Tectonic style and geodynamic setting during Paleoproterozoic.
Example of the North China Craton
Style tectonique et contexte géodynamique au Paléoprotérozoïque.
Exemple du Craton de Chine du Nord
Résumé
This thesis is essentially devoted to the study of the tectonic style and the geodynamic evolution of the "Trans-North China Belt", a collisional orogen that marks the amalgamation of the North China Craton during Paleoproterozoic. We carried a detailed field study in the five main massifs, with emphasis on geometry of structures and kinematics that allows the distinction of several lithotectonic units showing distinct metamorphic features. The time constraints of magmatism, metamorphism and deformation were obtained by U-Th-Pb dating on monazite with the electron microprobe, 40Ar/39Ar dating on amphibole, muscovite and biotite and U-Pb LA-ICP-MS dating on zircon. Two domains are distinguished. The first one is characterized by a horizontal style tectonics. The unit "LGMU" (Low-Grade Mafic Unit) is interpreted as an ophiolitic nappe that is rooted along the «Trans-North China Suture", located in the western part of the belt. This nappe thrusts toward the SE over the "OVU" (Orthogneiss-and-Volcanites Unit), that comprises a series of volcano-sedimentary rocks and orthogneiss metamorphosed at amphibolite facies. These rocks have protolithe ages at ~2.5 Ga and ~2.1 Ga and are involved in the collision characterized by a polyphase history between 1900 and 1800 Ma. In addition to the U-Th-Pb and U-Pb dating results, a thermobarometrical study conducted on a kyanite and staurolite bearing micaschist led to the construction of a prograde Pressure- Temperature-Deformation-time path that confirms the age of the nappe stacking and the crustal thickening around 1880 Ma. The second area is the para-autochtonous domain upon which the OVU nappe is thrust over. This area is characterized by a "domeand- basin" structure, interpreted as the result of an interplay between diapirism and regional deformation characterized by an E-W directed stretching and a N-S directed shortening. This "archaic" tectonics is estimated to have taken place around 2.1 Ga. Finally, the preliminary study of the Zanhuang massif, east of the para-autochtonous domain, can highlight a second suture zone along which a stack of east verging slices of ophiolitic and passive continental margin rocks formed. The synthesis of all results led to the reconstruction of the overall structure of the considered part of the belt, from inner zones to external ones. In addition, we propose a geodynamic model involving three Neoarcheans blocks, the Western Block, the Fuping Block and the Eastern Block, separated by two oceans, the Lüliang Ocean and the Taihang Ocean. The opening of oceanic basins occurred around 2175 Ma. The collision occurred at 1880 Ma, in response to the closing of ocean basins and is responsible for the main architecture of the "Trans-North China Belt". This work shows that during Paleoproterozoic, a collisional orogen such as modern ones can form, including the development of Alpine type thrusts, suggesting rheological continental lithosphere behaviour almost similar to the current one.
Ce travail de thèse est essentiellement consacré à l'étude du style tectonique et de l'évolution géodynamique de la "Trans-North China Belt", chaîne de collision marquant la fermeture du Craton de Chine du Nord au Paléoprotérozoïque. Cinq principaux massifs ont fait l'objet d'une étude de terrain détaillée, mettant l'accent sur la géométrie des structures et leur cinématique et permettant de distinguer plusieurs unités lithotectoniques aux caractères métamorphiques distincts. Les contraintes temporelles du magmatisme, du métamorphisme et de la déformation ont été obtenues par la datation U-Th-Pb sur monazite à la microsonde électronique, la datation 40Ar/39Ar sur monograins d'amphibole, de biotite et de muscovite et la datation U-Pb LA-ICP-MS sur zircon. Deux domaines sont distingués. Le premier est caractérisé par une tectonique tangentielle. L'unité "LGMU" (Low-Grade Mafic Unit) est interprétée comme une nappe ophiolitique qui s'enracine le long de la "Trans-North China Suture", située dans la partie ouest de la chaîne. Cette nappe chevauche vers le SE l'unité "OVU" (Orthogneiss-and-Volcanites Unit), composée d'une série volcano-sédimentaire et d'orthogneiss métamorphisés dans le faciès des amphibolites. Ces roches, dont les protolithes sont datés vers 2.5 Ga et 2.1 Ga, sont impliquées dans l'orogenèse de collision caractérisée par une histoire polyphasée entre 1900 Ma et 1800 Ma. En complément des résultats des datations U-Th-Pb et U-Pb, une étude thermobarométrique réalisée sur un micaschiste à disthène et staurotide conduit à la construction d'un chemin Pression-Température-Déformation-temps prograde qui vient confirmer l'âge de la mise en place des nappes et de l'épaississement crustal vers 1880 Ma. Le second domaine, constitue le para-autochtone sur lequel l'unité "OVU" est charriée. Ce domaine est caractérisé par une structure en "dôme-et-bassin", interprétée comme le résultat d'un diapirisme dans un champ de déformation défini par un étirement E-W et un raccourcissement N-S. Cette tectonique "archaïque" est datée vers 2.1 Ga. Enfin, l'étude préliminaire du massif de Zanhuang, situé à l'est du para-autochtone permet de mettre en évidence une seconde zone de suture où s'empilent, selon une vergence Est, des écailles de roches ophiolitiques et de marge passive continentale. La synthèse de l'ensemble des résultats conduit à la reconstruction de la structure globale du segment de chaîne considéré, depuis les zones internes jusqu'aux zones externes. En outre, nous proposons un modèle géodynamique qui implique trois blocs néoarchéens, le Bloc de l'Ouest, le Bloc de Fuping et le Bloc de l'Est, séparés par deux océans, l'Océan de Lüliang et l'Océan de Taihang. L'ouverture des domaines océaniques s'opère vers 2175 Ma. La collision à ~1880 Ma, en réponse à leur fermeture, est responsable de la structuration principale de la "Trans-North China Belt". Ce travail témoigne qu'au Paléoprotérozoïque, une chaîne de collision de type moderne peut se former, avec notamment le développement de chevauchements de type Alpin, suggérant une lithosphère continentale au comportement rhéologique proche de l'actuel.