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Titel: Die Mobilisierung der austroalpinen Dent Blanche Decke auf Fluid-induzierten Scherzonen während alpiner Hochdruckmetamorphose
Autor: Hellwig, Dirk
Weitere Beteiligte: Vogler, Stefan (Professor)
Erscheinungsjahr: 2004
URI: https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2004/0139
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2004-01397
DOI: https://doi.org/10.17192/z2004.0139
DDC: Geowissenschaften
Titel(trans.): The mobilisation of the austroalpine Dent Blanche nappe on fluid-induced shear-zones during alpine high-pressure metamorphism

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Schlagwörter:
metamorphe Fluide ,, Dent Blanche Decke, Westalpen, High-pressure metamorphism, Dent Blanche nappe, Shear zones, Structural geology, Hochdruckmetamorphose, Strukturgeologie, Metamorphic fluids, Scherzonen

Zusammenfassung:
Die Dent Blanche Decke ist ein Element des Austroalpins der Westalpen, welches das oberste strukturelle Stockwerk im alpinen Deckenstapel bildet. Als größte austroalpine tektonische Klippe stellt die Dent Blanche Decke die nordwestliche Fortsetzung der Sesia Zone dar. Zwei tektonische Elemente bauen die Dent Blanche Decke auf: Die Arolla-Serie (präalpine Granitoide und Sedimente) als unteres Element und die Valpelline Serie (präalpine Kustengesteine, Granulite, amphibolitfazielle Gneise) als oberes Element. Frühere Arbeiten in der südlichen Dent Blanche Decke (Höpfer & Vogler 1994, Höpfer 1995) brachten einen alpinen PTd-Pfad hervor, der eine HP-LT Metamorphose (Eklogitfazies) für die Gesteine der südlichen Dent Blanche Decke während der Subduktion belegt. Unter eklogitfaziellen Bedingungen erfolgten während D1 und D2 durchgreifende Teildeckenbildungen. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der nördlichen Dent Blanche Decke. Bei den dort anstehenden Gesteinen handelt es sich zum überwiegenden Teil um Metagranitoide und Metasedimente der Arolla Serie, deren Metamorphosegrad bislang aufgrund ihrer "typischen grünschieferfaziellen Paragenesen" als Grünschieferfazies interpretiert wurde. Im Rahmen dieser Arbeit werden erstmalig PT-Daten präsentiert, die anhand dieser "typischen Grünschieferparagenesen" eine HP-LT Metamorphose bei 11,5-13 kbar und 360-440°C (Blauschiefer-Eklogitfazies) während D1 und D2 belegen. Die geobarometrischen Daten wurden mit dem Hellglimmer-Barometer (Massonne & Schreyer 1987) ermittelt, die Daten zur Geothermometrie wurden mit dem Chlorit-Thermometer (Cathelineau 1988) und dem Amphibol-Plagioklas- Thermometer (Blundy & Holland 1990) gewonnen. Die alpine Deformation setzte sich mit D3* als wichtige und letzte Faltungsphase unter grünschieferfaziellen Bedingungen (5-6 kbar, ~300°C) fort und wurde mit den bruchhaften Deformationen D4 und D5 abgeschlossen. Anhand der PT-Daten dieser Arbeit wurde der erste PTd Pfad für die nördliche Dent Blanche Decke entwickelt, der von dem üblichen "Westalpinen Typ" (Ernst 1988) darin abweicht, daß der ersten Phase der Dekompression eine deutliche Abkühlung zugeordnet war. Die nördliche Dent Blanche Decke unterscheidet sich markant von der südlichen Dent Blanche und den anderen westalpinen Decken durch ihre besondere Art der Scherzonendeformation. Während D1 und D2 wurden die Gesteine durch Scherzonen verschiedener Mächtigkeit sehr heterogen deformiert, so daß z.T. große Bereiche nur schwach deformiert die alpine Deformation überdauerten. Mit den Scherzonen stellte sich ein meist konzentrierter Straingradient ein, in dem der maximale Strain im Zentrum der Scherzonen entwickelt war. Entlang der Scherzonen wurde die nördliche Dent Blanche Decke in eine nach SE einfallende tektonische Schuppenstruktur segmentiert. Innerhalb des Straingradienten der Scherzonen wurden die Gesteine, die bereits durch Prozesse des "hydrolitic weakening" alteriert waren, mylonitisiert und phyllonitisiert. Für das "hydrolitic weakening" waren die elementaren Deformationsprozesse die Korngrenzdiffusion mit Lösung, chemischer Reaktion und Wiederausfällung. Massentransfers innerhalb der Scherzonen sind durch das Wachstum vormals gelöster oder neugebildeter Phasen belegt (Qtz, Aktinolith, Phengit). Magmatischer Quarz überdauerte alle übrigen Phasen und wurde nur unter maximalem Streß durch eine Kombination von synkinematischer Rekristallisation, Drucklösung und bruchhafter Deformation deformiert. Die phyllonitischen Scherzonen reagierten auf das alpine Streßfeld als Zonen der progressiven Festigkeitsanisotropie und führten zu einer Steigerung der Fluid-Permeabilität. Phyllonite und Mylonite weisen im Vergleich mit dem Umgebungsgestein ein weitgehendes geochemisches Gleichgewicht auf, das auf einen diffusiven Fluid-Transport entlang der Scherzonen aber auch durch das Umgebungsgestein rückschließen läßt. Diese Scherzonenprozesse, die als "Phyllonitisierung" zusammengefaßt werden, waren für Teildeckenbewegungen innerhalb der Decke sowie die Mobilisierung und die Platznahme der gesamten Dent Blanche Decke essentiell. Die vorliegende Arbeit korreliert erstmalig die Scherzonenphyllonitisierung mit dem Transport einer alpinen Decke und stellt die Bedeutung dieser Prozesse für die tektonometamorphe Entwicklung der Alpen heraus. Die kinematischen Analysen, die im Rahmen dieser Dissertation vorgestellt werden (Mikro-Deformationsgefüge, Texturananalyse, Paläospannungsanalyse), ergeben für die gesamte alpine Deformationsgeschichte der nördlichen Dent Blanche Decke ein konstantes Streßfeld mit einer Gesamtrotation Top-NW. Belege für SE-gerichtete Deckenbewegungen, die mit der alpinen Obduktion in Verbindung stehen könnten, sind nicht vorhanden.

Summary:
The Dent Blanche nappe belongs to the Austroalpine domain of the western Alps which represents the highest structural level in the Alpine nappe pile. Between the Rhone-Valley and Aosta-Valley, the Dent Blanche forms a huge klippe which consists of two subnappe units, the lower Arolla series (granites and country rocks) and the upper Valpelline series (pre-alpine basement rocks). Different parts of the Dent Blanche nappe memorized different stages of the Alpine tectonometamorphic evolution. Previous work in the southern Dent Blanche nappe (Roisan Zone, Höpfer & Vogler 1994, Höpfer 1995) revealed an alpine PTd-path including high pressure-low temperature (HP-LT) metamorphism during subduction to eclogite-facies conditions and concomittant major thrusting with nappe-formation during the first and second deformation phase (D1 and D2). The work documented in this dissertation focused on the northern Dent Blanche nappe. There, most of the Dent Blanche outcrop area consists of Arolla series metagranitoids and some metasediments whose metamorphic imprint was for decades interpreted as greenschist-facies, due to their "typical greenschist assemblages". For the first time, PT-data from these "greenschist-assemblages" is presented and give evidence that the northern Dent Blanche nappe experienced HP-LT metamorphism at 11,5-13 kbar and 360-440°C (blueschist to eclogite facies) during D1 and D2. Geobarometry was carried out utilizing the white-mica barometer of Massonne & Schreyer (1987) while geothermometry was performed on chlorite (Chl-thermometer, Cathelineau 1988) and on amphibole-plagioclase (Amph-Pl-thermometer, Blundy & Holland 1990). Alpine deformation continued in the northern Dent Blanche through the major folding-phase D3* at greenschistfacies conditions (5-6 kbar, ~300°C) and following brittle deformations D4 and D5. Compiled from the PT-data of this work, the first PTd-path for the northern Dent Blanche nappe differs from the classic "Western Alps type" (Ernst 1988) due to a significant amount of cooling during the first phase of decompression. The northern Dent Blanche nappe differs strongly from the southern Dent Blanche and other units of the western Alps due to its style of shear zone deformation. During D1 and D2, the Arolla rocks were heterogeneously deformed by shear zones of variable width, leaving large parts of the rock only barely deformed and creating a deformation gradient with highest strains acting in the center of the shear zones. Along these shear zones, the northern Dent Blanche nappe was segmented into a SE-dipping imbricate structure. Within the shear zones, the rocks affected by hydrolytic weakening processes, were mylonitised and phyllonitised. The most important deformation mechanisms active in the shear zones therefore were hydration, solution and precipitation. Hydration led to the important grain size reduction that facilitated diffusion along grain boundaries. Solution and precipitation enabled the mass transfer in the shear zones, well documented by the growth of quartz, white mica and actinolite on extensional fractures. Though affected by dynamic recrystallisation, solution and brittle deformation, quartz lasted longest within the strain-gradient. The strong fluidactivity which is documented by these mineral reactions, combined with a focused deformation lead to a progressive fluid-permeability in the shear zones. Shear zone rocks and country rocks experienced a profound geochemical equilibration which indicates a diffusive fluid-transport, along the shear zones and through the country rocks as well. The shear zone processes, summarised as "phyllonitisation", were essential for thrusting within and for the transport and emplacement of the Dent Blanche nappe as a whole. For the first time, this work correlates shear zone phyllonitisation with alpine tectonic nappe transport and stresses its importance for the tectono-metamorphic evolution of the Alps. Kinematic analyses (microstructural indicators, texture analysis, paleostressanalysis)throughout the northern Dent Blanche shear zones reveal a constant stress-field with a rotational component top-NW being active throughout all stages of the tectonic alpine evolution. There is no evidence of any SE-directed nappe movements which could be attributed to alpine exhumation.


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