Evolution of the continental crust and significance of the zircon record, a case study from the French Massif Central.

Couzinie, Simon Gwenael (2018-03)

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2018.

Thesis

ENGLISH ABSTRACT: The formation of the continental crust is a major consequence of Earth di erentiation. Recent advances on this topic bene ted from improvements of analytical techniques enabling in situ measurements of U Pb Hf O isotope compositions in zircon, a widespread accessory mineral of continental igneous rocks. This study reconstructs the evolutionary path followed by the crust segment today exposed in the eastern part of the French Massif Central (FMC), a portion of the Variscan belt of Western Europe, with the aim to investigate the potential aws of the zircon record of crust evolution. In this scope, the origin and geodynamic signi cance of the constituent FMC lithological units are tackled by combining conventional petrological observations with zircon U Pb Hf O isotope data. Two major inconsistencies exist between the results obtained following this integrated approach and the conclusions drawn solely from zircon isotopic signatures, taken out of their petrological context, as is commonly performed in studies investigating crust evolution. First, zircon Hf model ages point to substantial Mesoproterozoic crust formation in the FMC whereas more than 60% of the crust is actually Neoproterozoic in age. Second, new additions to the continental crust volume during the Variscan orogeny are not recorded even though 5 to 10% of the exposed crust formed at that time. The origin of both discrepancies inherently lies in the mixed isotopic signature carried by many zircon grains. Such equivocal information can only be detected when additional petrological constrains on the zircon host rocks are available and provide guidance in interpreting the zircon record of crust evolution.

FRENCH ABSTRACT: La formation de la croute continentale est une des conséquences majeures de la diff érenciation de la Terre. Les avancées récentes dans la compréhension de ce phénomène résultent de l'amélioration des techniques analytiques permettant la mesure in situ des compositions isotopiques en U Pb Hf O de grains de zircon, minéral abondant dans les roches crustales. Cette étude reconstitue l'histoire du segment de croute a eurant dans l'est du Massif Central français, portion de la chaine Varisque d'Europe de l'Ouest, dans le but d'évaluer les limites d'utilisation des zircons pour retracer l'évolution crustale. L'origine et la signi cation géodynamique des principales unités lithologiques du MCF ont été étudiées en combinant les approches classiques de la pétrologie avec des données isotopiques U Pb Hf O acquises sur zircon. Deux incohérences majeures existent entre nos résultats et les conclusions tirées de l'étude des zircons considérés hors de leur contexte pétrologique, approche généralement suivie pour analyser l'évolution crustale. Les âges modèles calculés à partir des données Hf suggèrent une importante croissance crustale au Mésoproterozoique dans le MCF, en contradiction avec le fait que 60% de la croute locale soit d'âge Néoproterozoïque. De plus, 5 à 10% de la croute du MCF a été formée durant l'orogènese Varisque sans que cela ne soit enregistré par le zircon. Dans les deux cas, ces incohérences résultent du caractère hybride des signatures isotopiques portées par les zircons. Celles-ci ne peuvent être correctement détectées et interprétées qu'en disposant de données pétrologiques complémentaires sur les roches contenant les grains analysés.

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