The Yarlung (India-Asia) suture zone in southern Tibet records Middle Jurassic—Late Cretaceous development of the Lhasa terrane (Eurasian) convergent margin and subsequent India-Asia collision beginning in Paleocene time. This dissertation reports data from field-based geologic investigation of the Yarlung suture zone in the Lopu Range and Lazi Regions, ~600 and ~300 km west of the city of Lhasa, respectively. Field data were combined with new geochronology (detrital and igneous zircon U-Pb, garnet Lu-Hf), thermochronology (white mica Ar-Ar and zircon U-Th/He), and metamorphic petrology data to develop a tectonic model involving multiple episodes of shallow underthrusting, rollback, and breakoff of both oceanic and continental lithosphere. Switches between extensional and contractional deformation along the Yarlung suture zone appear to be controlled by changes in subduction dynamics. If this tectonic model is representative, then the tectonic process of inter-continental collision is responsible for much larger magnitudes of crustal recycling that previously thought. A hornblende-plagioclase-epidote paragneiss block in ophiolitic mélange, deposited during Middle Jurassic time, records Late Jurassic or Early Cretaceous subduction initiation along the Eurasian margin followed by Early Cretaceous forearc extension. Detrital zircons from Xigaze forearc basin strata deposited unconformably atop ophiolitic mélange produced a maximum depositional age of 97 ± 1 Ma, providing a minimum age for establishment of an arc-forearc-trench convergent margin along the southern Lhasa terrane. Metasedimentary rocks that were originally deposited along the Indian passive margin were subducted beneath the Lhasa terrane to upper-mantle depths, reaching high-pressure (HP), low-temperature conditions (≥1.4 GPa at T≤600 °C). Garnet Lu-Hf geochronology indicates that prograde metamorphism of the Indian metasedimentary rocks was ongoing at 40.4 ± 1.4 Ma while white mica Ar-Ar thermochronology indicates exhumation to mid-crustal depths between 39-34 Ma. Gangdese arc magmatism persisted after the onset of India-Asia collision, producing plutons that intruded sedimentary-matrix mélange of the southern Lhasa terrane subduction-accretion complex between 49-37 Ma. These data suggest steep subduction or southward trench retreat immediately prior to shutdown of arc magmatism along the Yarlung suture zone (37 Ma), shortly after the onset of high-pressure rock exhumation. We interpret that these data record a Paleocene—Eocene episode of southward rollback, breakoff, and underthrusting. During Oligocene—Miocene time, nonmarine strata were deposited along the Yarlung suture zone immediately prior to shortening across a system of out-of-sequence, top-north reverse faults. Based on our data and previous work, we interpret that sedimentation was driven by a second episode of rollback and breakoff of Indian continental lithosphere, whereas subsequent contractional deformation was driven by renewed shallow subduction. Compilation of regional thermochronological data and interpretation of seismic reflection data from previous investigations suggests that the top-north reverse faults comprise a foreland-dipping passive roof duplex above the leading edge of a structurally deeper, hinterland-dipping duplex beneath the southern Lhasa terrane. The Yarlung suture zone switched from north-south contraction to east-west extension by ~16 Ma based on a crosscutting relationship between a leucogranitic dike and a normal fault related to a larger horst structure in the Lopu Range region. Tectonic exhumation in the footwall block of the horst drove cooling through zircon (U-Th)/He closure temperature (~180 °C) between 12-6 Ma.

Les ophiolites de Saga et de Sangsang affleurent à l'ouest de la portion centrale de la ceinture ophiolitique de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo (ZSYZ) au Tibet. Ces massifs semblent appartenir à un segment de zone de suprasubduction océanique tel que postulé pour les autres ophiolites de la portion Est de la ZSYZ. La chimie des roches mantelliques de ces deux massifs est toutefois très contrastée l'une de l'autre (fertile vs. réfractaire) et aussi lorsque comparée aux autres ophiolites de la ZSYZ, suggérant des histoires pétrogénétiques distinctes. Les relations de terrain et la géochimie indiquent que les ophiolites de Saga et de Sangsang ont été formées dans une configuration complexe arc - bassin arrière-arc où au moins deux plans de subduction intra-océaniques ont été actifs. Ces résultats permettent de mieux comprendre la morphologie de la zone de convergence avant les épisodes de collision qui ont mené à la configuration actuelle de la zone de suture.

abstract: The collision between the Indian and Eurasian tectonic plates marked the onset of the rise of the Himalayan-Tibetan orogen, but also brought about profound changes to the Earth's oceans and climate. The exact sequence of events that occurred during this collision is poorly understood, leading to a wide range of estimates of its age. The Indus and Yarlung sutures are generally considered to represent the final collision between India and Eurasia, and together form a mostly continuous belt that can be traced over 2000 km along strike. In the western portions of the orogen the Karakoram Fault introduces a key complexity to the study of timing of collision by offsetting the Indus and Yarlung sutures. Recent work has used the complexities introduced by the Karakoram Fault to suggest that the more northerly Shyok suture, not the Indus suture, represents the India-Eurasia collision zone. Estimates for timing of the India-Eurasia collision fall into one of three groups: 40-34 Ma, 55-50 Ma, and 66-60 Ma. Attempts to reconcile these models have thus far been unsuccessful. In order to provide additional data that might further clarify the timing and location of collision, studies have been performed along the Shyok suture in India and along the Yarlung suture in Tibet at Sangsang. A study along the Shyok suture argues that the suture formed between 92-85 Ma. This timing precludes an interpretation that the Shyok suture marks the location of the India-Eurasia collision. A second study demonstrates the utility of two new geochronometers, (U-Th)/Pb joaquinite and 40Ar/39Ar neptunite, that play an important role in unraveling the tectonic history of the Yarlung suture. A third study is an investigation of the structure and geochronology of the Sangsang ophiolite complex. Here, multiple (U-Th)/Pb and 40Ar/39Ar systems record magmatism and metamorphism spanning ca. 125-52 Ma. By tying these chronometers to tectonic process, a history is reconstructed of the southern margin of Tibet that includes Early Cretaceous to Late Cretaceous forearc rifting associated with mid ocean ridge subduction, Paleocene accretionary wedge uplift and erosion, and finally Eocene metasomatism and collision. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Geological Sciences 2016

Dans l'optique d'étendre l'investigation géodynamique de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo (ZSYZ) à sa section occidentale, une étude détaillée du massif ophiolitique de Xiugugabu a été effectuée. Il s'agit d'un segment mantellique de plus de 260 km2, juxtaposé par une petite unité de diabase sur son flanc Nord-Est (N-E), et qui repose sur le mélange tectonique situé au sud de la zone de suture. L'unité mantellique est constituée de péridotites recoupées par des filons-couches mafiques dans sa partie Sud. Les données de terrain, la pétrographie, la chimie minérale et la géochimie indiquent que les péridotites ont tout d'abord évolué dans un contexte d'arc intra-océanique où elles ont subit un métasomatisme cryptique. Elles ont été ensuite recoupées par les filons-couches mafiques d'affinité de bassin d'arrière-arc impliquant la remontée des péridotites par convection mantellique au niveau du Moho dans un contexte en extension de bassin d'arrière-arc. Les roches de l'unité de diabase possèdent une affinité d'OIB (de basalte d'île océanique). Elles se sont formées dans un contexte de point chaud intra-océanique et auraient été juxtaposées sur le flanc N-E du massif par des mouvements tectoniques orogéniques tardifs. Des corrélations latérales entre les roches du massif de Xiugugabu et celles des ophiolites plus à l'est suggèrent que l'évolution géodynamique de la section centrale du bassin Néo-Téthys aurait été similaire dans sa partie occidentale.

Cette thèse porte sur deux suites de roches métamorphiques de haute-pression et haute température provenant de l'Orogène Tibeto-Himalayen. La première suite de roches consiste en des affleurements d'amphibolites à grenat et clinopyroxène se retrouvant sous la forme de blocs dans le mélange ophiolitique à matrice de serpentine sous-jacent aux ophiolites de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo, au Sud Tibet. La Zone de Suture du Yarlung Zangbo est un linéament de plus de 2000 km de long situé à la bordure méridionale du plateau Tibétain, au nord de la crête Himalayenne. Elle contient les reliques du vaste océan qui séparait l'Inde du Tibet pendant le Jurassique et le Crétacé : la Téthys. Dans la suture, des fragments de lithosphère océanique ont été préservés sous la forme d'une ceinture ophiolitique discontinue sous laquelle se retrouve un mélange ophiolitique. Les roches documentées dans la première partie de cette thèse ont été échantillonnées dans les occurrences de Bainang et de Angren/Buma, près de Xigaze, et plus à l'ouest sous l'ophiolite de Saga. Les relations de terrain suggèrent que ces roches représentent une semelle sub-ophiolitique démembrée. Sur la base des teneurs en éléments majeurs et traces de ces roches, cette semelle métamorphique aurait une affinité de N-MORB ou de BABB très similaire à celle de la croûte des ophiolites sus-jacentes. La géochronologie en Ar/Ar sur hornblende indique un âge de refroidissement entre 130 et 123 Ma. Considérant les modélisations complétées pour d'autres semelles métamorphiques dans le monde, ces âges peuvent également être considérés comme datant de très près le pic métamorphique. Les conditions du pic métamorphique on été contraintes thermobarométriquement et sont supérieures à 13 kbar et 800°C avec des moyennes dans l'ordre de 15 kbar et 850°C. Les relations de terrain, les données de littérature concernant les unités associées ainsi que la géochimie, la géochronologie et l'histoire métamorphique de la semelle subophiolitique de la Zone de Suture du Yarlung Zangbo supportent le modèle géodynamique suivant. Pendant le Jurassique ou le Crétacé Inférieur, la croûte des ophiolites du Yarlung Zangbo et le protolithe de sa semelle métamorphique sont formés à un centre d'expansion situé dans une zone de supra-subduction comprenant un bassin d'arrière-arc mature. Vers 130 Ma, une perturbation tectonique majeure change la direction relative des plaques et force l'initiation d'une nouvelle subduction localisée sur la ride d'extension du bassin arrière-arc. Le résultat est une ophiolite d'affinité d'arrière-arc piégée en contexte d'avant-arc et sous laquelle se retrouve une semelle métamorphique du faciès des granulites de haute-P et d'affinité d'arrière-arc. La deuxième suite de roches étudiée dans cette thèse consiste en des migmatites alumineuses à kyanite retrouvées dans le coeur de l'Antiforme du Namche Barwa, au sein de la Syntaxie Himalayenne Orientale. Le coeur de l'Antiforme du Namche Barwa est un dôme métamorphique à extrusion très rapide montrant des taux de denudation et d'exhumation extrêmes (~10mm/a). Il est situé à l'extrémité orientale de la chaîne Himalayenne et comporte la gorge la plus profonde de la planète. Les roches étudiées se retrouvent sous la forme de lentilles enrobées dans le gneiss migmatitiques à sillimanite qui forme la majorité du coeur de l'antiforme. Les lentilles migmatitiques à kyanite, d'âge Éocène-Oligocène (Zhang et al. 2010), ont été interprétées comme représentant la croûte inférieure du plateau Tibétain mais leur pic métamorphique dans le faciès des granulites de haute-pression était jusqu'à aujourd'hui contesté. Dans la présente étude, ces roches ont été investiguées quant à leur minéralogie, leur géochimie, les relations texturales entre les minéraux qui les composent et leur chimie minérale. Les résultats ont été interprétés à l'aide de pseudosections. L'interprétation confirme que ces roches représentent des protolithes sédimentaires alumineux ayant été enfouis à des conditions de croûte inférieure de l'ordre de 15 kbar et 850°C où ils ont perdu une proportion de leur liquide anatectique. Cependant, une proportion significative de liquide anatectique est restée piégée dans le réseau cristallin réfractaire, donnant lieu à d'importantes modifications texturales pendant l'exhumation jusqu'à des conditions de l'ordre de 10 kbar et 800°C, correspondant à la solidification finale du liquide piégé. Les résultats des modélisations suggèrent également que le potentiel de fusion par décompression d'une croûte inférieure aussi chaude est très faible puisque la plus grande proportion du liquide anatectique est produite pendant l'enfouissement. Cette étude démontre que la croûte inférieure Tibétaine était déjà fortement épaissie et très chaude peu après la collision initiale Éocène.