Mechanisms for folding of high-grade rocks in extensional tectonic settings

Abstract

This review of structures developed in extensional high-grade terrains, combined with results of centrifuge analogue modelling, illustrates the range of fold styles and mechanisms for folding of amphibolite to granulite facies rocks during rifting or the collapse of a thrust-thickened orogen. Several extensional fold mechanisms (such as folding within detachment shear zones) are similar to those in contractional settings. The metamorphic P -T -t path, and not fold style or mode of formation, is therefore required to determine the tectonic setting in which some folds developed. Other mechanisms such as rollover above and folding between listric normal shear zones, and folding due to isostatic adjustments during crustal thinning, are unique to extensional tectonic settings. Several mechanisms for folding during crustal extension produce structures that could easily be misinterpreted as implying regional contraction and hence lead to errors in their tectonic interpretation. It is shown that isoclinal recumbent folds refolded by open, upright folds may develop during regional extension in the deep crust. Folds with a thrust sense of asymmetry can develop due to high shear strains within an extensional detachment, or from enhanced back-rotation of layers between normal shear zones. During back-rotation folding, layers rotated into the shortening field undergo further buckle folding, and all may rotate towards orthogonality to the maximum shortening direction. This mechanism explains the presence of many transposed folds, folds with axial planar pegmatites and folds with opposite vergence in extensional terrains. Examples of folds in high-grade rocks interpreted as forming during regional extension included in this paper are from the Grenville Province of Canada, Norwegian

Untitled

“…C'est le cas de la région de Sogn-Sunnfjord en Norvège occidentale (Andersen et Jamtveit, 1990), de la Montagne Noire dans le Massif Central français (Echtler et Malavieille, 1990 ;Malavieille et al, 1990). Un modèle comparable à celui qui est suggéré par Malavielle et al (1990) et Harris et al (2002Harris et al ( et 2003 est ainsi proposé pour expliquer les structures panafricaines qui affectent le socle paléoprotérozoï-que et sa couverture néoprotérozoïque de la boutonnière d'Igherm. Celles-ci seraient le résultat d'une faille de détachement de faible pendage qui a accommodé le régime extensionnel (NW-SE) et la mise en place du complexe métamorphique d' Aït Makhlouf à l'image des « metamorphic core complexes » ou (MCCs).…”

“…Cependant, selon les modèles de Harris et al, 2002, des plis de même géométrie peuvent aussi être la conséquence de l'extension NW-SE puisque ces plis à axes inclinés dans la direction de l'extension ont été décrits dans des failles normales à géométrie en « cuillère » inclinées vers le SE. Ces plis « P2 » peuvent égale-ment être interprétés comme la conséquence d'une extension NE-SW puisque nous avons observé des glissements sur failles normales dans cette direction dans d'autres endroits à l'Est d'Igherm (Oudra et al, 2005).…”

“…En l'absence de données radiométriques, il s'avère très difficile de proposer un âge exact pour cet événement distensif en se basant sur la lithologie des formations. L'importance des structures extensionnelles, leur signification, ainsi que leurs relations avec les raccourcissements tectoniques dans les domaines polyphasés, ont été très documentées durant ces vingt dernières années (Wernicke, 1981 ;Malavieille et al, 1990 ;Echtler et Malavieille, 1990 ;Faure et Pons, 1991 ;Van den Driessche et Brun, 1992 ;Pitra et al, 1994 ;Chauvet et Séranne, 1994 ;Escuder et al, 1994 ;Aerden et al, 1994 ;Burg et al, 1994 ;Harris et al, 2001Harris et al, , 2002Harris et Koyi, 2003 ;Harris, 2002Harris, , 2003. Ces études soulignent l'importance des dômes métamorphiques dans les extensions tardi-rogéniques.…”

“…Les axes des plis P2 sont légèrement plongeants vers le SW et semblent être contrôlés par des chevauchements de direction NE-SW imbriqués à vergence SE en liaison avec le raccourcissement D1 (Oudra, 1988 ;Oudra et al, 2003). Cependant, de nouvelles investigations de terrain nous ont permis de réinterpréter la cinémati-que des contacts observés par le jeux de simples failles normales de l'extension D2 (Chauvet et Séran-ne, 1994 ;Harris et al, 2002 ;Harris, 2002 ;2003).…”

“…Leur géométrie semble être contrôlée par un rétrochevauchement D1. Mais comme nous l'avons souligné plus haut, une telle cinématique peut être le résultat d'une extension induisant une tectonique de rotation de blocs entre deux failles normales selon le mécanisme de « Back-rotation » (Harris et al, 2002), combinée à une monté du complexe métamorphique paléoprotérozoïque. Cette cinématique des mouvements D2 est validée par l'existence d'indicateurs microstructuraux à cinématique normales et par l'existence de fentes en échelons localisés dans des cisaillements horizontaux ou inclinés, en liaison avec une contrainte σ 1 fortement plongeante vers le SE ( fig.…”