Transamazonian crustal growth and reworking as revealed by the 1:500,000-scale geological map of French Guiana (2nd edition) …..

Processus de croissance et de ré-activation crustale au Transamazonien, mis en évidence par la carte à 1/500 000 de Guyane (2ème édition)

GÉOLOGIE DE LA FRANCE, N° 2-3-4, 2003 – GEOLOGY OF FRANCE AND SURROUNDING AREAS, N° 2-3-4, 2003

Claude DELOR (1)*, Didier LAHONDÈRE (1) Emmanuel EGAL (1) Jean-Michel LAFON (2) Alain COCHERIE (1) Catherine GUERROT (1) Philippe ROSSI (1), Catherine TRUFFERT (1) Hervé THÉVENIAUT (3), David PHILLIPS (4) Valter Gama de AVELAR (2)

(1) brgm, 3 avenue Claude-Guillemin, BP 6009, 45060 Orléans cedex 2, France (2) Pará-Iso, Centro de Geociências, UFPA, Belém, Brasil. (3) brgm Guyane, domaine de Suzini, route de Montabo, BP 552, 97333 Cayenne cedex 2, Guyane. (4) School of Earth Sciences, The University of Melbourne, Australia. (*) Corresponding author. E-mail:c.delor@brgm.fr

ABSTRACT: As a complement to the 1:500,000-scale Geological Map of French Guiana (2nd edition), we present a comprehensive and detailed overview of the wide spectrum of Paleoproterozoic terrains in the country on the basis of an airborne geophysical survey, geological field investigations, and about 100 new isotopic (Pb-Pb and Sm-Nd) data. We discuss French Guiana’s complex Transamazonian orogenic evolution in terms of multi-stage crustal growth, with both Archean recycling and juvenile Paleoproterozoic accretion and reworking. This evolution began with the formation of juvenile oceanic crust at 2.26 – 2.20 Ga, as indicated by the Eorhyacian crystallization age of gabbroic rocks from “Île de Cayenne Complex” and by inherited zircon ages in reworked plutonic and metasedimentary rocks. Then, from 2.18 to 2.13 Ga, came a period of dominant tonalitetrondhjemite-granodiorite (TTG) type magmatism and regionally associated greenstone belts. This we interpret in terms of a Mesorhyacian multi-pulse island-arc plutonovolcanism in response to a main southward-directed subduction during a D1 event related to a N-S oriented convergence of the African and Amazonian Archean blocks. The age distribution of the TTG magmatism seems to be roughly dependent on the geographical location of the dated rocks within an intra-arc younging direction: the older (2.18 – 2.16 Ga) migmatitic TTG is found exposed in northern and southern French Guiana (Laussat and Tamouri complexes) while the youngest (2.15 – 2.13 Ga) generation occupies an inner position known as the Central TTG Complex. That the greenstone deposits were synchronous with the TTG magmatism is indicated by the emplacement of volcanics from 2.16 Ga to 2.14 Ga – for example, the basic to ultrabasic magmatism of the Tampok suite has been dated at 2.15 Ga and was therefore synchronous with the Mesorhyacian TTG magmatism. Low-pressure type metamorphism is also associated with D1, as revealed by an andalusite-type paragenesis in both the northern and southern branches of the greenstone belt. Granitic magmatism and minor gabbroic intrusions then occurred at ca. 2.11 – 2.08 Ga in response to the closure of the island-arc basins, with an evolution from southward-directed subduction to sinistral wrenching (D2a). A first geochronological reference for this D2a event is registered in a syntectonic vein dated at 2098 ± 2 Ma. That migmatization accompanied this magmatic episode is indicated by the ca. 2.10 Ga age recorded in zircons and monazites in the migmatitic TTG domains of northern and southern French Guiana. In addition to field evidence of in situ melting of metatonalite, the existence of inherited zircons and monazites up to 2.19 – 2.17 Ga in age confirms that the migmatite originated from melting of a TTG-greenstone suite. In northern French Guiana, the D2a transcurrent sinistral event was marked by the opening of late detrital basins, along the northern limb of the central TTG complex (pull-apart basins). The age of a D2b event is inferred from the 2.07 – 2.06 Ga dating of late metaluminous monzogranite emplaced along a WNW-ESE dextral strike-slip corridor, and dissecting pull-apart basins. Further chronostructural support is given by co-eval mesoscopic melt veins emplaced along N145 dextral shear planes dissecting the main D2 migmatitic foliation in the northern Laussat TTG complex. A low- to medium-pressure D2b counterclockwise metamorphism, recorded in the detrital basin units, reflects a lack of significant crustal thickening in the metasediments; it is best interpreted as an anomalously high geothermal gradient during burial followed by isobaric cooling. This metamorphic stage was contemporaneous with a similar counterclockwise Pressure-Temperature path exemplified farther west in Suriname, where it culminated in the formation of the Bakhuis ultrahigh-temperature (UHT) granulite belt dated at ca. 2.07 – 2.05 Ga. Such a metamorphic signature, together with the abundant granite magmatism produced by the melting of the TTG-greenstone belt at moderate pressures, are correlated with mantle upwelling during prolonged crustal stretching. The positive ε(Nd)t values both of the acid metavolcanic rocks and metagreywacke from the greenstone belts and of associated TTG granitoid, confirm the juvenile character of the TTG-greenstone complexes and preclude the involvement of significant pre-Transamazonian crust in their genesis. No preserved remnants of the Archean continents have been encountered in French Guiana. Archean fingerprinting is only displayed by negative ε(Nd)t values on metapelite, by 3.19 – 2.77 Ga detrital zircons in quartzite from the greenstone belt, and by negative ε(Nd)t values and inherited Archean zircon as old as 2.71 Ga in some granitoids from northern and southeastern French Guiana. Dyke swarms, marking the precursor stages of the opening of the Atlantic Ocean, cut all the Paleoproterozoic lithologies. In addition to these well-known Mesozoic occurrences, NNE-SSW Paleoproterozoic (≥ 1.8 Ga) and NW-SE Neoproterozoic (809 Ma) generations of dykes have been identified by Ar-Ar and K-Ar dating, respectively, and by the paleomagnetic signature.

Key words: Paleoproterozoic, Transamazonian orogeny, Magmatism, Migmatization, Dating, Pb/Pb, U/Pb, U/Th/Pb, K/Ar, Sm/Nd, Greenstone belts, Geodynamics, French Guiana, Guiana Shield.

RESUMO: Em complemento à realização da segunda edição do mapa geológico na escala 1:500000 da Guiana Francesa, apresentamos uma síntese pluri-temática detalhada sobre a geologia do referido território. Essa síntese integra resultados de campanha aerogeofísica, de levantamento de campo assim como uma centena de novos dados isotópicos (Pb-Pb e Sm-Nd, principalmente). A evolução complexa da orogênese Transamazônica é discutida em termos de crescimento multi-estágios levando em conta os processos de retrabalhamento de crosta arqueana e de acresção juvenil e de reativação termotectônica no Paleoproterozóico. Essa evolução transamazônica inicia-se com a formação de crosta oceânica juvenil a 2,26-2,20 Ga, evidenciada pelas idades eoriacianas de cristalização de gabros do Complexo “Île de Cayenne” e de zircões herdados em rochas plutônicas e sedimentares deformadas e metamorfisadas. Entre 2,18 Ga e 2,13 Ga, um magmatismo mesoriaciano de tipo tonalíticotrondjhemítico-granodiorítico (TTG) predomina, em associação com o depósito de formações vulcanosedimentares do tipo greenstone belts. Esse episódio magmático é interpretado em termo de magmatismo plutonovulcânico multi-estágios em contexto de arco de ilhas relacionado a uma zona de subdução com vergência para sul, induzida pela convergência dos blocos arqueanos africano e amazônico durante uma fase D1. A idade do magmatismo TTG refleita globalmente a sua geometria: Uma primeira geração de TTG migmatíticos, datada em 2,18-2,16 Ga ocorre no norte e no sul da Guiana Francesa, em volta de uma segunda geração de TTG, datada em 2,15- 2,13 Ga, denominada de complexo TTG central. O caráter síncrono da formação dos greenstone belts com o magmatismo TTG é demonstrado pela idade de formação dos termos vulcânicos entre 2,16 – 2,14 Ga. Em particular, o magmatismo básico-ultrabásico da suíte Tampok é datado em 2,15 Ga e é contemporâneo do magmatismo TTG mesoriaciano. Um episódio metamórfico de baixa pressão é associado a esta fase D1. Um episódio magmático essencialmente granítico, com intrusões básicas subordinadas, ocorre em torno de 2,11- 2,09 Ga, testemunhando o fechamento das bacias de arcos vulcânicos, com uma evolução do contexto de subdução para um processo de transcorrência sinistral dos blocos continentais convergentes (D2a). A idade desse evento D2a é determinada por um veio sin-tectônico datada a 2098 ± 2 Ma. Um processo de migmatização, contemporânea deste episódio magmático, é identificada em torno de 2,10 Ga de acordo com as idades de zircões e monazitas dos granitóides TTG do norte e do sul da Guiana francesa. Em paralelo às evidencias no campo da fusão in situ de metatonalitos, a existência de zircões e monazitas com idades em torno de 2,19-2,17 Ga confirma que os produtos da migmatização foram originados da fusão do magmatismo TTG e das seqüências de greenstone. No TRANSAMAZONIAN CRUSTAL GROWTH AND REWORKING IN FRENCH GUIANA GÉOLOGIE DE LA FRANCE, N° 2-3-4, 2003 – GEOLOGY OF FRANCE AND SURROUNDING AREAS, N° 2-3-4, 2003 7 norte da Guiana Francesa, o episódio transcorrente sinistral D2a é marcado pela abertura de bacias detríticas tardias, ao longo da borda norte do complexo TTG central (bacias do tipo pull-apart). A idade de um episódio tectônico D2b é definida pela datação de monzogranitos meta-aluminosos em torno de 2,08-2,06 Ga, que se formaram ao longo de corredores transcorrentes dextrais WNW-ESE, cortando as bacias do tipo pull-apart. Essa configuração crono-estrutural é reforçada, em escala mesoscópica, pela observação, no campo, de veios migmatíticos ao longo de planos de cisalhamento N145 que cortam a foliação migmatítica D2 no complexo TTG setentrional (setor de Laussat). Um metamorfismo anti-horário de pressão baixa a intermediária é registrado nas bacias detríticas e refleita a ausência de espessamento crustal significativo nas rochas metassedimentares. É interpretado em termos de gradiente térmico anormalmente elevado durante uma fase de soterramento seguida de um resfriamento isobárico. Esse episódio metamórfico é contemporâneo de um tipo de evolução pressão – temperatura anti-horária encontrado mais a oeste, no Suriname, onde o mesmo culmina com a atuação de um metamorfismo de ultra-alta temperatura no setor dos Bakhuis Mountains, datados a 2,07-2,05 Ga. As características desse evento metamórfico, junto com a abundância de um magmatismo granítico produzido pela fusão dos granitóides TTG e das seqüências greenstones a pressão média são relacionadas a processos de subidas mantélicas em resposta a um estiramento prolongado em escala continental. Os valores positivos de ε(Nd)t encontrados tanto nas rochas metavulcânicas quanto nos metagrauvacas das seqüências greenstones, assim como nas granitóides TTG associados confirmam o caráter juvenil dos complexos granito-greenstones, excluindo uma participação significativa de crosta pré-transamazônica na sua gênese. Nenhuma relíquia preservada de continente arqueano foi encontrada na Guiana Francesa. Uma assinatura arqueana é evidenciada apenas pelos valores negativos de ε(Nd)t registrados em metapelitos e pelas idades entre 3,19- 2,77 Ga de zircões detríticos de quartzito das seqüências greenstones, bem como pelos valores negativos de ε(Nd)t e zircões herdados com idades de até 2,71 Ga de alguns granitóides do norte e do sudeste da Guiana Francesa. Exames de diques marcando estágios precursores da abertura do Oceano Atlântico cortam todas as litologias paleoproterozóicas. Junto com essa geração de diques mesozóicos, diques paleoproterozóicos (> 1,8 Ga), orientados NNE-SSW, e diques neoproterozóicos (809 Ma), orientados NW-SE foram identificados por datação Ar-Ar e K-Ar, respectivamente, e pela assinatura paleomagnética.