The origin of the Variscan upper allochthons in the Ortegal Complex, northwestern Iberia: Sm–Nd isotopic constraints on the closure of the Rheic Ocean

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Abstract

Northwestern Iberia preserves a stack of allochthons in which the vestiges of a suture zone generated during the Variscan orogeny by the late Paleozoic collision between Laurussia and Gondwana are exposed. Lower allochthons contain Ordovician ophiolite (known as the Lower Ophiolite), and are structurally overlain by Devonian ophiolite (Upper Ophiolite), which are in turn structurally overlain by allochthons containing high-grade metamorphic rocks with continental affinities and Late Cambrian – Early Ordovician protolith ages (known as the Upper Units). Geochemical and Sm–Nd isotopic data from the Upper Ophiolite and the structurally overlying Upper Units exposed in the Ortegal Complex of Galicia show that these allochthons are derived from a variety of mantle and crustal sources and indicate that the suture zone juxtaposes a variety of oceanic assemblages. The general isotopic characteristics of each assemblage are similar to allochthons in other Variscan complexes in NW Iberia suggesting that the allochthons are each derived from a common source and may be regionally extensive. One of the bodies mapped within the Upper Ophiolite (Purrido amphibolite) is a composite body that, in addition to recently identified Mesoproterozoic mafic rocks, is characterized by a juvenile signature at ca. 395 Ma that was chemically modified from coeval intra-oceanic subduction. The very high Nd of this Late Devonian ophiolite is typical of several penecontemporaneous ophiolites within the Variscan orogen including the Lizard Complex (Britain) and the Massif Central (France), suggesting derivation from a regionally extensive anomalous mantle characterized by time-integrated depletion in Nd relative to Sm. Paleozoic mafic rocks in the Upper Units have Nd values typical of Paleozoic mafic rocks in Avalonia, which are thought to have been derived from subcontinental lithospheric mantle (SCLM) that was enriched at ca. 1.0 Ga. They exhibit elevated Th/Yb and Ce/Yb relative to Ta/Yb suggesting that their composition has been contaminated by subduction zone components, although the age of this contamination is unclear. Felsic rocks in the Upper Units were derived by melting of Mesoproterozoic or older (West African?) crust. These data, when combined with other geologic constraints, including the outboard position of the Upper Units relative to the ophiolite, support the hypothesis that the Upper Units collectively represent a crustal fragment that drifted from Gondwana during the formation of the Rheic Ocean, was transferred to Laurussia in Silurian or early Devonian times, and was subsequently thrust over the Gondwanan margin during the closure of the Rheic Ocean and the Variscan orogenesis.

Le nord-ouest de la péninsule ibérique conserve un empilement de roches allochtones dans lesquelles les vestiges d'une zone de suture générée au cours de l'orogenèse varisque par la collision, au Paléozoïque tardif, entre la Laurussie et Gondwana, sont exposés. Les roches allochtones inférieures contiennent une ophiolite ordovicienne (connu en tant qu'Ophiolite Inférieure); elles sont recouvertes par une ophiolite dévonienne (Ophiolite Supérieure); ces ophiolites sont recouvertes structurellement par des roches allochtones qui contiennent des roches à métamorphisme élevé présentant des affinités continentales et des âges Cambrien tardif – Ordovicien précoce pour le protolithe (connu en tant qu'Unités Supérieures). Les données géochimiques et isotopiques Sm–Nd provenant de l'Ophiolite Supérieure et des unités structuralement sus-jacentes des Unités Supérieures qui affleurent dans le Complexe Ortegal de Galicie montrent que ces roches allochtones proviennent de diverses sources dans le manteau et dans la croûte; elles indiquent de plus que la zone de suture juxtapose divers assemblages océaniques. Les caractéristiques isotopiques générales de chaque assemblage sont semblables aux roches allochtones des autres complexes varisques dans le Nord-Ouest de la péninsule ibérique, suggérant que les roches allochtones proviennent d'une source commune et qu'elles peuvent être répandues dans la région. L'un des gisements cartographiés dans l'Ophiolite Supérieure (l'amphibolite de Purrido) est un amas composite qui, en plus de roches mafiques récemment identifiées comme datant du Mésoprotérozoïque, est caractérisé par une signature juvénile, soit ∼395 Ma; il a été chimiquement modifié depuis une subduction contemporaine intra-océanique. Le Nd très élevé de cette ophiolite du Dévonien tardif est typique de plusieurs ophiolites pénécontemporaines de l'orogène varisque, incluant le Complexe Lizard (Angleterre) et le Massif Central (France), suggérant une dérivation d'un manteau anomal à l'échelle régionale caractérisé par un appauvrissement dans le temps de Nd par rapport à Sm. Les roches mafiques paléozoïques dans les Unités Supérieures ont des valeurs Nd typiques des roches mafiques paléozoïques de l'Avalonia, lesquelles proviendraient d'un manteau lithosphérique subcontinental qui a été enrichi il y a environ 1,0 Ga. Ces roches montrent des rapports Th/Yb et Ce/Yb élevés par rapport à Ta/Yb, suggérant que leur composition ait été contaminée par des composantes de la zone de subduction, bien que l'âge de cette contamination soit incertain. Les roches felsiques dans les Unités Supérieures proviennent de la fusion d'une croûte mésoprotérozoïque ou plus ancienne (Ouest de l'Afrique?). Lorsqu'elles sont combinées à d'autres contraintes géologiques, incluant la position externe des Unités Supérieures par rapport à l'ophiolite, ces données supportent l'hypothèse que l'ensemble des Unités Supérieures représente un fragment de la croûte qui a dérivé depuis Gondwana durant la formation de l'océan Rhéique; cette croûte a ensuite été transférée à la Laurussie au cours du Silurien ou du Dévonien précoce et par la suite a été chevauchée par-dessus la bordure de Gondwana durant la fermeture de l'océan Rhéique et l'orogenèse varisque.

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