Tectonic and microtectonic study of gneissic series from the Haut-Allier and Truyère valley (Massif Central, France): transmission electron microscopy of mineral deformation at high pressures and temperatures

This work identified two petrologically different units, from top to bottom. (1) A retrogressed unit, initially granulitic, now represented by anatexites and the leptyno-amphibolite group; this unit has undergone a regional amphibolite facies retrogression. (2) A prograde unit, initially a grauwacko-pelitic series now represented by biotite-sillimanite gneiss in which no sign of retrogression was found. Between these two units, a sillimanite-rich gneiss sequence is underlain by peridotites, and the sillimanite concentration is related to intense shear. Arguments are exposed to consider that the retrograde unit is a basement thrust over the prograde unit, which delivered retrogressing fluids while being metamorphosed: the inverse superposition of the two units; granulites retrogressed to anatexites while the underlying series underwent prograde metamorphism; the large-scale thrust tectonics in which all the series were involved. A synthetic cross-section (fig. 23) and structural map (fig. 24) summarize this conclusion. The few available geochronological measurements point to a major Hercynian orogenic event. The second part of this work is devoted to the physics of shear strain. Transmission electron microscopy reveals the importance of intracrystalline deformation. This allows using lattice preferred orientations, especially those of quartz c-axes, as a criterion for shear direction, and thus the transport direction of the geological units deformed in a ductile manner.
Deux ensembles pétrologiques différents sont distingués, de haut en bas. (1) UN ENSEMBLE RÉTROGRADE, initialement granulitique, qui a subi une rétromorphose régionale dans le faciès amphibolite et est maintenant représenté par les anatexites à cordiérites et le groupe leptyno-amphibolique; (2) UN ENSEMBLE PROGRADE, représenté par les gneiss à biotite et sillimanite, ex-série grauwacko-pélitique, dans lesquels aucun signe de rétromorphose n’a été trouvé. Entre ces deux ensembles, un terme intermédiaire riche en sillimanite, est jalonné à sa base par des péridotites (en particulier tout autour de l'unité de Massiac). La concentration de la sillimanite y serait favorisée par un cisaillement important. La rétromorphose de l’ensemble [1] nécessite des fluides chimiquement actifs. Deux solutions sont envisagées: (a) L'eau provient du manteau (ce qui traduit une importante activité hydrothermale); (b) Ces roches de faciès granulite [1] sont venues chevaucher des séries riches en eau [2]. Les arguments pour considérer que l’ensemble rétrograde est un socle charrié sur l'ensemble prograde sous-jacent sont : la présence d'un ensemble ayant eu une histoire granulitique puis rétromorphosé quand la série sous-jacente a subi son premier métamorphisme prograde; la superposition inverse des deux grands ensembles; l'importante tectonique tangentielle dans laquelle toutes les séries sont impliquées; la présence dans le Rouergue de séries granulitiques [1] situées normalement sous une même série grauwacko-pélitique [2]. C'est dans ce dernier matériel que l'on doit trouver l'origine des fluides de rétromorphose, la tectonique liée au transport chevauchant favorisant l'invasion du socle chevauchant par les fluides. La coupe synthétique de la rive droite de l'Allier (fig. 23) et le modèle structural proposé (fig. 24) résument cette conclusion à l’échelle régionale. Les rares mesures géochronologiques disponibles permettent d’attribuer la mise en place des nappes rétrogrades et le métamorphisme régional prograde dans les séries grauwacko-pélitiques et rétrograde dans les granulites à l'orogenèse hercynienne. LA DEUXIÈME PARTIE DE CE TRAVAIL est consacrée à la physique de la déformation cisaillante identifiée dans les gneiss du Massif Central. La microscopie électronique en transmission met en évidence l’importance de la déformation intracristalline. Ceci permet d’utiliser les orientations préférentielles de réseau, en particulier celle des axes c du quartz, comme critère de sens de cisaillement, et donc de la direction de transport des unités géologiques déformées de façon ductile.