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(23&lt;P&lt;30 kbar) the peridotitic rocks have suffered intense deformation giving rise to a mylonitic texture. This early tectonometamorphic evolution is in good agreement with the subduction of the upper mantle during Paleozoic orogenesis. Abridged English Version — The Monts du Lyonnais peridotites occur as meter-sized boudinaged lenses within garnet-biotite-sillimanite gneisses. The latter contain high pressure relictual assemblages (eclogites and granulites) ([1] to [3]), which record both an early high pressure metamorphic stage and subsequent retromorphic re-equilibration under amphibolite facies conditions. Within the peridotites a mylonitic foliation can be observed, clearly oblique on the regional foliation of the surrounding gneisses (Fig. 1). The main constituents of peridotites are: olivine (forsterite 90%), garnet (pyrope 90%), pyroxenes (diopside and enstatite), Cr-rich spinel, amphiboles (pargasite and tremolite), chlorite, talc and serpentine. The mylonitic deformation is heterogeneous giving rise to low strained areas with coronitic texture and high strained areas with mylonitic texture. Within the low strained areas, successive coronitic textures confirm that these peridotite bodies have undergone a prolonged metamorphic history summarized in Table. Pyroxene, olivine, spinel inclusions within garnet and orthopyroxenes porphyroclasts within the matrix clearly indicate an early stage characterized by a spinel lherzolite facies and porphyroclastic texture. Stage II is characterized by garnet growing contemporaneous to mylonitic deformation under prograde metamorphic conditions. K-feldspar development around garnet, replacement of pyroxene by amphibole and chlorite and destabilization of olivine resulted from retrogade metamorphic conditions and increased water activity. The physical conditions for the different stages have been deduced from experimental data on the mantle assemblages ([4], [8]). More precise pressure-temperature values have been obtained via the use of thermometers based on Fe-Mg partitioning between garnet-orthopyroxene, garnet-clinopyroxene and garnet-olivine, [6]. A synoptic pressure-temperature evolutionary path for these peridotites (Fig. 3) enhances a prograde metamorphic stage characterized by a great increase in pressure. The retrogade stage indicates an adiabatic decrease of pressure followed by a decrease in both pressure and temperature. On the contrary, within high strained areas, textural relationships show the coexistence of recrystallized garnets, pyroxenes, Cr-rich spinels and olivine grains. In these areas, barometers based on the Al solubility in orthopyroxenes ([5], [7])
by garnet growing contemporaneous to mylonitic deformation under prograde metamorphic conditions. K-feldspar development around garnet, replacement of pyroxene by amphibole and chlorite and destabilization of olivine resulted from retrogade metamorphic conditions and increased water activity. The physical conditions for the different stages have been deduced from experimental data on the mantle assemblages ([4], [8]). More precise pressure-temperature values have been obtained via the use of thermometers based on Fe-Mg partitioning between garnet-orthopyroxene, garnet-clinopyroxene and garnet-olivine, [6]. A synoptic pressure-temperature evolutionary path for these peridotites (Fig. 3) enhances a prograde metamorphic stage characterized by a great increase in pressure. The retrogade stage indicates an adiabatic decrease of pressure followed by a decrease in both pressure and temperature. On the contrary, within high strained areas, textural relationships show the coexistence of recrystallized garnets, pyroxenes, Cr-rich spinels and olivine grains. In these areas, barometers based on the Al solubility in orthopyroxenes ([5], [7]) may be used to show that the garnet peridotites underwent mylonitic deformation under the higher pressure conditions (23 &lt;P kbar &lt; 30). The comparison of the P —T path from both crustal and mantle assemblages, presented in Figures 2 and 3, indicates the same evolution at two different structural levels. This observation allows us to envisage a model whereby the whole lithosphere (crust and upper mantle) was subducted. In addition, accordance of the retrogade metamorphic histories reflects a common history during the uplifting of the crustal and mantle units. Note présentée par Georges MILLOT. 0249-6305/88/03071967 S 2.00 © Académie des Sciences Série II 133 1968 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1967-1972, 1988 On the contrary, within high strained areas, textural relationships show the coexistence of recrystallized garnets, pyroxenes, Cr-rich spinels and olivine grains. In these areas, barometers based on the Al solubility in orthopyroxenes ([5], [7]) may be used to show that the garnet peridotites underwent mylonitic deformation under the higher pressure conditions (23 &lt;P kbar &lt; 30). The comparison of the P —T path from both crustal and mantle assemblages, presented in Figures 2 and 3, indicates the same evolution at two different structural
This observation allows us to envisage a model whereby the whole lithosphere (crust and upper mantle) was subducted. In addition, accordance of the retrogade metamorphic histories reflects a common history during the uplifting of the crustal and mantle units. Note présentée par Georges MILLOT. 0249-6305/88/03071967 S 2.00 © Académie des Sciences Série II 133 1968 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1967-1972, 1988 On the contrary, within high strained areas, textural relationships show the coexistence of recrystallized garnets, pyroxenes, Cr-rich spinels and olivine grains. In these areas, barometers based on the Al solubility in orthopyroxenes ([5], [7]) may be used to show that the garnet peridotites underwent mylonitic deformation under the higher pressure conditions (23 &lt;P kbar &lt; 30). The comparison of the P —T path from both crustal and mantle assemblages, presented in Figures 2 and 3, indicates the same evolution at two different structural levels. This observation allows us to envisage a model whereby the whole lithosphere (crust and upper mantle) was subducted. In addition, accordance of the retrogade metamorphic histories reflects a common history during the uplifting of the crustal and mantle units. Note présentée par Georges MILLOT. 0249-6305/88/03071967 S 2.00 © Académie des Sciences Série II 133 Thus, in the Monts du Lyonnais area, the tectonic juxtaposition of crustal (paragneisses) and mantle (péridotites) rocks results from lithospheric laminations during continental collision. The major deformation within the gneisses took place during the continental collision under mesozonal conditions. In such a pressure-temperature range, the péridotites have a brittle behaviour within ductile matrix. This may explain why they occur as boudinaged lenses and why theylonitic textures remain well-preserved. In conclusion, the prograde metamorphic stage of the Monts du Lyonnais péridotites is in good agreement with an upper mantle subduction during Paleozoic orogenesis. The péridotites underwent mylonitic deformation under high pressure conditions, i.e. during the subduction stage. On the basis of thermodynamic evolutions, the Monts du Lyonnais complex is interpreted as a lithospheric slice subducted, laminated and exhumed. De nombreux assemblages métamorphiques de haute pression ont été reconnus dans la chaîne Paléozoïque d'Europe Occidentale où ils
des Sciences Série II 133 Thus, in the Monts du Lyonnais area, the tectonic juxtaposition of crustal (paragneisses) and mantle (péridotites) rocks results from lithospheric laminations during continental collision. The major deformation within the gneisses took place during the continental collision under mesozonal conditions. In such a pressure-temperature range, the péridotites have a brittle behaviour within ductile matrix. This may explain why they occur as boudinaged lenses and why theylonitic textures remain well-preserved. In conclusion, the prograde metamorphic stage of the Monts du Lyonnais péridotites is in good agreement with an upper mantle subduction during Paleozoic orogenesis. The péridotites underwent mylonitic deformation under high pressure conditions, i.e. during the subduction stage. On the basis of thermodynamic evolutions, the Monts du Lyonnais complex is interpreted as a lithospheric slice subducted, laminated and exhumed. De nombreux assemblages métamorphiques de haute pression ont été reconnus dans la chaîne Paléozoïque d'Europe Occidentale où ils sont indicateurs d'un épisode de subduction précoce dans l'histoire orogénique [1]. Dans le Massif Central Français, les roches de haute pression dérivent de la transformation de roches crustales à affinités océaniques et continentales [2]. Leur évolution est bien connue, en revanche celle des roches issues du manteau l'est beaucoup moins. L'objet de cette Note est de décrire, à partir de l'exemple des Monts du Lyonnais, l'évolution tectonométamorphique d'assemblages mantelliques et donc de discuter l'implication du manteau supérieur dans l'orogenèse Paléozoïque. CONTEXE GÉOLOGIQUE. — Les péridotites des Monts du Lyonnais sont incluses dans un ensemble d'ortho et de paragneiss contenant des reliques d'éclogites et de granulites [3] (fig. 1). L'évolution métamorphique des roches crustales (fig. 2) montre, après un stade à haute pression, une diminution de pression à température constante, puis décroissante. Les conditions de haute pression témoignent de l'enfouissement de ces roches, alors que la rétromorphose est liée à la remontée vers la surface de cette unité éclogitisée. Au sein de ces gneiss, les péridotites se présentent sous la forme de lentilles métriques à hectométriques, étirées et alignées dans la foliation majeure des gneiss. On observe à l'intérieur des massifs péridotitiques une structure mylonitique bien conservée et discordante sur la
L'objet de cette Note est de décrire, à partir de l'exemple des Monts du Lyonnais, l'évolution tectonométamorphique d'assemblages mantelliques et donc de discuter l'implication du manteau supérieur dans l'orogenèse Paléozoïque. CONTEXE GÉOLOGIQUE. — Les péridotites des Monts du Lyonnais sont incluses dans un ensemble d'ortho et de paragneiss contenant des reliques d'éclogites et de granulites [3] (fig. 1). L'évolution métamorphique des roches crustales (fig. 2) montre, après un stade à haute pression, une diminution de pression à température constante, puis décroissante. Les conditions de haute pression témoignent de l'enfouissement de ces roches, alors que la rétromorphose est liée à la remontée vers la surface de cette unité éclogitisée. Au sein de ces gneiss, les péridotites se présentent sous la forme de lentilles métriques à hectométriques, étirées et alignées dans la foliation majeure des gneiss. On observe à l'intérieur des massifs péridotitiques une structure mylonitique bien conservée et discordante sur la foliation des gneiss (fig. 1). Cette déformation mylonitique est hétérogène et, dans les zones les moins déformées, les minéraux métamorphiques sont coronitiques, alors qu'ils soulignent la foliation dans les zones très déformées. MINÉRALOGIE DES PÉRIDOTITES. — L'olivine (forstérite 90%) est la phase la plus abondante. Les néoblastes, de diamètre inférieur au millimètre, forment la matrice de la roche. Quelques rares porphyroclastes persistent, isolés au sein des néoblastes. Les pyroxènes sont des diopsides et des enstatites dont les néoblastes soulignent, avec l'olivine, la texture mylonitique. Il existe, cependant, de nombreux porphyroclastes de pyroxènes, soit en reliques isolées dans la texture mylonitique, soit en agrégats étirés évoquant des microrubans pyroxéniques. Ces porphyroclastes sont soit zones, en aluminium et calcium en particulier, soit ils renferment des exsolutions de spinelle et de grenat. Le spinelle présente des habitudes très variés. On le trouve en reliques porphyroclastiques auréolées de grenats, en agrégats étirés dans la foliation mylonitique en coexistence avec du grenat, mais aussi des auréoles kélyphitiques liées à la déstabilisation des grenats. Quand il coexiste avec le grenat, le spinelle est toujours très riche en chrome (20 à 30%). Le grenat est typiquement un minéral réactionnel. En effet, dans les zones les moins déformées,
au millimètre, forment la matrice de la roche. Quelques rares porphyroclastes persistent, isolés au sein des néoblastes. Les pyroxènes sont des diopsides et des enstatites dont les néoblastes soulignent, avec l'olivine, la texture mylonitique. Il existe, cependant, de nombreux porphyroclastes de pyroxènes, soit en reliques isolées dans la texture mylonitique, soit en agrégats étirés évoquant des microrubans pyroxéniques. Ces porphyroclastes sont soit zones, en aluminium et calcium en particulier, soit ils renferment des exsolutions de spinelle et de grenat. Le spinelle présente des habitudes très variés. On le trouve en reliques porphyroclastiques auréolées de grenats, en agrégats étirés dans la foliation mylonitique en coexistence avec du grenat, mais aussi des auréoles kélyphitiques liées à la déstabilisation des grenats. Quand il coexiste avec le grenat, le spinelle est toujours très riche en chrome (20 à 30%). Le grenat est typiquement un minéral réactionnel. En effet, dans les zones les moins déformées, il forme des couronnes autour des spinelles et contient de nombreuses inclusions de pyroxène et d'olivine. Il est alors de taille centimétrique et sa composition est celle d'un pyrope (pyrope 90%, almandin 10%). Quand ils sont impliqués dans la déformation mylonitique, les grenats montrent une réduction de la taille des grains, leurs diamètres devenant inférieurs au millimètre. Les kélyphites constituent une auréole réactionnelle traduisant la déstabilisation des grenats. Il s'agit de couronnes faites de fibres d'orthopyroxène et de spinelle, bordées de grains d'orthopyroxène en pavage externe, qui se développent à l'interface grenat-olivine. Les amphiboles montrent une évolution morphologique et chimique. Les plus précoces sont des pargasites qui pseudomorphosent les porphyroclastes de pyroxènes dans les rubans et les agrégats. Ces larges cristaux d'amphiboles passent progressivement à des fibres incolores à composition de trémolites associées à des chlorites. Les chlorites sont de deux types. Les plus précoces, fibreuses et incolores, sont associées aux trémolites. Les plus tardives forment de grandes plages vertes, pléochroïques, qui effacent progressivement les paragenèses antérieures. Le talc apparaît en lamelles très réfringentes étroitement associées aux fibres de trémolite et de chlorite. Serpentine et magnétite sont issues de la déstabilisation des olivines pour l'essentiel et forment une trame (antigorite
grains, leurs diamètres devenant inférieurs au millimètre. Les kélyphites constituent une auréole réactionnelle traduisant la déstabilisation des grenats. Il s'agit de couronnes faites de fibres d'orthopyroxène et de spinelle, bordées de grains d'orthopyroxène en pavage externe, qui se développent à l'interface grenat-olivine. Les amphiboles montrent une évolution morphologique et chimique. Les plus précoces sont des pargasites qui pseudomorphosent les porphyroclastes de pyroxènes dans les rubans et les agrégats. Ces larges cristaux d'amphiboles passent progressivement à des fibres incolores à composition de trémolites associées à des chlorites. Les chlorites sont de deux types. Les plus précoces, fibreuses et incolores, sont associées aux trémolites. Les plus tardives forment de grandes plages vertes, pléochroïques, qui effacent progressivement les paragenèses antérieures. Le talc apparaît en lamelles très réfringentes étroitement associées aux fibres de trémolite et de chlorite. Serpentine et magnétite sont issues de la déstabilisation des olivines pour l'essentiel et forment une trame (antigorite et chrysotile) plus ou moins bien développée dans le fond de la roche. ÉVOLUTION PARAGÉNÉTIQUE ET THERMODYNAMIQUE. — Les inclusions, nombreuses, d'olivine, de spinelle et de pyroxène au coeur des grenats coronitiques témoignent d'un stade antérieur à la formation du pyrope. La nature et l'habitus des phases reliques sont ceux d'une lherzolite à spinelle à texture porphyroclastique. Les données expérimentales sur de tels assemblages [4] impliquent une pression inférieure à 20 kbar. Dans ces conditions, les teneurs en aluminium des pyroxènes (2 à 4% d'Al2O3) reflètent des températures de 700 à 800°C [5]. Le développement du pyrope, contemporain de la déformation mylonitique de la péridotite, peut être calé en température grâce aux échanges Fe-Mg entre olivine et grenat, clinopyroxène et grenat, orthopyroxène et grenat [6]. Les températures calculées sont comprises entre 900 et 1050°C. Les pressions, calculées à partir de la solubilité de l'aluminium dans l'orthopyroxène à l'équilibre avec le grenat [5] et [7], sont telles que : 23 < P < 30 kbar. C'est durant la montée en pression qui caractérise la transition lherzolite à spinelle-lherzolite à grenat, que les pyroxènes se zonnent (décroissance progressive de l'Al et Ca vers les bordures des grains) ou qu'ils exsolvent des spinelles
d'une lherzolite à spinelle à texture porphyroclastique. Les données expérimentales sur de tels assemblages [4] impliquent une pression inférieure à 20 kbar. Dans ces conditions, les teneurs en aluminium des pyroxènes (2 à 4% d'Al2O3) reflètent des températures de 700 à 800°C [5]. Le développement du pyrope, contemporain de la déformation mylonitique de la péridotite, peut être calé en température grâce aux échanges Fe-Mg entre olivine et grenat, clinopyroxène et grenat, orthopyroxène et grenat [6]. Les températures calculées sont comprises entre 900 et 1050°C. Les pressions, calculées à partir de la solubilité de l'aluminium dans l'orthopyroxène à l'équilibre avec le grenat [5] et [7], sont telles que : 23 < P < 30 kbar. C'est durant la montée en pression qui caractérise la transition lherzolite à spinelle-lherzolite à grenat, que les pyroxènes se zonnent (décroissance progressive de l'Al et Ca vers les bordures des grains) ou qu'ils exsolvent des spinelles et des grenats. 1970 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1967-1972, 1988 La formation des kelyphites aux dépens des grenats marque le retour dans le champ d'une péridotite à spinelle c'est-à-dire dans des conditions de pression inférieures à 20 kbar. La suite de l'histoire correspond à une rétromorphose progressive qui se marque par l'apparition de phases de plus en plus hydratées. On a alors la succession des faciès à lherzolite à spinelle, lherzolite à amphibole, lherzolite à amphibole et chlorite, lherzolite à amphibole, chlorite et talc. L'apparition tardive des serpentines indique que la température est devenue inférieure à 500°C. Les données expérimentales sur les péridotites hydratées permettent alors de quantifier cette évolution rétromorphique (tableau). DISCUSSION. — L'évolution thermodynamique des péridotites étudiées est résumée sur la figure 3. Elle se caractérise par une évolution prograde suivie d'une rétromorphose. Le stade prograde, caractérisé par une forte augmentation de pression pour une température légèrement croissante, n'est compatible qu'avec une subduction. Si l'on tient compte de la présence d'éclogites associées aux péridotites, on conçoit alors que c'est l'ensemble croûte + manteau supérieur, c'est-à-dire la lithosphère paléozoïque, qui a été subductée. La texture mylonitique, décrite pour les péridotites uniquement dans des
une rétromorphose progressive qui se marque par l'apparition de phases de plus en plus hydratées. On a alors la succession des faciès à lherzolite à spinelle, lherzolite à amphibole, lherzolite à amphibole et chlorite, lherzolite à amphibole, chlorite et talc. L'apparition tardive des serpentines indique que la température est devenue inférieure à 500°C. Les données expérimentales sur les péridotites hydratées permettent alors de quantifier cette évolution rétromorphique (tableau). DISCUSSION. — L'évolution thermodynamique des péridotites étudiées est résumée sur la figure 3. Elle se caractérise par une évolution prograde suivie d'une rétromorphose. Le stade prograde, caractérisé par une forte augmentation de pression pour une température légèrement croissante, n'est compatible qu'avec une subduction. Si l'on tient compte de la présence d'éclogites associées aux péridotites, on conçoit alors que c'est l'ensemble croûte + manteau supérieur, c'est-à-dire la lithosphère paléozoïque, qui a été subductée. La texture mylonitique, décrite pour les péridotites uniquement dans des conditions Fig. 1. — Structure des péridotites à grenat des Monts du Lyonnais (Est du Massif Central français). Les symboles (x et /) représentent respectivement le plan de foliation des péridotites et de l'encaissant gneissique. Zone préservée de la déformation mylonitique à texture porphyroclastique relique. B. Zone très déformée à texture mylonitique. Grt = Grenat ; Sp = Spinelle ; OPX = Orthopyroxène, CPX = Clinopyroxene; Ol = Olivine; K = Kelyphite. Fig. 1. — Structural situation of the garnet peridotites occurrences in the Monts du Lyonnais. Symbols (< and S) refer to foliation planes in the peridotites and in surrounding gneisses. A. Low strained area with relictual porphyroclastic texture. B. High strained area with mylonitic texture. C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1967-1972, 1988 1971 basses pressions en contexte d'obduction [9], se développe ici à très haute pression durant la subduction lithosphérique. La rétromorphose qui correspond à l'exhumation des péridotites débute par une diminution de pression à température quasi constante et se poursuit par une diminution conjointe de la pression et de la température. Si l'on compare cette évolution à celle des roches crustales (fig. 2 et 3), on constate l'accordance des trajets rétrogrades, ce
texture mylonitique. Grt = Grenat ; Sp = Spinelle ; OPX = Orthopyroxène, CPX = Clinopyroxene; Ol = Olivine; K = Kelyphite. Fig. 1. — Structural situation of the garnet peridotites occurrences in the Monts du Lyonnais. Symbols (< and S) refer to foliation planes in the peridotites and in surrounding gneisses. A. Low strained area with relictual porphyroclastic texture. B. High strained area with mylonitic texture. C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1967-1972, 1988 1971 basses pressions en contexte d'obduction [9], se développe ici à très haute pression durant la subduction lithosphérique. La rétromorphose qui correspond à l'exhumation des péridotites débute par une diminution de pression à température quasi constante et se poursuit par une diminution conjointe de la pression et de la température. Si l'on compare cette évolution à celle des roches crustales (fig. 2 et 3), on constate l'accordance des trajets rétrogrades, ce qui implique une histoire commune lors de la collision continentale. C'est lors de cette collision, et en conditions mésozonales, qu'a lieu la déformation majeure des gneisses encaissant les péridotites [10]. Pour de telles conditions de pression et de température (T<700°C et 6<P<8 kbar), les lherzolites se comportent comme des objets rigides au sein d'une matrice plus ductile. Ceci explique d'une part leur mode de gisement (lentilles étirées) au sein des gneisses et d'autre part l'excellente préservation de leur structure mylonitique interne. Dans les Monts du Lyonnais, la juxtaposition de roches infracrustales (éclogites et granulites) et de roches mantelliques résulte donc de laminations lithosphériques en contexte de collision continentale, postérieurement à un épisode de subduction. CONCLUSIONS. — 1. Une évolution thermodynamique prograde liée à une augmentation de pression et de température est, pour la première fois, mise en évidence dans les péridotites des Monts du Lyonnais. Ce métamorphisme précoce atteste de la subduction du manteau supérieur lors de l'orogenèse paléozoïque. 2. Durant cette subduction, les péridotites sont déformées plastiquement. Les textures mylonitiques connues, pour ce type de roches, en contexte d'obduction peuvent se développer en conditions de hautes pressions (20<kbar<30 kbar). 3. La similitude des histoires thermodynamiques des roches mantelliques et