Η τεκτονική εξέλιξη του κεντρικού τμήματος της αττικο-κυκλαδικής μάζας

Abstract

This dissertation concentrates in the central part of the Attico-Cycladic Massif and, specifically, in the islands of Syros and northern Sifnos. The aim of this thesis is to describe in detail the deformation and the tectono-metamorphic history of the Blueschist Unit exposed in northern Sifnos, to study the structural evolution of major shear zones within the Blueschist Unit exposed in Syros Island, to study the deformation and the tectono-metamorphic evolution of the Uppermost Unit and Vari Detachment exposed in southeastern Syros and, finally, to propose a geodynamic model for the evolution of the Attico-Cycladic Massif including the whole subduction-exhumation cycle of the Blueschist Unit. To achieve the above objectives, geological and structural mapping, detailed structural analysis in mesoscopic and microscopic scale, analysis of quartz and calcite microstructures, quartz and calcite petrofabric analysis as well as amphibole chemistry analysis were carried out in rocks exposed in Syros and northern Sifnos. Νorthern Sifnos is characterized by exceptionally well-preserved high-pressure rocks (eclogites and blueschists). Τhe early, main phase (D2) of ductile deformation in the Blueschist Unit occurred synchronous with the transition from prograde to close-to-peak retrograde conditions. This deformation phase took place at middle Eocene and is related to ESE-directed thrusting that emplaced the Meta-volcano-sedimentary subunit over the Marble subunit. Analysis of quartz microstructures showed that the dynamic recrystallization commenced at the GBM/SGR transition and continued within SGR regime, whereas the deformation temperatures range between 400°C and 550°C. Quartz petrofabric analysis revealed that D2 phase occurred under constrictional strain. The subsequent exhumation-related (D3) deformation is characterized by gently NE-plunging folds and NE-directed contractional shear zones that were formed parallel to the axial planes of folds. NE-directed shearing occurred under blueschist and transitional blueschist-/greenschist-facies conditions during late Eocene–Oligocene and caused the restacking of the early nappe pile. Analysis of quartz microstructures revealed that the recrystallization occurred within SGR regime, whereas quartz petrofabric analysis showed that this phase occurred under plain strain conditions and deformation temperature of 435° ±50°C. The D3 phase is associated with the main exhumation of the Blueschist Unit under a mechanism of ductile extrusion, which occurred in a tectonic setting of net compression. The Blueschist Unit exposed in Syros Island is associated with the occurrence of major ductile shear zones, which are characterized by the extensive presence of aragonite pseudomorphs. Structural analyses in the hanging-wall of such zones showed that they were operated in blueschist-facies conditions, whereas kinematic data revealed E- to ESE-directed shearing. Quartz c-axis analysis showed that dynamic recrystallization in the roof of these zones commenced at the GBM/SGR transition and continued at SGR. The shear zones operated at plane strain condition whereas the deformation temperatures were estimated at 400-550°C. Analysis of calcite microstructures at the base of the zones revealed deformation temperatures of 150° to 300°C. The mean angle ψ of the aragonite pseudomorphs obliquity with respect to the foliation pole ranges between 34° and 53°, whereas the shear strain is spatially consistent with mean values between 0.67 and 1.32 implying distributed deformation. Kinematic analysis at the base of the zones indicated top-to-E to –NE shear sense. The major shear zones recorded within the Blueschist Unit are characterized generally by top-to-E shearing and are responsible for the tectonic repetition of this unit during the subduction stage. The exhumation of the Blueschist Unit is associated with low and distributed deformation. In southeast Syros, the Vari Detachment is responsible for the tectonic juxtaposition of the Uppermost Unit and the Blueschist Unit. The early DA deformation is interpreted to reflect the tectonic juxtaposition of the Gneiss subunit against the MVS subunit, which was probably synchronous with the Cretaceous lower amphibolite facies metamorphism affecting both subunits. The Eocene ‒ Oligocene deformation history in the hanging-wall of this detachment is associated with SW-directed ductile shearing. This history includes an early distributed constrictional deformation (DB) expressed by transport-parallel upright folds, L-tectonites and cleft-girdles quartz c-axis fabrics that were formed at temperatures ~500 °C. Ductile deformation progressively localized at the bottom of the Uppermost Unit leading to the formation of a greenschist-facies mylonitic zone under plane strain conditions (DC). The ongoing mylonitization was also associated with temporally increasing pure shear component of deformation coupled with cooling from ~500 °C to ~400 °C. The Vari Detachment represents a passive normal-sense roof fault resulted from the NE-directed ductile extrusion of the Blueschist Unit (footwall) at middle Eocene ‒ Oligocene times. In the middle Miocene, the activation of the brittle SSW-directed Late Vari Detachment enhanced the brittle exhumation of both the Blueschist unit and the Vari Detachment (DD). Summarizing, the Cycladic subduction zone is characterized by a changing in transport direction contemporaneously with the subduction-exhumation stage transition. The restoration of the Neogene rotation reveals that the subduction stage of the Blueschist Unit is associated with generally top-to-E large-scale internal imbrication. The exhumation of the Blueschist Unit was achieved by a mechanism of ductile extrusion with NNE vergence under an overall compressional setting. The deformation within the ductile extrusion progressively localized toward the two bounding faults, whereas some blocks (e.g. Syros) were exhumed as rigid bodies escaping the deformation associated with exhumation.

Η παρούσα διατριβή εστιάζει στο κεντρικό τμήμα της Αττικο-Κυκλαδικής Μάζας και συγκεκριμένα, στις περιοχές της Σύρου και της βόρειας Σίφνου. Ο σκοπός της διατριβής είναι να μελετηθεί η παραμορφωτική και τεκτονο-μεταμορφική εξέλιξη των πετρωμάτων της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων στην περιοχή της βόρειας Σίφνου, η τεκτονική εξέλιξη κύριων ζωνών διάτμησης της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων στη Σύρο, η παραμορφωτική και τεκτονο-μεταμορφική εξέλιξη των πετρωμάτων της Ανώτερης Ενότητας και του ρήγματος αποκόλλησης οροφής στην περιοχή της νοτιοανατολικής Σύρου καθώς επίσης και να προταθεί ένα γεωδυναμικό μοντέλο για την εξέλιξη της Αττικο-Κυκλαδικής Μάζας, το οποίο θα περιλαμβάνει ολόκληρο τον μεταμορφικό κύκλο από το στάδιο της καταβύθισης έως τον τελικό εκταφιασμό της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε γεωλογική και τεκτονική χαρτογράφηση, λεπτομερής τεκτονική ανάλυση σε μεσοσκοπική και μικροσκοπική κλίμακα καθώς και ανάλυση των μικροδομών και των κρυσταλλογραφικών c-αξόνων κρυστάλλων χαλαζία και ασβεστίτη στις υπό μελέτη περιοχές. Επίσης, στην περιοχή της βόρειας Σίφνου, πραγματοποιήθηκε ανάλυση της χημικής σύστασης αμφιβόλων σε μεταμορφωμένα πετρώματα υψηλών πιέσεων. Η περιοχή της βόρειας Σίφνου αποτελεί μία από τις καλύτερα διατηρημένες εμφανίσεις της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων. Κατά τη διάρκεια της υπαίθριας εργασίας, τα πετρώματα της βόρειας Σίφνου χωρίστηκαν σε δύο κύριες υποενότητες, την υποενότητα Μαρμάρων και την Μετα-ηφαιστειο-ιζηματογενή υποενότητα, ενώ κατασκευάστηκε και ένας νέος γεωλογικός-τεκτονικός χάρτης. Όσον αφορά την παραμορφωτική ιστορία της βόρειας Σίφνου, αναγνωρίστηκαν τρεις κύριες φάσεις παραμόρφωσης. Η D1 φάση παραμόρφωσης χαρακτηρίζεται από μια S1 φολίωση, η οποία διατηρείται ως εγκλείσματα σε γρανάτες ή εντοπίζεται ισοκλινώς πτυχωμένη στις αρθρώσεις των F2 πτυχών. Η κύρια D2 φάση πλαστικής παραμόρφωσης συνέβη στο μέσο Ηώκαινο σύγχρονα με τις μέγιστες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας (εκλογιτική-κυανοσχιστολιθική φάση) και χαρακτηρίζεται από την ανάπτυξη μιας S2 φολίωσης. Στα επίπεδα της S2 φολίωσης φιλοξενείται L2 κρυσταλλική γράμμωση με γενική διεύθυνση ΒΔ-ΝΑ. Οι F2 πτυχές είναι κυρίως ισοκλινείς έως κλειστές, ενώ οι άξονές τους έχουν διεύθυνση βύθισης προς τα ΔΒΔ έως τα ΒΒΔ. Επιπλέον, αυτό το στάδιο παραμόρφωσης σχετίζεται με το σχηματισμό ενός συν-μεταμορφικού πλαστικού ρήγματος επωθητικού χαρακτήρα με φορά κίνησης προς τα ΝΑ, το οποίο τοποθέτησε την Μετα-ηφαιστειο-ιζη- ματογενή υποενότητα επάνω στην υπο-ενότητα Μαρμάρων. Η ανάλυση των μικροδομών των κρυστάλλων χαλαζία φανέρωσε ότι η ανακρυστάλλωση συνέβη κοντά στη μετάβαση GBM/SGR και συνεχίστηκε στο πεδίο του μηχανισμού ανακρυστάλλωσης SGR με τις θερμοκρασίες παραμόρφωσης να κυμαίνονται μεταξύ των 400°C και των 550°C. Η ανάλυση των κρυσταλλογραφικών c-αξόνων κρυστάλλων χαλαζία φανέρωσε ότι η D2 φάση παραμόρφωσης έλαβε χώρα υπό ένα καθεστώς γενικής σύσφιξης. Όσον αφορά την D3 φάση παραμόρφωσης, αυτή χαρακτηρίζεται από μια S3 φολίωση που κλίνει προς τα ΒΔ. Στα επίπεδα της S3 φολίωσης φιλοξενείται μια L3 κρυσταλλική γράμμωση με γενική διεύθυνση ΒΑ-ΝΔ. Οι άξονες των F3 πτυχών έχουν ΒΑ-ΝΔ διεύθυνση και ταξινομούνται ως ισοκλινείς έως ανοιχτές και κεκλιμένες έως ανεστραμμένες. Επιπλέον, χαρακτηριστικό αυτής της φάσης είναι και η παρουσία πλαστικών ζωνών διάτμησης με ΒΑ-ική φορά κίνησης, οι οποίες σχηματίστηκαν παράλληλα στα αξονικά επίπεδα των F3 πτυχών. Η ΒΑ-ική φορά κίνησης συνέβη σε συνθήκες κυανοσχιστολιθικής φάσης και συνεχίστηκε σε συνθήκες πρασινοσχιστολιθικής φάσης κατά το ανώτερο Ηώκαινο-Ολιγόκαινο, και προκάλεσε τον διπλασιασμό της αρχικής ακολουθίας. Από την ανάλυση των μικροδομών προκύπτει ότι η ανακρυστάλλωση του χαλαζία συνέβη κυρίως στο πεδίο όπου λειτουργεί ο μηχανισμός ανακρυστάλλωσης με περιστροφή των ορίων των κόκκων (SGR). Η ανάλυση των κρυσταλλογραφικών c-αξόνων κρυστάλλων χαλαζία έδειξε επίσης ότι η D3 φάση παραμόρφωσης έλαβε χώρα σε συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης, ενώ η μέση θερμοκρασία παραμόρφωσης υπολογίστηκε στους 435° ±50°C. Τέλος, η φάση αυτή συνδέεται με τον εκταφιασμό της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων, ο οποίος επιτεύχθηκε μέσω ενός μηχανισμού πλαστικής διαφυγής προς τα ΒΑ σε ένα περιβάλλον συμπίεσης.Στην περιοχή της Σύρου, κύριες ζώνες διάτμησης καταγράφηκαν εντός της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων. Οι ζώνες αυτές χαρακτηρίζονται από την εκτεταμένη παρουσία ψευδόμορφων αραγωνίτη στα μάρμαρα που δομούν τη βάση τους. Η τεκτονική ανάλυση σε πετρώματα της οροφής τέτοιων ζωνών έδειξε ότι λειτούργησαν σε συνθήκες κυανοσχιστολιθικής φάσης μεταμόρφωσης, ενώ τα κινηματικά στοιχεία φανέρωσαν φορά κίνησης προς τα Α έως ΑΝΑ. Η ανάλυση των μικροδομών των κρυστάλλων χαλαζία έδειξε ότι η δυναμική ανακρυστάλλωση στην οροφή των ζωνών ξεκίνησε στη μετάβαση των μηχανισμών ανακρυστάλλωσης GBM και SGR και συνεχίστηκε με ανακρυστάλλωση SGR σε θερμοκρασίες παραμόρφωσης περίπου 400-550°C. Επιπλέον, η ανάλυση των c-αξόνων χαλαζία φανέρωσε ότι οι ζώνες αυτές λειτούργησαν σε συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης. Η ανάλυση των μικροδομών κρυστάλλων ασβεστίτη που συνθέτουν τα ψευδόμορφα αραγωνίτη στη βάση των ζωνών φανέρωσε θερμοκρασίες παραμόρφωσης από 150° έως 300°C. Η μέση γωνία ψ της πλαγιότητας των ψευδόμορφων αραγωνίτη ως προς τον πόλο της φολίωσης κυμαίνεται μεταξύ 34° και 53°, ενώ η μέση τιμή της διατμητικής παραμόρφωσης είναι χωρικά σταθερή με τιμές μεταξύ 0.67 και 1.32 υποδηλώνοντας κατανεμημένη παραμόρφωση. Η κινηματική ανάλυση στη βάση των ζωνών διάτμησης έδειξε φορά κίνησης προς τα ΒΑ έως Α. Οι κύριες ζώνες διάτμησης που καταγράφηκαν εντός της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων στην περιοχή της Σύρου ευθύνονται για τον τεκτονικό διπλασιασμό της με φορά κίνησης γενικώς προς τα ανατολικά κατά τη διάρκεια του ενταφιασμού, ενώ ο εκταφιασμός της ενότητας αυτής χαρακτηρίζεται από χαμηλή και κατανεμημένη παραμόρφωση.Στη νοτιοανατολική Σύρο, το ρήγμα αποκόλλησης της Βάρης είναι υπεύθυνο για την τοποθέτηση της Ανώτερης Ενότητας επάνω στην Ενότητα Κυανοσχιστολίθων. Η πρώιμη DA φάση παραμόρφωσης που αναγνωρίστηκε στα πετρώματα της Ανώτερης Ενότητας σχετίζεται με την τεκτονική τοποθέτηση της υποενότητας Γνευσίων επάνω στη Μετα-ηφαιστειο-ιζηματογενή υποενότητα, η οποία ήταν πιθανώς σύγχρονη με την μεταμόρφωση σε συνθήκες κατώτερης αμφιβολιτικής φάσης που επηρέασε τα πετρώματα κατά το Κρητιδικό. Η Ηωκαινική-Ολιγοκαινική παραμορφωτική ιστορία της οροφής του ρήγματος αποκόλλησης της Βάρης συνδέεται με κίνηση προς τα ΝΔ σε πλαστικές συνθήκες. Αυτή η ιστορία περιλαμβάνει μια αρχική κατανεμημένη παραμόρφωση (DB) σε συνθήκες γενικής σύσφιξης, η οποία εκφράζεται μέσω όρθιων πτυχών παράλληλα στη διεύθυνση της κίνησης, L-τεκτονίτες καθώς και μέσω των κατανομών των κρυσταλλογραφικών c-αξόνων χαλαζία που εμπίπτουν στην κατηγορία των διασχισθεισών ζωνών. Η παραμόρφωση αυτή συνέβη σε θερμοκρασίες της τάξης των ~500 °C. Η πλαστική παραμόρφωση προοδευτικά συγκεντρώθηκε στη βάση της Ανώτερης Ενότητας οδηγώντας στο σχηματισμό μιας μυλωνιτικής ζώνης σε συνθήκες πρασινοσχιστολιθικής φάσης μεταμόρφωσης (DC). Αυτή η ζώνη χαρακτηρίζεται από συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης. Η μυλωνιτοποίηση επίσης σχετίζεται με την προοδευτική αύξηση της συνιστώσας της καθαρής διάτμησης και της μείωσης της θερμοκρασίας από ~500 °C σε ~400 °C. Το ρήγμα αποκόλλησης της Βάρης αντιπροσωπεύει ένα παθητικό ρήγμα οροφής με κανονικό χαρακτήρα κίνησης, το οποίο προέκυψε από την πλαστική διαφυγή της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων προς τα ΒΑ στη διάρκεια του μέσου Ηωκαίνου-Ολιγοκαίνου. Στο μέσο Μειόκαινο, η λειτουργία του θραυσιγενούς ύστερου ρήγματος αποκόλλησης της Βάρης με κίνηση προς τα ΝΝΔ συνέβαλε στον εκταφιασμό υπό θραυσιγενείς συνθήκες της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων και της Ανώτερης Ενότητας (DD). Συμπερασματικά, η ζώνη καταβύθισης στην περιοχή των Κυκλάδων χαρακτηρίζεται από αλλαγή στη διεύθυνση της κίνησης σύγχρονα με τη μετάβαση από το στάδιο του ενταφιασμού στο στάδιο του εκταφιασμού των πετρωμάτων υψηλών πιέσεων. Η αποκατάσταση της περιστροφής που υπέστη η περιοχή των Κυκλάδων κατά το Νεογενές φανερώνει ότι κατά τη διάρκεια του ενταφιασμού η Ενότητα Κυανοσχιστολίθων χαρακτηρίζεται από μεγάλης κλίμακας εσωτερικές επωθητικές κινήσεις με φορά γενικώς προς τα ανατολικά. Ο εκταφιασμός της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων συνέβη μέσω ενός μηχανισμού πλαστικής διαφυγής με ροπή προς τα ΒΒΑ υπό ένα συμπιεστικό καθεστώς. Η παραμόρφωση εντός της πλαστικής διαφυγής ήταν αρχικά κατανεμημένη σε όλη την έκταση της, ενώ προοδευτικά συγκεντρώθηκε στα δυο κύρια ρήγματα που την οριοθετούν. Τέλος, τμήματα της Ενότητας Κυανοσχιστολίθων εκταφιάστηκαν ως απαραμόρφωτα μπλοκ (π.χ. Σύρος), τα οποία δεν επηρεάστηκαν από την παραμόρφωση κατά τη διάρκεια του εκταφιασμού.