Post-collisional Neogene magmatism of the Mediterranean Maghreb margin: a consequence of slab breakoff

Abstract

A 1 200 km-long linear magmatic belt extends along the Mediterranean coast of the Maghreb from Eastern Tunisia to Morocco. This belt is mainly composed of Langhian calc-alkaline metaluminous to peraluminous granitoids and associated andesites/dacites in Central and Eastern Algeria. In Tunisia and Oranie/Western Morocco, calc-alkaline activity started later (during the Serravallian) and was followed by the emplacement of alkali basalts and basanites since the Tortonian to the Pliocene and, in some places, the Pleistocene. Available data on the tectonic setting, petrology, age and geochemistry of this belt show that most of its striking features, e.g. (1) very low magma production rate, subduction-related geochemical imprint, extensive crustal contamination for the calc-alkaline magmatism and (2) progressive magmatic change from calc-alkaline to alkaline, are consistent with magma generation during a slab breakoff process as proposed by Carminati et al. in 1998. The magmatism associated with this breakoff started in Central Eastern Algeria at 16 Ma, then propagated eastwards and westwards. The upward flow of asthenospheric enriched plume-type mantle through the tear in the downgoing slab first triggered melting of the overlying lithospheric mantle which had been metasomatised during a previous subduction period. Heat supply from this uprising asthenosphere may have warmed up the continental crust and made its involvement in assimilation processes easier. As the asthenosphere ascended through the ‘window’ in the slab, partial melting occurred at the uprising boundary between asthenosphere and lithosphere, generating basalts with transitional characteristics between those of calc-alkaline and alkaline basalts. As the asthenospheric upwelling proceeded, partial melting then occurred in the sole asthenospheric mantle, producing alkali basalts. La marge septentrionale du Maghreb comporte une chaîne magmatique, qui s'étend sur 1 200 km des Mogods (Tunisie) à Ras Tarf (Maroc). En Algérie centrale et orientale, elle se compose principalement de granitoïdes métalumineux et peralumineux langhiens et d'andésites et dacites calco-alcalines associées. En Tunisie, en Oranie et au Maroc, l'activité calco-alcaline débute plus tard, au Serravallien. Elle est, par la suite, relayée par un magmatisme alcalin d'âge Tortonien à Pliocène et, localement, Pléistocène. La synthèse des données tectoniques, géochronologiques, pétrologiques et géochimiques disponibles nous permet de montrer qu'un processus de rupture de lithosphère plongeante proposé par Carminati et al. en 1998 rend compte de l'essentiel des particularités magmatiques de cette chaîne (comme le très faible taux de production magmatique, l’empreinte géochimique de subduction des roches calco-alcalines et la forte contamination crustale qu'elles ont subie, ainsi que la transition calco-alcalin–alcalin au cours du temps). Le magmatisme lié à cette délamination lithosphérique a débuté vers 16 Ma en Algérie centrale et orientale, puis s'est propagé vers l'est et vers l'ouest. Le flux ascendant de manteau asthénosphérique enrichi (de type panache) au travers de la déchirure lithosphérique a d'abord provoqué la fusion du manteau lithosphérique sus-jacent, métasomatisé lors d’une période antérieure de subduction, ce qui a entraîné la formation de magmas calco-alcalins. Ce flux asthénosphérique a également contribué à réchauffer la croûte continentale, facilitant ainsi son assimilation par les magmas d'origine mantellique. Par suite de la remontée progressive de l'asthénosphère dans la déchirure lithosphérique aux deux extrémités de la chaîne, la fusion partielle s’est produite à la limite lithosphère–asthénosphère, engendrant des magmas basaltiques, dont la signature géochimique est transitionnelle entre les types calco-alcalin et alcalin. Consécutivement à l’élargissement de la déchirure lithosphérique, la remontée asthénosphérique s’est poursuivie ; la fusion partielle s’est alors exercée dans le seul manteau asthénosphérique enrichi, produisant des liquides basaltiques alcalins.