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Theses Year : 2021

Deformation of Gabbros Accreted at Slow-Spreading Ridges within Oceanic Core Complexes

Déformation des gabbros accrétés aux dorsales lentes au sein de core complexes océaniques

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Abstract

Slow-spreading ridges are characterized by heterogeneous architecture and seafloor geology. The association of serpentinized mantle rocks and lower crustal gabbros with basalts and marine sediments is common at the seafloor in the vicinity of slow- and ultraslow-spreading ridges. These rocks are exhumed through low-angle normal faults, referred to as detachment faults, which develop in response to the weak magmatic activity at the ridge axis. A significant part of the ridge spreading is accommodated by detachment faulting that progressively evolves into a domed edifice, known as an oceanic core complex, hosting the exhumed lithologies. These core complexes are key localities for investigating tectono-magmatic processes operating at slow-spreading ridges axes. To examine the characteristics of plastic deformation occurring at slow-spreading ridges, I studied a gabbroic sequence drilled on the Atlantis Bank (57°E, Southwest Indian Ridge), and gabbros sampled in a fossil oceanic core complex, the Bracco-Gabbro Complex (Internal Ligurides, Northern Apennines, Italy).I performed microstructural and petro-geochemical studies of gabbros from the Atlantis Bank and the Bracco-Gabbro Complex and complemented them by thermodynamic modeling (Atlantis Bank gabbros). My thesis focusses on IODP Hole U1473A drilled to ~800 m below seafloor in 2016 on the Atlantis bank. The widespread plastic deformation observed in gabbros throughout the core was essentially achieved by dislocation creep, inducing significant dynamic recrystallization of plagioclase, olivine, and clinopyroxene. This deformation is related to emplacement and cooling of the gabbros in the lithosphere and to their subsequent exhumation by detachment faulting. The four main successive episodes of deformation are : (I) hypersolidus crystal-plastic deformation (> 1050 °C, 200-300 MPa) resulting from spreading-related forces at the ridge; (II) solid-state plastic deformation associated to detachment faulting, locally accompanied by melt channeling (1000-1050 °C, 200-300 MPa). Where present, the melt induces melt-rock reactions and enhances strain localization associated with melt-assisted grain boundary sliding; (III) solid-state mylonitization and intracrystalline hardening during strain localization (800-860 °C, 130-150 MPa); (IV) solid-state to semi-brittle strain localization associated to hydrothermal fluid circulation (700 °C, 100 MPa). A change to fluid-assisted grain boundary sliding occurs in highly localized shear zones.This continuum of deformation was essentially achieved by dislocation creep from hypersolidus to amphibolitic conditions, and is associated with the dominant activity of the [100](010) slip system in plagioclase grains. Decreasing temperature during exhumation and synchronous ductile deformation results in the activation of different slip systems from granulitic to amphibolitic conditions.The Bracco-Gabbro Complex is an Alpine Tethys fossil oceanic core complex exposed in the Internal Ligurides. In contrast to the Atlantis Bank, high-grade plastic deformation is poorly developed in the exhumed gabbro pluton. Deformation episodes are documented to occur under granulitic (> 850 °C) to greenschist and sub-greenschist conditions (< 550 °C) and are assumed in previous studies to represent a continuous evolution path during detachment faulting. Dislocation creep is dominant at HT conditions, leading to the dynamic recrystallization of constitutive minerals, assisted by the dominant activation of the [100](010) slip system in plagioclase, and the development of a granulitic foliation. I propose that the Bracco-Gabbro Complex corresponds to a “late-capture OCC”, with higher shear stresses associated to the development of high-grade shear zones, in opposition to the “early-capture OCC” such as the Atlantis Bank. The gabbro pluton was then almost fully crystallized before the detachment faulting initiation.
L'association de roches serpentinisées du manteau et de gabbros de la croûte inférieure avec des basaltes et des sédiments marins est fréquente sur le plancher océanique à proximité des dorsales lentes et ultra-lentes. Ces roches sont exhumées par des failles normales à faible pendage, les failles de détachement, qui se développent en réponse à la faible activité magmatique à l'axe de la dorsale. Une part importante de l’extension à la dorsale est accommodée par ces failles qui mènent à la formation d’un édifice en dôme, un core complexe océanique, qui abrite les lithologies exhumées. Ces core complexes sont des lieux clés pour l'étude des processus tectono-magmatiques opérant aux dorsales lentes. Pour examiner les caractéristiques de la déformation plastique qui se produit au niveau des dorsales lentes, j'ai étudié une séquence gabbroïque forée à l’Atlantis Bank (57°E, dorsale sud-ouest Indienne), et des gabbros échantillonnés dans un core complexe océanique fossile, le complexe gabbroïque de Bracco (Ligurides internes, Apennins du Nord, Italie).J'ai réalisé des études microstructurales et pétro-géochimiques dans les gabbros de l’Atlantis Bank et du complexe gabbroïque de Bracco et les ai complétées par une modélisation thermodynamique (Atlantis Bank). Ma thèse se concentre sur le puits IODP U1473A foré jusqu'à ~800 m de profondeur à l’Atlantis Bank en 2016. La déformation plastique omniprésente observée dans les gabbros tout au long de la carotte s’est essentiellement produite par fluage des dislocations, induisant une recristallisation dynamique importante du plagioclase, de l'olivine et du clinopyroxène. Cette déformation est liée à la mise en place et l’exhumation des gabbros par le biais de la faille de détachement. Les quatre principaux épisodes successifs de déformation sont : (I) déformation plastique hypersolidus (> 1050 °C, 200-300 MPa) résultant d’un forcage externe lié à l’extension à la dorsale ; (II) déformation plastique à l'état solide associée à la formation de la faille de détachement (1000-1050 °C, 200-300 MPa). Localement, la circulation de liquide magmatique induit des interactions magma-roche et favorise la localisation de la déformation ; (III) mylonitisation à l'état solide et durcissement intra-cristallin associés à la localisation de la déformation (800-860 °C, 130-150 MPa) ; (IV) localisation de la déformation à l'état solide à semi-fragile associée à la circulation de fluides hydrothermaux (700 °C, 100 MPa).Ce continuum de déformation s’est essentiellement produit par fluage des dislocations depuis des conditions hyper-solidus jusqu’à des conditions amphibolitiques, et est associé à l'activité dominante du système de glissement [100](010) dans le plagioclase. Différents systèmes de glissement sont activés lors de la déformation plastique accompagnant le métamorphisme rétrograde.Le complexe gabbroïque de Bracco est un core complexe océanique fossile formé dans la Téthys alpine et aujourd’hui exposé dans les Ligurides internes. Contrairement l'Atlantis Bank, la déformation plastique HT est peu développée dans le pluton exhumé. Les épisodes de déformation sont documentés depuis des conditions granulitiques (> 850 °C) jusqu’aux schistes verts et inférieur (< 550 °C) et sont supposés, dans la littérature, représenter un chemin d'évolution continu pendant la formation de la faille de détachement. Le fluage des dislocations est dominant dans les conditions HT, conduisant à la recristallisation dynamique des minéraux constitutifs, assistée par l'activation dominante du système de glissement [100](010) dans le plagioclase. Je propose que le complexe de Bracco corresponde à un OCC de type « capture tardive », avec des contraintes différentielles plus élevées associées au développement de zones de cisaillement HT, à l’inverse des OCC de type « capture précoce » tels que l’Atlantis Bank. Le pluton de Bracco était ainsi presque entièrement cristallisé avant l'initiation du détachement.
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Dates and versions

tel-03537107 , version 1 (20-01-2022)
tel-03537107 , version 2 (29-04-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03537107 , version 2

Cite

Maël Allard. Deformation of Gabbros Accreted at Slow-Spreading Ridges within Oceanic Core Complexes. Other. Université Montpellier, 2021. English. ⟨NNT : 2021MONTG053⟩. ⟨tel-03537107v2⟩
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