Anatexie et métamorphisme dans la croûte continentale épaissie tectoniquement illustrée par l’arrière-pays de Sevier, ouest de l’Amérique du Nord

La génération de magmas granitoïdes par fusion partielle des roches crustales lors d’événements d’épaississement continental est bien documentée dans de nombreuses provinces géologiques à travers le monde, y compris la ceinture de Sevier du Mésozoïque tardif de l’ouest de l’Amérique du Nord. Nous présentons un modèle thermique et pétrologique de l’anatexie et du métamorphisme dans les régions d’épaississement crustal où la seule contribution du manteau est l’apport normal de chaleur par conduction à travers la base de la lithosphère (c’est-à-dire que l’advection de masse et d’énergie est exclue). Nous distinguons la formation de migmatites et la génération de magmas granitoïdes mobiles et examinons les relations temporelles et spatiales entre ces deux processus anatectiques distincts, entre l’anatexie et la déformation régionale et entre l’anatexie et le métamorphisme. Une conclusion fondamentale est que, si des protolithes riches en minéraux hydratés sont présents, l’anatexie régionale est le produit final du métamorphisme barrovien classique dans une croûte continentale épaissie, même en l’absence d’une phase fluide riche en eau libre. Les séries de faciès métamorphiques barroviens sont prévues avec des rapports d’épaississement (épaisseur crustale maximale atteinte/épaisseur crustale initiale) aussi bas que 1,3, mais les magmas granitoïdes mobiles ne se forment pas si ce rapport est inférieur à environ 1,5. Au-dessus de ces limites inférieures, le métamorphisme barrovien et le magmatisme granitoïde anatectique se produisent indépendamment de l’ampleur de l’épaississement et de la manière dont celui-ci est réalisé. Les deux processus sont sensibles à une diminution de l’apport de chaleur ; la diminution du flux thermique du Moho ou de la production de chaleur radioactive crustale entraîne un métamorphisme blueschiste-eclogite et inhibe la formation de magmas granitoïdes mobiles. Nous modélisons l’anatexie dans des conditions d’absence de fluide et montrons qu’avec une telle contrainte, la migmatisation est toujours un processus syn-kinématique (par rapport à l’événement d’épaississement crustal), tandis que la génération de magmas granitoïdes mobiles est dans la plupart des cas post-kinématique (par rapport à l’épaississement crustal) mais peut être syn-kinématique si l’épaississement prend plus de 50 millions d’années environ. Les intervalles de temps typiques pour la fusion sont cohérents avec les observations géologiques ; les magmas granitoïdes mobiles sont prévus par la plupart de nos modèles dans un délai d’environ 10 millions d’années après la fin de l’événement d’épaississement de la croûte. Cette « période d’incubation » résulte principalement de l’augmentation de température nécessaire pour que les réactions de déshydratation-fusion capables de produire de grandes fractions de fusion se produisent. Les besoins énergétiques de l’anatexie sont relativement mineurs par rapport aux bilans thermiques de la croûte conductrice, comme le montre le fait qu’une fois que les conditions P-T nécessaires sont atteintes, les réactions de fusion sont achevées dans des intervalles de temps de l’ordre de 1 Myr, c’est-à-dire de 1 à 2 ordres de grandeur plus petits que les échelles de temps caractéristiques des processus tectoniques impliqués dans l’épaississement de la croûte.