1 Introduction

On the southern side of the Mont Pilat (eastern French Massif Central, Fig. 1), microgranular porphyric granites (MPG) of Visean age (342±8 Ma [10]) are intrusive in a granito-migmatitic complex (GMC=monzogranites and cordierite-bearing migmatites), previously assigned to the Upper-Carboniferous ‘Velay granite–migmatite dome’, e.g. [2,9,14,23]. The ante-Visean age of the GMC argues for the existence of a new geological unit, mainly constituted by a granite–migmatite domain [10], and distinct from the north–south trending leucogranitic domain resulting from the Upper Carboniferous ‘Velay anatectic episode’ [3,18]. To confirm this hypothesis, whole-rock RbSr and UPb isotopic studies have been carried on an orthoclase-rich granite (OG), which crops out both within the GMC and within an overlying migmatitic orthogneisses unit.

The OG forms a 50 km linear array of small plutons, aligned along a N20E regional fracture direction. The OG plutons always show intrusive contacts with the orthogneisses (chilled margins) but they show both intrusive and progressive contacts with the cordierite-bearing migmatites from the underlying GMC. Only the OG intruding the upperlying orthogneisses will be considered. In a Q–P diagram [8], the orthoclase-rich granites plot in the adamellite field (100<Q<170; −100<P<−5) and, in a A–B diagram [8], the more FeMg-rich samples plot in the metaluminous domain and the whole population define an alumino-cafemic trend, similar to the trend of the Visean MPG [10]. These OG also exhibit some trace element and REE characteristics similar to those of the MPG.

2 Isotopic results

Eight OG samples (six from the ‘Pyfara Massif’, a small massif intruding the orthogneisses) give an isochron age (MSWD=0.28) of 353±21 Ma, with an initial ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of 0.707 25 (Table 1, Fig. 2). This age is interpreted as the intrusion age of the Pyfara OG granite and we consider that all the OG granites massifs are probably contemporaneous.

Tableau 1

Données analytiques RbSr. Précision sur ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr : 2% ; précision relative sur le rapport ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr : 0,07% ($2\sigma$). Échantillons Py1, 2, 4, 5, 6 et 66a du Pyfara (770–325,3) ; Cr3 des Crozes (768,3–312,2) et Gr de La Grange (767,7–316,7).

RbSr analytical data. ⁸⁷Rb/⁸⁶Sr precise to 2%. ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr has an accuracy better than 0.07% $\left(2\sigma \right)$.

Échantillon	Rb (μg g−1)	Sr (μg g−1)	87Rb/86Sr	87Sr/86Sr
Cr3	140,1	350,6	1,16	0,712 97
Py4	173,4	342,5	1,47	0,714 51
66a	171,6	325,9	1,52	0,714 95
Py5	170,3	279,6	1,76	0,716 14
Py6	181,1	271,7	1,93	0,717 14
Py2	206	229,6	2,60	0,720 46
Gr	194,7	197,9	2,85	0,721 44
Py1	204	198,7	2,98	0,722 10

Four zircon fractions (each of two to three individual grains) were analysed from this sample (Table 2; Fig. 3). Except for one fraction (‘1’), the ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb ratios are rather low (280 to 580). The fraction ‘1’ is sub-concordant and gives a ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb age at 340 Ma; the fractions ‘2’, ‘3’ and ‘4’ are discordant but the ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb ages are nearly identical (337 to 339 Ma, Fig. 3). The four points define a discordia intersecting the concordia at 341+8/−5 Ma, the lower intercept being near zero (32 ±110 Ma).

Tableau 2

Résultats analytiques UPb pour les zircons du GTO/C daté (échantillon 25–01)

UPb analytical results for zircons from the dated OLG/L sample (25–01)

Échantillon	Concentrations	Rapports isotopiques	Âge
#	Min1	poids (μg)	U (ppm)	Pb radioactif (ppm)	Common Pb (pg)2	206Pb/204Pb3	208Pb/206Pb4	206Pb/238U4	207Pb/235U4	207Pb/206Pb4	207Pb/206Pb (Ma)
1	2zr m1	17	598	30,8	26	1290	0,073	0,053 13 ± 32	0,3902 ± 24	0,053 26 ± 10	340
2	3zr nm	24	224	11,7	63	277	0,185	0,049 14 ± 18	0,3603 ± 26	0,053 19 ± 32	337
3	3zr nm	28	139	7,1	24	505	0,169	0,048 78 ± 28	0,3579 ± 28	0,053 21 ± 28	338
4	3zr nm	19	226	11,3	24	575	0,106	0,050 08 ± 16	0,3676 ± 22	0,053 24 ± 22	339

¹ Minéral : nombre de grains ; zr : zircon ; m1 : magnétique à 1° ;

² plomb commun total (étalon, contamination et minéral) ;

³ corrigé pour la discrimination de masse ;

⁴ corrigé pour la discrimination de masse, la contamination générale (Pb=15 pg, U=1 pg), l'étalon et le Pb commun initial. Les erreurs sont présentées à $2\sigma$. La composition isotopique du Pb commun initial a été calculée selon le modèle d'évolution de Stacey et Kramers [22].

3 Discussion

4 Conclusion

Au sud du mont Pilat, bordure orientale du Massif central (Fig. 1), des granites microgrenus porphyriques (GMP), indemnes de toute transformation, ont été récemment datés du Viséen (RbSr, 342±8 Ma [10]). Cette datation contredit l'appartenance (e.g., [2,9,14,23] au « massif granitique du Velay » ou « dôme du Velay » des monzogranites hétérogènes à cordiérite dans lesquels ces granites sont intrusifs. Les monzogranites hétérogènes, étroitement associés à des métapélites anatectiques en un « complexe granito-migmatique sombre » (CGMS) se sont développés, au sud, jusqu'au parallèle de Valence. Duthou et al. [10] suggèrent donc de distinguer dans le « dôme du Velay » un domaine granito-migmatique « Vivarais » anté-Viséen et, accolé à l'ouest, un axe leucogranitique subméridien « Velay–Forez », attribuable à l' « anatexie vellave », datée du Carbonifère supérieur [3,18]. Cette suggestion s'accorde avec la remarquable dichotomie pétrographique ouest–est que la cartographie fait apparaı̂tre en Velay–Vivarais [15]. La mise en évidence de ce domaine anté-Viséen remet en cause les synthèses qui s'appuient sur des analyses globales du « dôme du Velay ». Afin de confirmer et de préciser cette nouvelle unité, deux études isotopiques, l'une RbSr sur roche totale et l'autre UPb sur zircon, ont été réalisées sur un autre type de granite vivarois : un granite à tablettes d'orthose (GTO), qui forme de petits corps intrusifs dans le GGMS, déjà reconnu comme anté-Viséen, et dans des orthogneiss alcalins qui lui sont apparemment superposés.

Le GTO forme une soixantaine de petits massifs distribués (Fig. 1) dans une bande de 50×5 km entre des zones situés au nord-est de Bourg-Argental (feuille à $1:50000$ Annonay) et le nord-ouest du Cheylard (feuille Lamastre). Ce linéament granitique a l'orientation N20°E d'une des deux grandes familles de fractures de cette région ; le magmatisme parent du GTO paraı̂t ainsi s'être exprimé selon une zone de faiblesse de ce système rupturel. Les massifs sont encaissés pour moitié dans les monzogranites hétérogènes et les anatexites associées, et pour moitié dans les orthogneiss alcalins, parfois mobilisés. Les modes de gisement varient selon la nature de l'encaissant. Dans le CGMS, le GTO est, soit en massifs intrusifs, soit en filons à épontes nettes ou enracinés progressivement dans les anatexites. Dans les orthogneiss alcalins, le GTO est toujours intrusif, avec parfois une discrète bordure « figée »; il forme des massifs équidimensionnels hecto- à pluri-kilométriques, ou des lentilles d'épaisseur pluridécamétrique et concordantes ou non à la foliation de l'orthogneiss, dont elles contiennent de rares enclaves anguleuses. Deux sortes de GTO semblent ainsi exister sur le même linéament : le GTO, toujours intrusif dans les orthogneiss alcalins clairs (GTO/C), et le GTO p.p. « autochtone » du CGMS (GTO/S). C'est le GTO/C seulement qui est considéré ici.

Le GTO/C banal, sombre, est massif, à tablettes centimétriques d'orthose, d'abondance variable dans une matrice grenue quartzo-plagioclasique assez riche en biotite. Tablettes d'orthose et biotite, celle-ci ramassée en amas aplatis, déterminent une fluidalité magmatique parfois très marquée dans certaines lentilles, où elle est parallèle aux épontes. La cordiérite prismatique est généralement discrète. Le zircon se trouve presque exclusivement en cristaux aciculaires, canaliculaires et incolores, caractères qui témoignent, selon Pupin [21], d'une cristallisation précoce dans un magma pauvre en eau et en voie de refroidissement rapide.

Les compositions chimiques du GTO/C sont principalement, dans le diagramme Q–P de Debon et Lefort [8], dans le champ des adamellites (100<Q <170 ; −100<P<−5). Dans le diagramme A–B des mêmes auteurs, elles déterminent une tendance évolutive de pente négative, enracinée en domaine méta-alumineux au niveau de ses termes ferro-magnésiens et qui illustre une association alumino-cafémique. Le GTO/C serait ainsi proche des GMP de source p.p. mantellique [10]. Les contenus en éléments traces confirment ce rapprochement : les deux sortes de roches, riches en Ca, Fe, Mg et Ti, le sont également en Ba, Sr, Y, Nb, Zr et terres rares, ces dernières étant peu fractionnées.

L'étude radiométrique RbSr sur roches totales a été réalisée sur huit échantillons (Tableau 1). Six d'entre eux proviennent du massif du Pyfara (feuille Annonay à $1:50000$), les deux autres des massifs des Crozes et de la Grange (feuille Saint-Agrève). Le massif du Pyfara est une lentille affleurant sur 1,5 km, avec une épaisseur d'une cinquantaine de mètres ; intrusive dans des orthogneiss alcalins non mobilisés, cette lentille recoupe leur foliation sous un angle faible, y émet des filonnets et en contient de rares enclaves. Les autres massifs, du type équidimensionnel, sont intrusifs dans des orthogneiss alcalins mobilisés. Ces huit échantillons déterminent une droite (MSWD=0,28), dont la pente définit un âge de 353±21 Ma (Dinantien inférieur [19]), avec un rapport isotopique initial du strontium ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr $=0,70725\pm 0,00062$ (Fig. 2). Nous interprétons cet âge comme celui de la mise en place du GTO/C, dont tous les massifs sont sans doute contemporains.

L'étude radiométrique UPb a été réalisée sur des zircons d'un échantillon du massif du Pyfara, extraits et préparés selon les méthodes de Krogh [12,13]. La mise en solution, la séparation et la purification de l'uranium et du plomb sont adaptées de Krogh [11] et Parrish [20]. Les analyses ont été effectuées sur multiplicateur d'électrons en mode dynamique au moyen d'un spectromètre de masse Finnigan MAT 261. Les niveaux de contamination sont inférieurs à 15 pg en Pb et 1 pg en U. Les rapports mesurés sont corrigés du fractionnement, du blanc de procédure, de l'étalon, et du plomb commun initial, en utilisant le modèle de Stacey et Kramers [22]. Toutes les erreurs sont données à $2\sigma$. La régression est effectuée en utilisant le programme ISOPLOT/EX, version 2.06d [16]. Tous les résultats sont donnés à 95 % de niveau de confiance.

Quatre fractions de deux à trois cristaux, parmi les moins magnétiques, ont été analysées (Tableau 2, Fig. 3). Excepté pour la fraction 1, dans laquelle le rapport ²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb est correct, les trois autres fractions donnent des rapports relativement bas (entre 280 et 580), les résultats obtenus étant néanmoins de bonne qualité. La fraction 1 est subconcordante et indique un âge ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb de 340 Ma, tandis que les fractions 2, 3 et 4 sont discordantes, mais avec des âges ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb quasiment identiques (337 à 339 Ma) (Fig. 3). Les quatre points sont alignés selon une discordia, qui recoupe la concordia en intercept supérieur à 341+8/−5 Ma, l'intercept inférieur étant assimilable à zéro (32±110 Ma). Cet âge de 341+8/−5 Ma (Viséen inférieur) est considéré comme âge de cristallisation du GTO/C. On remarquera que la fourchette d'âge UPb (349–336 Ma) se situe dans la fourchette d'âge RbSr (374–332 Ma).

L'âge Dinantien inférieur, selon les résultats cohérents des études isotopiques RbSr et UPb, du GTO/C du Vivarais appelle en particulier les commentaires suivants :

• – il s'accorde avec l'âge Viséen [10] des GMP du Sud-Pilat, qui démontrait déjà la non-appartenance au « massif granitique du Velay », formé au Carbonifère supérieur, des monzogranites hétérogènes et métapélites anatectiques (CGMS) ;
• – il montre que les orthogneiss alcalins, en partie anatectiques, qui sont en couverture du CGMS et ont été rapportés eux aussi, jusqu'à présent, au « granite du Velay », sont également antérieurs au Dinantien ; cela appuie la proposition [10] d'un contact tectonique majeur entre un « domaine métamorphique Nord-Ouest-Vivarais » et la série métamorphique du Pilat, d'âge Carbonifère supérieur [4,7] ; cette série de basse pression doit bien être réduite à la partie métasédimentaire de l'empilement métamorphique, typée par les associations à ferro-cordiérite et andalousite, conformément à sa définition originelle [5] ; les orthogneiss alcalins catazonaux sous-jacents font, quant à eux, partie intégrante du « domaine métamorphique Nord-Ouest-Vivarais »;
• – il implique que la formation des orthogneiss alcalins et leur mise en place dans leur position actuelle soient antérieures au Dinantien ; ce fait a des conséquences importantes du point de vue des évolutions métamorphiques et tectoniques de la région, dans la mesure où une bonne partie des assises métamorphiques et granitiques (CGMS et orthogneiss sus-jacents), considérées comme faisant partie intégrante du « dôme du Velay », sont en fait des constituants plus anciens, dont les caractères métamorphiques et structuraux ont été acquis antérieurement au Dinantien inférieur ;
• – il révèle enfin l'importance du magmatisme dinantien, postérieur à toute transformation métamorphique, au sud du massif du Pilat, magmatisme dont les produits, GTO/C et GMP, sont ainsi contrôlés dans leur répartition par les deux directions majeures de rupture de la bordure médio-orientale du Massif central.

Au sud du massif du Pilat, en Vivarais occidental, un granite à tablettes d'orthose (GTO/C) s'est mis en place au Dinantien inférieur, dans les orthogneiss alcalins superposés au complexe granito-migmatique sombre (CGMS) et, comme ce dernier, traditionnellement attribués au « massif granitique du Velay », formé au Carbonifère supérieur. Ce fait s'accorde à la datation [10] du Viséen de granites microgrenus porphyriques (GMP) intrusifs dans le CGMS. Ces nouvelles informations chronologiques démontrent la non-appartenance au « phénomène vellave » des processus de formation du CGMS et de sa couverture orthogneissique ; elles imposent de distinguer une unité géologique anté-dinantienne Nord-Ouest-Vivarais.

Le GTO/C forme de nombreux massifs, distribués sur plus de 50 km, selon la direction N20°E de fracturation du Vivarais métamorphique, à l'image des GMP, dont la mise en place a été guidée sur plus de 20 km par l'autre grande direction de rupture N50°E. Ces larges distributions mettent en évidence l'importance spatiale de cette unité anté-dinantienne Nord-Ouest-Vivarais, dont l'allongement méridien est parallèle à celui de l'axe leucogranitique vellave Forez–Velay.

Un trait distinctif de l'unité géologique Nord-Ouest-Vivarais est la présence de nombreux témoins d'un plutonisme relativement superficiel d'âge Dinantien, dont les produits n'ont subi aucune transformation postérieurement à leur mise en place.

La limite septentrionale de l'unité Nord-Ouest-Vivarais est un contact tectonique majeur entre ses orthogneiss alcalins et, au nord, la série métamorphique de basse pression du Pilat [10]. Cette série du Carbonifère supérieur, réduite aux métasédiments [5], est séparée des orthogneiss alcalins par des lames granitiques syncinématiques, qui soulignent un contact tectonique récent, sans doute contemporain de la fin du métamorphisme de basse pression westphalo-stéphanien. La limite orientale de l'unité Nord-Ouest-Vivarais est un autre contact tectonique, avec, cette fois-ci, la série métamorphique barrovienne du Vivarais oriental [6]. Marquée, elle aussi, par un complexe mylonitique et/ou des feuillets de granite syncinématique, elle est toutefois plus ancienne, car les lames du granite de Tournon, daté du Viséen [1], qui lui sont proches, ne sont pas affectées. À l'Ouest enfin, où se développent les leucogranites carbonifères du Velay–Forez, la limite est probablement une grande zone de faiblesse crustale de direction N20°W, conjuguée à celle qui porte le GTO/C ; cette zone a sans doute joué ensuite un rôle dans la mise en place, au Carbonifère supérieur, de l'axe granitique Velay–Forez, dont les plutons ont parfois injecté l'unité anté-dinantienne Nord-Ouest-Vivarais à la faveur de rejeux tardifs des fracturations N50°E (par exemple, granite tardi-migmatique « vellave » des Quatre-Vios [17]). La problématique des limites de l'unité géologique Nord-Ouest-Vivarais, de son intégration dans l'édifice structural du Massif central et des conséquences géodynamiques qui en découlent sont l'objet de travaux en cours.