Résumé
La ceinture des Monts Bakhuis, l’un des domaines granulitiques majeurs du bouclier guyanais, constitue un noyau de charnockites litées, métamorphosées et migmatitisées en faciès granulite. Les intercalations de gneiss pélitiques présentent localement des assemblages minéralogiques à sapphirine-quartz et à orthopyroxene-sillimanite-quartz, avec une teneur en Al2O3 atteignant jusqu’à 10 % dans l’orthopyroxene. Ces assemblages traduisent un métamorphisme de type ultra-haute température (UHT). Les conditions P-T sont difficiles à déduire dans ces assemblages, de par la teneur en Fe3+ dans la sapphirine et la sillimanite, et de par l’absence de grenat et la présence de spinelle et d’oxydes ferrotitanés. Les conditions P-T du climax métamorphique sont estimées à 950 °C et 8,5-9 kb. Un assemblage à corindon impur et quartz se rapporte peut-être aussi au métamorphisme UHT. Le décryptage de ces assemblages minéralogiques permet de conclure à un chemin P-T antihoraire, depuis un assemblage cordierite-sillimanite vers un assemblage intermédiaire sapphirine-quartz jusqu’à un assemblage orthopyroxène-sillimanite-quartz, au pic du métamorphisme. Des assemblages rétrogrades montrent un refroidissement isobare des paragenèses UHT. Des datations par la méthode Pb-évaporation sur zircon et par la méthode Sm-Nd sur roche totale sont présentées pour les granulites des Monts Bakhuis. Pour un gneiss à grenat-sillimanite, un âge à 2072 ± 4 Ma a été obtenu sur 3 zircons mais un quatrième grain a donné des âges atteignant 2.10 Ga. Une granulite enderbitique a donné des âges zircons dans la fourchette 2.15-2.09 Ga. Un gneiss à grenat a fourni un âge de 2055 ± 3 Ma tandis qu’une intercalation de pegmatite à grenat a donné des âges entre 2085 Ma et 2058 Ma. Un granite à orthopyroxène, à faciès mylonitique (une charnockite sensu stricto) a donné un âge Pb-Pb sur zircon de 2065 ± 2 Ma. Cette observation constitue la première évidence que le métamorphisme de haut grade était (au moins localement) associé avec des processus de fusion et à la production de magmas charnockitiques. Les zircons extraits de deux échantillons d’un dyke basique discordant et recristallisé ont donné des âges à 2060 ± 4 Ma et 2056 ± 4 Ma, respectivement. Une veine pegmatitique discordante et déformée a fourni un âge de 2059 ± 3 Ma. Les âges à 2072-2055 Ma sont interprétés comme l’âge du métamorphisme granulitique des Monts Bakhuis, les âges plus vieux que 2.07 Ga et jusqu´à 2.15 Ga étant considérés comme hérités de protolithes éo-transamazoniens pour ces granulites. Les âges modèles TDM des échantillons des Monts Bakhuis variant entre 2.40 Ga et 2.19 Ga pour des valeurs de eNd(t) comprises entre +1.43 et -0.37, suggèrent fortement une courte période de résidence crustale pour les protolithes des granulites. Ces résultats isotopiques démontrent que le métamorphisme de haut degré dans les Monts Bakhuis s’est déroulé vers 2072-2055 Ma, sans héritage archéen significatif. La monazite se révèle être, pour le système U-Th-Pb, un chronomètre aussi robuste que le zircon, comme l’attestent les âges les plus vieux obtenus sur monazites d´un gneiss à grenat-sillimanite (2127 Ma) et d´une intercalation leucogranitique (2103 Ma). D’un autre côté, les monazites de cette intercalation ont enregistré un évènement thermique bien plus jeune daté à 2007 Ma, à relier probablement à une pulsation magmatique datée à 1.98 Ga par les zircons d’une anorthosite. De façon inattendue, dans les deux échantillons, le système U-Th-Pb de la monazite ne semble pas avoir enregistré l’évènement métamorphique de haut degré. L’âge du métamorphisme UHT dans les Monts Bakhuis est assez tardif au sein du continuum thermo-tectonique transamazonien. Nous suggérons que les conditions P-T exceptionnelles du métamorphisme UHT des Monts Bakhuis, son chemin P-T antihoraire et la production simultanée de magmas charnockitiques sont interprétables comme le résultat de diapirs mantelliques tardi-transamazoniens, dont les manifestations synchrones apparaissent sous forme de dykes omniprésents de métadolérite, et de générations plus tardives d’anorthosites ainsi que de gabbros et de termes ultrabasiques.
Mots clés : Roche métamorphique, Faciès granulite, Condition pression température, Datation, Pb-Pb, Sm-Nd, Zircon, Roche totale, Paléoprotérozoïque, Suriname, Bouclier guyanais.
Abstract
The Bakhuis belt, one of the major granulite-facies domains in the Guiana Shield, consists of a core of banded rocks of the charnockite suite, metamorphosed and migmatized under granulite-facies conditions. Pelitic gneiss intercalations locally show sapphirine-quartz and orthopyroxene-sillimanite-quartz assemblages, with up to 10% Al2O3 in the orthopyroxene. These assemblages point to ultrahigh-temperature (UHT) metamorphism. P-T conditions are difficult to deduce, because the assemblages contain Fe3+ in sapphirine and sillimanite, and do not contain coeval garnet, but spinel, Fe- and Fe-Ti oxides instead. P-T conditions for the peak UHT metamorphism are estimated to have been 950 °C and 8.5-9 kb. An assemblage of impure corundum associated with quartz may also have formed during the UHT metamorphism. Unravelling the assemblages indicates a counterclockwise P-T path from an early cordierite-sillimanite assemblage via a subsequent sapphirine-quartz assemblage to the peak metamorphic assemblage orthopyroxene-sillimanite-quartz. Retrogressive assemblages show an isobaric to near isobaric cooling path for the UHT occurrence. Single zircon Pb-evaporation and whole rock Sm-Nd dating were carried out on the Bakhuis granulites. Three zircons from a garnet-sillimanite-bearing gneiss yielded an age of 2072 ± 4 Ma, but a fourth grain provided increasing ages up to 2.10 Ga. An enderbitic granulite gave zircon ages in the range of 2.15-2.09 Ga. Zircons from a garnet-bearing gneiss defined an age of 2055 ± 3 Ma, while those from a garnet-bearing pegmatite layer gave ages ranging between 2085 Ma and 2058 Ma. A mylonitic orthopyroxene-bearing granite (a true charnockite) furnished a Pb-Pb zircon age of 2065 ± 2 Ma - this is the first indication that the high-grade metamorphism was (at least locally) associated with melting and production of magmatic charnockite. Zircons from two samples of a discordant recrystallized basic dyke yielded ages of 2060 ± 4 Ma and 2056 ± 4 Ma, respectively. A discordant sheared pegmatite vein provided an age of 2059 ± 3 Ma. In conclusion, the 2072–2055 Ma ages are interpreted as the age of granulite metamorphism in the Bakhuis Mountains, and ages older than 2.07 Ga, and up to 2.15 Ga, are considered to reflect an inherited component from the early Transamazonian protoliths of the granulite. TDM model ages for the Bakhuis samples range from 2.40 to 2.19 Ga. These data, together with positive to slightly negative eNd(t) values (+1.43 to -0.37), strongly suggest a short crustal-residence time. The isotopic investigations thus demonstrate that the high-grade metamorphism in the Bakhuis belt occurred at 2072-2055 Ma, without significant Archean inheritance. Monazite appears, for the U-Th-Pb system, to be a reservoir as robust as zircon, as shown by monazite ages which are older than the high-grade metamorphism, 2127 Ma for a garnet-sillimanite gneiss and 2103 Ma for a leucogranite layer. In addition, monazite from the leucogranite layer also registered a much younger thermal event around 2007 Ma, which probably corresponds to the magmatic pulse at about 1.98 Ga recorded by zircon from an anorthosite. Surprisingly, the U-Th-Pb system of the monazite in the two samples did not record the high-grade metamorphic event. The UHT metamorphism in the Bakhuis belt occurred rather late in the Transamazonian thermo-tectonic continuum. We suggest that the exceptional P-T conditions of the UHT metamorphism in the Bakhuis belt, its counterclockwise P-T path and the simultaneous production of magmatic charnockite are best interpreted as the result of late Transamazonian mantle upwelling, of which ubiquitous metadolerite dykes represent contemporaneous pulses, and younger anorthosite and gabbroic-ultramafic bodies later pulses.
Key words: Metamorphic rocks, Granulite facies, P-T conditions, Dating, Pb/Pb, Zircon, Sm/Nd, Whole rock, Paleoproterozoic, Suriname, Guiana Shield.
Dernière mise à jour le 03.08.2015