geochronological investigations - ETH E
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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.
