Anatexis and metamorphism in tectonically thickened continental crust exemplified by the Sevier hinterland, västra Nordamerika

Genereringen av granitoida magmer genom partiell smältning av jordskorpans bergarter under kontinentala förtjockningar är väl dokumenterad i många geologiska provinser över hela världen, inklusive det senmesozoiska Sevierbältet i västra Nordamerika. Vi presenterar en termisk och petrologisk modell för anatexis och metamorfism i regioner med tjockare skorpa där det enda bidraget från manteln är den normala ledningstillförseln av värme genom litosfärens bas (dvs. advektion av massa och energi är utesluten). Vi skiljer mellan bildning av migmatiter och generering av rörliga granitoida magmer och undersöker de tidsmässiga och rumsliga sambanden mellan dessa två distinkta anatexis-processer, mellan anatexis och regional deformation och mellan anatexis och metamorfism. En grundläggande slutsats är att om det finns protoliter som är rika på vattenhaltiga mineraler är regional anatexis slutprodukten av klassisk barroviansk metamorfism i förtjockad kontinentalskorpa, även i avsaknad av en fri vattenrik vätskefas. Barrovianska metamorfiska facies-serier förutses med förtjockningsförhållanden (maximal uppnådd skorpetjocklek/initiell skorpetjocklek) så låga som 1,3, men rörliga granitoida magmer bildas inte om detta förhållande är mindre än ungefär 1,5. Över dessa nedre gränser förekommer barroviansk metamorfism och anatektisk granitoidmagmatism oberoende av hur stor förtjockningen är och på vilket sätt förtjockningen åstadkoms. Båda processerna är känsliga för minskad värmetillförsel; en sänkning av antingen Moho-värmeflödet eller den radioaktiva värmeproduktionen i jordskorpan resulterar i metamorfism av blueschist-eklogit och hämmar bildandet av rörlig granitoid magma. Vi modellerar anatexis under vätskefria förhållanden och visar att, med en sådan begränsning, är migmatisering alltid en syn-kinematisk process (i förhållande till skorpans förtjockning), medan bildandet av mobil granitoid magma i de flesta fall är post-kinematisk (i förhållande till skorpans förtjockning), men kan vara syn-kinematisk om förtjockningen tar längre tid än cirka 50 Myr. De typiska tidsintervallen för smältning stämmer överens med geologiska observationer. Mobil granitoid magma förutspås av de flesta av våra modeller inom cirka 10 Myr från slutet av skorpans förtjockning. Denna ”inkubationstid” beror främst på den temperaturökning som krävs för att de uttorknings- och smältningsreaktioner som kan producera stora smältfraktioner skall inträffa. De energimässiga kraven för anatexis är relativt små jämfört med de ledande termiska budgetarna för jordskorpan, vilket visas av det faktum att när de nödvändiga P-T-förhållandena väl har uppnåtts, avslutas smältningsreaktionerna inom tidsintervaller i storleksordningen 1 Myr, dvs. 1-2 storleksordningar mindre än de karakteristiska tidsskalorna för de tektoniska processerna som är involverade i förtjockningen av jordskorpan.