation of the volcanic structures. Exposures of both deep and superficial parts of the volcanic edifice have been studied, from the submarine-shield to subaerial-postshield stages. The stratigraphy allowed us to distinguish lavas produced during the submarine and subaerial stages. The lava compositions likely define a progressive diminution of source melting and a decrease in the temperature of erupted melts in the latest stages of volcanic activity. We interpret these changes to primarily reflect the progressive migration of the oceanic island out of the melting region or hotspot.

Mesozoic oceanic terranes of southern Central America : geology, geochemistry and gedynamics

Abstract The Northwestern edge of the modern Caribbean Plate, located in central Middle America (S-Guatemala to N-Costa Rica), is characterized by a puzzle of oceanic and continental terranes that belonged originally to the Pacific façade of North America. South of the Motagua Fault Zone, the actual northern strike slip boundary of the Caribbean Plate, three continental slivers (Copán, Chortis s. str. and Patuca) are sandwiched between two complex suture zones that contain HP/LT mafic and ultramafic oceanic rocks: The Motagua Mélanges to the North, extensively studied in the last ten years and the' newly defined Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT) to the South. No modem geological data were available for the oceanic terrane located in the southern part of the so called continental "Chortis Block". Classically, the southern limit of this block with the Caribbean Large Igneous Province (CLIP) was placed at a hypothetical fault line connecting the main E-W fault in the Santa Elena Peninsula (N-Costa Rica) with the Hess Escarpment. However, our study in eastern Nicaragua and northwestern Costa Rica evidences an extensive assemblage of oceanic upper mantle and crustal rocks outcropping between the Chortis/Patuca continental blocks and the CLIP. They comprise collided and accreted exotic terranes of Pacific origin recording a polyphased tectonic history. We distinguish: 1- The MCOT that comprises a Late Triassic to Early Cretaceous puzzle of oceanic crust and arc-derived rocks set in a serpentinite matrix, and 2- The Manzanillo and Nicoya Terranes that are made of Cretaceous plateau-like rocks associated with oceanic sediments older than the CLIP. This study has been focused on the rocks of the MCOT. The MCOT comprises the southern half of the former "Chortis Block" and is defined by 4 comer localities characterized by ultramafic and mafic oceanic rocks of Late Triassic, Jurassic and Early Cretaceous age: 1- The Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2- The El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3- DSDP Legs 67 and 84 (Guatemala fore-arc basin), and 4- The Santa Elena Peridiotite (NW-Costa Rica). The Siuna Serpentinite Mélange (SSM) is a HP/LT subduction zone mélange set in a serpentinite matrix that contains oceanic crust and arc-related greenschist to blueschist/eclogite facies metamafic and metasedimentary blocks. Middle Jurassic (Bajocian-Bathonian) radiolarites are found in original sedimentary contact with arc-derived greenstones. Late Jurassic black detrital chert possibly formed in a marginal (fore-arc?) basin shortly before subduction. A phengite 40Ar/39Ar -cooling age dates the exhumation of the high pressure rocks as 139 Ma. The El Castillo Mélange (ECM) is composed of serpentinite matrix with OIB metabasalts and Late Triassic (Rhaetian) red and green radiolarite blocks. Recent studies of the DSDP Legs 67/84 show that the Guatemala/Nicaragua fore-arc basin is composed of a pile of ultramafic, mafic (OIB-like) and arc related rocks with ages ranging from Late Triassic to Campanian. Finally, the Santa Elena peridiotites that mark the limit of the MCOT with the Manzanillo/Nicoya Terranes and correspond to an association of ultramafic rocks that comprise peridiotites, dunites and chromites of abyssal and fore-arc origin. The SSM is the result of a collision between a Middle Jurassic island arc and the Patuca Terrane, a fragment of the Western N-American active continental margin. The Siuna Mélange (SSM) and the South Montagna Mélange share common characteristics with the Pacific N-American suture zone (E-Franciscan and Vizcaino mélanges), in particular, the Mesozoic ages of HP/LT metamorphic and the arc-derived blocks. For us, these mélanges imply an originally continuous, but slightly diachronous suture that affected the entire W-American active margin. It may imply the arrival and collision of an exotic intraoceanic arc (Guerrero-Phoenix) related to the origin of the Pacific Plate that initiated as a back arc basin of this arc. The present disposition of the fragments of this suture zone is the result of a northward shift of the active left-lateral strike slip motion between the N-American and the Caribbean Plates. Résumé Le coin nord-ouest de la Plaque Caraïbe moderne se trouve en Amérique Centrale, entre le sud du Guatemala et le nord du Costa Rica. Cette région est composée d'un puzzle de terrains océaniques et continentaux dont les origines se situent sur la façade pacifique de l'Amérique du Nord. Au sud de la faille de Motagua, la limite septentrionale actuelle, décrochante, de la Plaque Caraïbe, se trouvent 3 copeaux continentaux (Copàn, Chortis s. str. et Patuca) coincés entre deux zones de suture complexes à roches mafiques et ultramafiques qui ont subi un métamorphisme de haute pression/basse température (HP/LT). Il s'agit des Mélanges de Motagua au nord, largement étudiés ces dernières années, et du Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT), récemment défini par nous, au sud. En vue de l'absence de données géologiques modernes concernant les terrains océaniques qui se trouvent dans la partie sud du "Chortis Block" considérée comme continentale, nous avons dédié cette étude à cette région. Classiquement, la limite méridionale entre le "Chortis Block" et la "Caribbean Large Igneous Province" (CLIP) a été associée à une faille hypothétique reliant la faille E-W de Santa Elena (nord du Costa Rica) à l'Escarpement de Hess. Notre étude au Nicaragua oriental et au Costa Rica nord-occidental a révélé l'existence de larges terrains composés d'assemblages de roches mantéliques et océaniques qui se placent entre les blocs continentaux Chortis/Patuca et le CLIP. Ces assemblages révèlent des terrains collisionnés et accrétés d'origine pacifique enregistrant une histoire tectonique polyphasée. Nous distinguons: 1- Le MCOT, un puzzle de roches océaniques d'arc d'âge Triassique supérieur au Crétacée inférieur, 2- Les terrains de Manzanillo et de Nicoya, des morceaux de plateaux océaniques associés à des sédiments océaniques plus âgés que le CLIP. Cette étude se focalisera sur les roches du MCOT. Le MCOT occupe la moitié sud de l'ancien "Chortis Block" et peut se définir par 4 localités de référence qui montrent des roches mafiques et ultramafiques océaniques d'âges compris entre le Trias supérieur et le Crétacée inférieur. 1- Le Siuna Serpentinite Mélange (NE-Nicaragua), 2- Le El Castillo Mélange (Nicaragua/Costa Rica border), 3- Le DSDP Legs 67/84 (Guatemala fore-arc basin) et 4- La Santa Elena Peridiotite (nord-ouest du Costa Rica). Le Siuna Serpentinite Mélange (SSM) est un mélange de subduction HP/BT dans une matrice de serpentinite. On y trouve des éléments de croûte océanique et d'arc insulaire en faciès de schistes verts et schistes bleus. Des radiolarites du Jurassique moyen se trouvent en contact sédimentaire sur des roches vertes d'arc. En revanche, des cherts noirs détritiques datent du Jurassique supérieur et sont probablement issus d'un bassin marginal (fore-arc ?) peu avant leur subduction, car un âge 40Ar/39Ar de refroidissement des phengites date l'exhumation des roches de haute pression à 139 Ma. Le Mélange d'El Castillo (ECM) est constitué d'une matrice serpentinitique et contient des blocs de metabasaltes OIB et des blocs de radiolarites du Trias terminal. Des études récentes ont repris les roches forées lors des DSDP Legs 67 et 84 et montrent que le soubassement du bassin d'avant-arc du Guatemala-Nicaragua est composé de roches ultramafiques et mafiques (OIB et arc), dont les âges isotopiques vont du Trias au Crétacé supérieur. Finalement, les péridiotites de Santa Elena forment la limite sud du MCOT par rapport aux terrains de Manzanillo et Nicoya. Elles contiennent des serpentinites et localement des dunites et chromites à affinité abyssale et de fore-arc. Le SSM témoigne d'une collision entre un arc insulaire d'âge Jurassique moyen et le Patuca Terrane, un fragment de la marge active nord-américaine. Le SSM et le South Motagua Mélange ont des caractéristiques en commun avec les zones de suture de la façade pacifique de l'Amérique du nord (E-Franciscan et Vizcaino mélanges), notamment les âges Mésozoïques du métamorphisme HP/BT et les blocs de roches d'arc. Ce fait nous conduit à penser qu'il s'agit d'une grande zone de suture qui était à l'origine continue sur toute la marge ouest-américaine, mais légèrement diachrone. Cette suture implique l'arrivée et la collision d'un arc intraocéanique exotique (Guerrero-Phoenix) qui est à l'origine de la Plaque Pacifique qui s'ouvrait en back arc par rapport à celui-ci. La disposition actuelle des fragments de cette suture est due à la migration vers le nord du décrochement actif senestre entre la Plaque nord-américaine et la Plaque Caraïbe. K. Flores, 2009 Mesozoic oceanic terranes of southern central America Résumé Grand Public La présente thèse est le résultat de travaux de terrain effectués de 2005 à 2008 au nord-est et au sud du Nicaragua et au nord du Costa Rica, en Amérique Centrale, des analyses pétrologiques et géochimiques en laboratoire ainsi que de la modélisation de l'évolution géodynamique. La région étudiée se situe en bordure nord - ouest de la Plaque Caraïbe moderne. Dans la majorité des publications récentes cette région est représentée comme un vaste bloc continental (le "Bloc Chortis") qui serait limité, (i) au nord, par la faille décrochante de Motagua, la limite actuelle entre la Plaque Nord-Américaine et la Plaque Caraïbe, et (ii) au sud, par une suture hypothétique qui se trouverait aux confins entre le Nicaragua et le Costa Rica. La région du Costa Rica a été considérée presque entièrement comme une partie du Plateau Caraïbe ("Caribbean Large Igneous Province" (CLIP)). L'étude détaillée des affleurements nous a permis de mettre en évidence : - Au nord-est du Nicaragua (Siuna) : Des roches océaniques datées du Jurassique moyen, grâce aux faunes à radiolaires qui ont été extraites des radiolarites rouges. Ces roches ont subi un métamorphisme de haute pression typique des zones de collision. L'étude radio-isotopique Ar/Ar a permis de dater la collision du Crétacé basal (139 Ma). - Au sud du Nicaragua : Des roches océaniques d'âge Trias terminal (200 millions d'années), également datées à l'aide de faunes à radiolaires. Il s'agit actuellement des roches océaniques les plus anciennes connues de l'Amérique Centrale. - L'étude géochimique et les âges des fossiles démontrent que le tiers septentrional du Costa Rica possède un soubassement construit d'au moins deux terrains (Nicoya et Manzanillo), qui ont des caractéristiques de Plateau océanique (Nicoya) et d'arc volcanique du Crétacé moyen (Manzanillo). Ces deux terrains sont plus anciens que le CLIP. En conclusion, nous constatons que la région étudiée est constituée d'un puzzle de 3 blocs continentaux et d'un vaste terrain océanique composite que nous appelons Mesquito Composite Oceanic Terrane (MCOT). En plus, nous définissons les terrains de Nicoya et de Manzanillo comme plus âgés et distincts du CLIP. Le MCOT est caractérisé par la présence de roches du manteau supérieur (les serpentinites) et de la croûte océanique, ainsi que des morceaux d'arcs, d'âge allant du Trias supérieur au Crétacé. Ce terrain est comparable à d'autres zones de suture de la façade pacifique de l'Amérique du nord, notamment en ce qui concerne les âges Mésozoïques, le métamorphisme de haute pression et l'association de roches mantéliques et crustales océaniques. Ce fait nous conduit à penser qu'il s'agit d'une grande zone de suture qui était à l'origine continue sur toute la marge ouest-américaine. Cette suture implique l'arrivée et la collision d'un arc infra-océanique exotique qui serait à l'origine de la Plaque Pacifique qui se serait ouverte en bassin d'arrière arc par rapport à celui-ci. La disposition actuelle des fragments de cette suture est due à la migration vers le nord du décrochement actif senestre entre la Plaque nord-américaine et la Plaque Caraïbe.