http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png

Mineralogical, geochemical and geochronological studies in the Uralides and Variscides : contributions to the understanding of dynamic processes in collisional orogens = Mineralogische, geochemische und geochronologische Untersuchungen in den Uraliden und Varisciden : Beiträge zum Verständnis dynamischer Prozesse in Kollisionsorogenen

Sindern, Sven^RWTH*

2014 & 2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Sven Sindern

ImpressumAachen 2014

Umfang1 Online-Ressource (B-E, 218 Seiten) : Illustrationen, Diagramme, Karten

Habilitationsschrift, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2014, Kumulative Habilitationsschrift

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2016

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Friedrich, G. (Thesis advisor) ; Walther, Clemens (Thesis advisor) ; Panak, Petra (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-01-21

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-093081
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/674310/files/674310.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/674310/files/674310.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

1. Lehrstuhl und Institut für Mineralogie und Lagerstättenlehre u. Labor für Geochemie und Umweltanalytik (541110)
2. Fachgruppe für Geowissenschaften und Geographie (530000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
geochemistry (frei) ; geochronology (frei) ; mineralogy (frei) ; uralides (frei) ; variscides (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 550

Kurzfassung
Diese Habilitationsschrift nutzt mineralogische, geochemische und geochronologische Untersuchungen in den Varisciden und Uraliden zur Bearbeitung petrochemischer Entwicklungen in dynamischen orogenen Prozessen. In Kombination mit publizierten Daten ergeben sich signifikante Unterschiede zwischen beiden Orogenen. Präorogenes Grundgebirge wird in unterschiedlichem Ausmaß und variierenden Mustern in den Varisciden und Uraliden eingebaut. In den Varisciden werden zahlreiche „terranes“ verschiedenen Ursprungs in einem komplexen großmaßstäblichen bogenförmigen Muster agglomeriert, während in den Uraliden mehrheitlich Fragmente des östlichen Kontinentalrandes von Baltica aufgenommen werden. Der Taratash Komplex des Mittleren Urals ist ein markantes Beispiel für diese Fragmente. Diese Arbeit zeigt eine Abfolge von archaischer granulitfazieller Metamorphose und Granitbildung (3,65 – 2,91 Ga) gefolgt von paläoproterozoischen magmatischen und amphibolitfaziellen tektonometamorphen Ereignissen (2,46 – 1,8 Ga), die in den Gesteinen des Taratash Komplexes repräsentiert sind. Das präorogene Grundgebirge ist in den Uraliden auf den Bereich westlich der Haupturalstörung beschränkt, was ihnen im Vergleich zu den Varisciden eine einfache Geometrie verleiht.Während präneoproterozoische Gesteine in beiden Orogenen nur in krustalen Fragmenten vorhanden sind, sind Spuren neoproterozoischer magmatischer und tektonischer Prozesse verbreitet. Für die Uraliden wird das in einer Studie detritischer Zirkone gezeigt. Isotopensignaturen (U/Pb) detritischer Zirkone dienen als geochemischer Indikator für den dynamischen Prozess der „terrane“-Akkretion sowie für den Übergang von einem passiven zu einem aktiven Kontinentalrand im Osten von Baltica vor 620 Ma.Die Haupt-Suturlinien und damit assoziierte frühere Subduktionszonen können in den Varisciden (d.h. Rheische Sutur) und in den Uraliden (d.h. Haupturalstörung) gut rekonstruiert werden, obwohl untergeordnete Suturlinien in beiden Orogenen für ein besseres Verständnis noch weiter untersucht werden müssen. Im Unterschied zu den Varisciden, in denen hochdruckmetamorphe Gesteine in allen größeren „terranes“ bekannt sind, finden sich solche Gesteine in den Uraliden nur entlang der Haupturalstörung. Lawsonit-führende Mineralvergesellschaftungen in rodingitsierten Ultramafiten des Maksyutov-Komplexes (Südlicher Ural), die in dieser Arbeit untersucht werden, dienen als Beispiele für hochdruckmetamorphe Prozesse als Ausdruck des dynamischen Subduktionsprozesses.Im Gegensatz zu den Varisciden, die durch eine umfassende lithosphärische Reequilibrierung gekennzeichnet sind, weisen die Uraliden keine signifikanten Anzeichen für orogenen Kollaps und postorogene Extension auf. Dies findet seinen Ausdruck in der Erhaltung prograder Hochdruck/Niedertemperatur-metamorpher Paragenesen (d.h. Lawsonit-führende Paragenesen) des Maksyutov Komplexes und assoziierten Niedertemperaturpseudomorphosen, die in dieser Arbeit beschrieben werden. Existierende kontinentale Kruste wurde während der variscischen Orogenese großmaßstäblich aufgearbeitet. Dagegen sind die Uraliden durch die umfangreiche Bildung juveniler Kruste entlang magmatischer Bögen gekennzeichnet. In dieser Studie werden Daten des magmatischen Valerianovka Bogens in der Transuralzone, der bislang in der Literatur kaum Berücksichtigung fand, diskutiert. Es zeigt sich, dass Granitoide durch die Mischung aus Schmelzen entstanden, die sowohl in der subduzierten Platte wie in der überliegenden Kruste generiert werden. Dieses Ergebnis stützt das Model eines andinen kontinentalen Bogens. Juvenile Kruste ist besonders dominant in der Osturalzone, wo sich granitoide Magmen auch nach der Akkretion magmatischer Bögen bildeten. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass der Borisov Granit in der Osturalzone in einem ersten Schritt der Schmelzbildung vor 358 ± 23 Ma intrudierte. Die Bildung solcher granitoider Schmelzen sowie die amphibolitfazielle Überprägung ihrer Rahmengesteine sind Ausdruck des dynamischen Prozesses der Krustenverdickung während der uralidischen Orogenese. Varisciden und Uraliden unterscheiden sich auch im Hinblick auf ihre krustale Architektur. Die wichtigsten krustalen Großeinheiten des Variscischen Orogens haben eine subhorizontale Ausrichtung, während die Großeinheiten der Uraliden entlang steil stehender Störungszonen begrenzt werden. Diese strukturellen Unterschiede gehen einher mit dem Befund, dass die Varisciden eine umfangreiche laterale Einengung erfahren haben, während dies im Fall der Uraliden nicht zu beobachten ist. Der Unterschied zeigt sich in einem Vergleich des rhenoherzynischen (also variscischen) und des westuralidischen Vorland-Überschiebungsgürtels. Der Ausstoß hydrothermaler Fluide in das variscische Vorland während der orogenen Kompaktion wird in dieser Arbeit unter Anwendung verschiedener Methoden untersucht. So dient die Anreicherung mobiler Elemente und Verbindungen, wie z.B. Ba und NH4, die in den Gesteinen der RWTH-1 Bohrung in Aachen bearbeitet wurden, als Indikator für Paläofluidfluß. Die Mineralogie der Illite, die Petrographie und Mikothermometrie von Flüssigkeitseinschlüssen sowie deren Isotopengeochemie deuten an, dass der Ausstoß metamorpher Fluide an der variscischen Orogenfront ein sehr kurzfristiger Prozess (ca. 5000 Jahre) war, der in Teufen zwischen 4500 und 8000 m bei Temperaturen um 400 °C erfolgte.Sowohl das variscische als auch das uralidische Orogen sind von postpaläozoischer Deformation betroffen. Dabei sind vor allem die Varisciden, insbesondere im südlichen Bereich, von alpidischer Deformation erfasst worden.

This thesis presents mineralogical, geochemical and geochronological studies in the Variscides and Uralides to elucidate the petrochemical history of dynamic orogenic processes. In combination with published data the results highlight significant differences between both orogens.Pre-orogenic (i.e. pre-Uralian) basement is incorporated to different degrees and in contrasting patterns in Variscides and Uralides. In the Variscides numerous different terranes were agglomerated in a complicated large scale bow-shaped pattern, whereas in the Uralides mainly the fragments of the longitudinally trending eastern margin of Baltica were incorporated. The Taratash Complex of the Middle Urals is an outstanding example of such fragments. This thesis delineates a succession of Palaeoproterozoic magmatic and amphibolite facies tectonometamorphic events (2.46 – 1.8 Ga) following Archean granulite facies metamorphism and granitoid formation (3.65 – 2.91 Ga) recorded in the rocks of the Taratash Complex. In the Uralides, pre-orogenic basement is restricted to the west of the Main Uralian Fault leading to a simple geometry compared to the Variscides. In both orogens, pre-Neoproterozoic rocks are only preserved in basement slivers, whereas remnants of Neoproterozoic magmatism and tectonism are abundant. For the southern Urals this is shown in a study of detrital zircon. Isotope signatures (U/Pb) of detrital zircon serve as geochemical indicator for the dynamic process of terrane accretion and for the transition from a passive to an active continental margin around 620 Ma, which affected large parts of the eastern margin of Baltica.The main suture lines and associated former subduction zones can well be traced in the Variscides (i.e. Rheic suture) and Uralides (i.e. Main Uralian Fault), although secondary suture lines in both orogens require further characterization for better understanding. Different to the Variscides, where high-pressure metamorphic rocks are known in all major terranes, such rocks are exclusively observed along the Main Uralian Fault in the Uralides. Lawsonite bearing mineral assemblages in rodingitized ultramafite of the Maksyutov Complex (Southern Urals) that are investigated in a part of this thesis are an example of such metamorphism related to the dynamic process of subduction.In contrast to the Variscides, which are characterized by large scale lithospheric reequilibration, the Uralides were not affected by significant orogenic collapse and postorogenic extension. This is also reflected in the preservation of prograde high-pressure/low-temperature metamorphic assemblages in the Maksyutov Complex (e.g. Lawsonite-bearing assemblages) and associated low-temperature pseudomorphs presented in this thesis. The lack of postorogenic extension highlights that the Uralides are characterized by a pronounced and isostatically equilibrated crustal root.During the Variscan orogenesis existing continental crust was extensively recycled. In contrast to this, large amounts of juvenile crust, which formed in magmatic arcs, are a characteristic feature of the Uralian orogen. Here, data are presented for the Valerianovka arc in the Transuralian zone, which is rarely addressed in the literature. It is shown that granitoids formed by mixing of slab-derived melts and melts generated in the crust. This result supports the model of an Andean type setting. Juvenile crust is particularly dominating in the Easturalian zone, where granitoids also formed after accretion of magmatic arcs. In this thesis it is demonstrated that the Borisov granite intruded in a first pulse of melt generation at 358 ± 23 Ma. Granitoid melt formation as well as high-temperature amphibolite facies metamorphic overprint of host rocks also reflect the dynamic process of crustal thickening during the Uralian orogeny. Variscides and Uralides also vary with respect to their crustal architecture. Major crustal units of the Variscan orogen have a subhorizontal orientation, whereas crustal scale structural boundaries in the Uralides are high angle fault zones. Such structural differences are in line with the observation that the Variscides experienced significant crustal shortening, whereas the Uralides were affected by lower degrees of shortening. This can be demonstrated in a comparison of the Rhenohercynian (Variscan) and the Westuralian foreland fold and thrust belts. Expulsion of hydrothermal fluids to the Variscan foreland during the dynamic process of orogenic compaction is investigated in this thesis applying various techniques. Enrichment of mobile components, such as Ba and NH4, in sedimentary rocks studied in the RWTH-1 well in Aachen (Germany) serves as geochemical indicator for palaeo fluid-flow. Illite mineralogy, fluid inclusion petrography and microthermometry as well as isotope geochemistry of fluid inclusions and vein minerals suggest that expulsion of metamorphic fluids at the Variscan front was a short termed (approx. 5000 y) process , which was affected by fracture opening during episodic seismic activity and which occurred at depths between 4500 and 8000 m and temperatures close to 400 °C. Both, Variscan and Uralian orogens were affected by post-Palaeozoic deformation, however Alpine reworking significantly obliterated Variscan structures, in particular in the southern part of the Variscides.

OpenAccess:
PDF PDF (PDFA)
(additional files)

Dokumenttyp
Habil / Postdoctoral Thesis (Non-german Habil)

Format
online

Sprache
English

Externe Identnummern
HBZ: HT019159367

Interne Identnummern
RWTH-2016-09308
Datensatz-ID: 674310

Beteiligte Länder
Germany