geochronological investigations - ETH E

Diss. ETH No. 9246
GEOCHRONOLOGICAL INVESTIGATIONS
IN THE OSSA-MORENA ZONE. SW SPAIN
A dissertation submitted to the
Swiss federal Institute of Technology Zürich
for the
degree of
Doctor of Natural Sciences
presented by
HANS-JÜRGEN SCHÄFER
Dipl.-Geologe,
Universität Göttingen
born March 23, 1958
Citizen of FR
Germany
on
the recommendation of
Prof. Dr. M.
Grünenfelder, examiner
accepted
Dr. D.
Gebauer, co-examiner
Prof. Dr. U. Schärer, co-examiner
Zürich, 1990
IX
SUMMARY
The
most
Hercynides (EH)
complete
differing
A
the
through
can
be further subdivided into
In order to
get information
geodynamic evolution, geochronological
work
major subunits of the OMZ,
U-Pb zircon
Massif
were
detection of
probably
the Valencia de las Torres—,
some
geological units of
terranes
Early
(e.g.
plutonic
and volcanic felsic rocks
as
found
Avalon) of the north-eastern
now
only
magmatic
and
by
well
as
an
as
in very few
in
Appalachians.
activities
are
confirmed
(-500 Ma, U-Pb zircon and Sm-Nd
intrusion
grain-size fractions)
by
The
585 Ma and
European Hercynides (e.g. Brittany) and
the
Caledonian
granodiorite
(Cadomian) orogeny.
activities at around 630 Ma, 610 Ma,
at 580 Ma on both
basic rocks is in line with similar ages
other
the
domain.
Beja-Aracena
the Pan-African
during
magmatic
i.e.
U-Pb
the
out within three
demonstrates that at least parts of the Iberian
dating
formed
a
its crustal
on
using
zircon, Rb-Sr and Sm-Nd techniques has been carried
Olivenza-Monesterio— and the
European
unit therein
major geological
stratigraphic, structural, metamorphic
in
and/or magmatic signature(s).
and
Spain.
(OMZ) which
is the Ossa Morena Zone
series of domains
section
cross
is found in SW
emplacement age of
on
460 Ma for
by
a
apatite
daciüc
a
porphyry (U-Pb zircon).
Sm-Nd
analyses
on
garnet fractions (427 Ma) of
probably reflect high-grade metamorphism
conditions, in agreement with zircons of
a
418
Ma
lower
intercept.
Thus,
a
under
calc-silicate
Silurian
paragneiss
a
lower
crustal
gneiss reporting
high-grade
regional
metamorphism reaching granulite-facies, and probably also eclogitefacies conditions, is
now
well established in parts of the OMZ. This
conforms well with subduction related
Spain
and other
geological
metamorphism
units of the EH
(e.g.
as
reported
in N
Peucat et
al., 1990;
zircon)
is in line
Gebauer, 1990).
The intrusion age of
with its
a
granite (-380 Ma,
U-Pb
proposed geotectonic scenario implying
two terranes,
OMZ and South
"Acado-Hercynian" orogenic
Portuguese
event
accretion
Zone, in the
(Quesada, 1989).
(docking)
course
of
of
an
The observed data show similarities to the crustal evolution in
other
of the EH and
areas
U-Pb
well
zircons out of
metasedimentary rocks
crustal residence ages (Sm-Nd) document
as
pre-history of
zircons from
from
Gebauer et al. (1989).
reported by
dating of detrital
development
in line with the Archean and Proterozoic
are
as
the material
Upper,
forming
a
complex
and
as
long
the Iberian crust. Derivation of these
probably
Middle and Lower Proterozoic, very
also
Archean continental crust is demonstrated. The existence of
an
old
Pan-African
revision of the
zircons
within
stratigraphy
certain
metasediments
requires
a
towards younger ages and/or the presence
of several small tectonic units.
Pan-African rocks
and
continental crust of Iberia
basement
was
Hercynian
their
clearly
erosion
products imply
that
the
is part of Gondwana. This Pan-African
reworked within the Caledonian, Acadian and
obviously
orogeny similar to the Phanerozoic evolution in most other
parts of the EH. This might best be explained with
terrane
a
or
microcontinent model.
Furthermore, this work provides
system
Sm-Nd
rocks
new
constraints
on
the Sm-Nd
behaviour of minerals.
can
analyses
helpful
be
later reheated
garnet grain-size fractions of metasedimentary
on
to detect
causing
a
metamorphic ages,
if the rock
even
re-opening of U-Pb system
of the
was
respective
detrital zircons.
U-Pb
and
granodiorite
Sm-Nd
systematics
on
show similar features. Both
zircons
of
a
damaged
useful to date
suffered
a
apatite grain-size
emplacement ages of granitic rocks
even
most radiation
fractions
can
be
if the rocks have
low-temperature overprint.
Further
to
the
younger open system
behaviour, resp. lead loss in the smallest and possibly
on
Pallares
analyzed Systems support
presence of inherited zircon material and reflect
zircons. Sm-Nd work
the
systematic Sm-Nd
understand
overprinting
the
events.
complex
work
on
grain-size fractions
behaviour
of
minerals
is necessary
during
e.g.
XI
ZUSAMMENFASSUNG
Im Südwesten
durch
ist ein nahezu
Spaniens
vollständiges Querprofil
Herzynische Orogen aufgeschlossen.
das
Eine
Einheit innerhalb der iberischen Halbinsel
logische
Ossa-Morena
(OMZ).
Zone
Untereinheiten
Diese
die
gegliedert,
wird
Zone
sich
durch
in
wichtige geo¬
bildet
hier die
Vielzahl
eine
Metamorphose und/oder magma tische Abfolgen unterscheiden.
Untereinheiten der OMZ wurden
von
Stratigraphie, Tektonik,
In drei
geochronologische Untersuchungen
mit den U-Pb Zirkon-, Rb-Sr and Sm-Nd Methoden
Aufschluss über die Krusten- und die
durchgeführt,
um
geodynamische Entwicklung
zu
erhalten.
U-Pb
Analysen
während
Massives
worden
gebildet
an
der
sind.
Zirkonen zeigen, dass Teile des Iberischen
pan-afrikanischen (cadomischen) Orogenese
Die
Intrusionsalter
plutonischer
und
saurer
vulkanischer wie auch basischer Gesteine (630 Ma, 610 Ma, 585 Ma
und wahrscheinlich auch 580 Ma) lassen sich gut mit
die bis heute
parallelisieren,
heiten
in sehr
nur
Daten
wenigen geologischen
Ein¬
Herzynischen Orogens (z.B. Bretagne)
einigen
(z.B. Avalon) der nordöstlichen Appalachen gefunden worden
des
Terranes
jenen
und
in
sind.
Ein frühkaledonischer
des
Sm-Nd
an
Apatit-Korngrössenfraktionen)
phyrs (460 Ma,
Ein Alter
gneises)
ebenso
in dieser Zone wird
Magmatismus
eines Granodiorits (500 Ma, U-Pb
Bildungsalter
U-Pb
von
datiert
wie
ein
an
und eines dazitischen Por¬
427 Ma
(Sm-Nd
unteres
an
eine
Granat-Fraktionen eines Para-
hochgradige
Somit ist eine silurische
nachgewiesen.
wahrscheinlich in
war
bisher
ist aber
bekannt
nur
in
Zusammenhang
vermuteten
Eklogit-Fazies reicht,
Metamorphose,
mit einem
von
380 Ma
geotektonischen
Terranes, der OMZ und der
(U-Pb
Rahmen
Phase
in
geotektonisch
et
al., 1990). Sie
Herzynischen Orogens
an
eines
Südportugiesischen
"acadisch-herzynischen" orogenen
die
die
Subduktionsprozess steht,
Einheiten des
anderen
eines
Regionalmetamorphose,
Nordspanien nachgewiesen (Peacat
Ein Granit-Intrusionsalter
den
Diese
geologischen
(vergl. Gebauer, 1990).
aus
Metamorphose;
Zirkon-Schnittpunktsalter (418 Ma)
bis in die Granulit- und wahrscheinlich auch
Teilen der OMZ
aufgrund
Zirkonen und
Zirkonen) belegt werden.
wahrscheinlich
Kalksilikatgneises.
an
Zirkonen) bestätigt
"docking"
zweier
Zone im Verlauf einer
(Quesada, 1989).
XII
Durch
diese
Ergebnisse
wird
eine
mit
anderen
ersichtlich.
Des weiteren unterstützen diese Daten das archaische und
Entwicklungsmodell
zoische
der
des
Regionen
Herzynischen Orogens vergleichbare Krustenentwicklung
europäischen Herzyniden
von
proteroGebauer
(1989).
et al.
U-Pb Alter detritischer Zirkone in metasedimentären Gesteinen
dokumentieren ebenso wie ihre hohen Nd-Modellalter die
und
lange Vorgeschichte
komplexe
der iberischen Kruste. Es kann angenommen
werden, dass diese Zirkonsubstanz
von
einer früh- bis
spät-protero-
zoischer und höchstwahrscheinlich auch archaischer Kruste stammen.
Auftreten
Die
Altern
in
pan-afrikanischen Zirkonen
von
fordert eine Revision der
Metasedimenten
stratigraphischen Einstufung
hin
jüngeren
zu
und/oder die Präsenz kleinerer tektonischer Einheiten.
Pan-afrikanische
Gesteine und
ihre
Erosionsprodukte
verdeut¬
lichen, dass die kontinentale Kruste Iberiens Teil Gondwanas
Dieses
und
Grundgebirge
herzynischen
zoischen
war.
wurde offensichtlich in kaledonischen, akadischen
Phasen
wiederaufgearbeitet.
Entwicklungsgeschichte
Herzynischen Orogens
Dies ist mit der
Europa vergleichbar und kann
in
phanero-
in den meisten anderen Teilen des
am
besten
durch ein Terrane- oder Mikrokontinent-Modell erklärt werden.
Sm-Nd
Analysen
an
Granat-Korngrössenfraktionen
erfolgreiches Hilfsmittel
menten sind ein durchaus
hydrothermal
Pb
Systems
das
in den detritischen Zirkonen
zeigen
Wiederöffnung
Systematik
von
erfolgen
ein
von
vor¬
von
des U-
konnte.
Zirkonen des Pallares Grano-
ein ähnliches Verhalten. Beide
lassen auf die Präsenz
reflektieren
Metasedi¬
Gestein, ein Paragneiss, sehr wahrscheinlich später
beeinflusst worden ist, sodass eine
Die U-Pb und Sm-Nd
diorites
von
Bestimmung
Dies ist inbesondere der Fall, wenn, wie im
Metamorphosealter.
liegenden Fall,
zur
angewandten Systeme
Altbestand im Zirkonmaterial schliessen. Sie
jüngeres offenes Systemverhalten, beziehungsweise
einen Bleiverlust der kleineren und vermutlich
am
meisten strahlen¬
Zirkone.
geschädigten
Die Sm-Nd-Analyse
hilfreiches Mittel
Gesteinen
zur
Apatit-Korngrössenfraktionen kann als
Bestimmung von Intrusionsaltern an granitischen
verwendet
sichtlich spätere
von
werden, auch
Ueberprägung
im
wenn
das
Gestein
Tieftemperaturbereich
eine
offen¬
aufweist.