Tertiary Quaternary subduction related magmatism in the Carpathian-Pannonian Region

Átírás

1 Tertiary Quaternary subduction related magmatism in the Carpathian-Pannonian Region

2 Andreucci et al., 2014

3 Moores & Fairbridge, 1998

4 the Mediterranean collision zone Eurasia = Lower Plate Africa & Adria = Lower Plate???? Schmidt, 2011

5 Anorogen magmatic activity Harangi et al., 2006

6 Tercier és kvarter során az alpi-mediterrán régióban Afrika és Eurázsia közeledése - közöttük óceáni és kontinentális mikrolemezek A területre jellemző: orogén övek, extenziós medencék köpeny felboltozódás változatos magmás aktivitás változatos kolliziós orogén területek: topográfiai kiemelkedések: konvergencia sebessége > szubdukció sebessége Alpok alacsony topográfiai felszínek, regionális extenziós területek: szubdukció sebessége > konvergencia sebessége szubdukció eltünése: Betic-Alboran-Rif, Apenninek, Kárpátok feltolódásos öve

7 A kompex tektonikai történet és geodinamikai környezetet változatos magmás tevékenység (kis-k tholeiit, mészalkáli, shoshonit, ultrakáli bazalt nagyon ritka: kristályosodási folyamat sekély magma kamrában). De: vannak lemezen belüli alkáli bazaltok, általában fiatalabbak a szubdukcióhoz kapcsolódó magmáktól és alig mutatnak szubdukciós geokémiai karaktert. A kőzetképződés: szubdukciós lemez illótlanodása köpenyék metaszomatózisa (zömmel az illóktól) köpenyék parciális olvadása mészalkáli magmás tevékenység (< 30 m.év alatt) Mészalkáli (CA) vulkanizmus (pl. andezit, dácit) aktív szubdukciós zónához kapcsolódik. Nyomelem, radiogén és O izotópok alapján, ha a magmák forrása szubdukcióhoz kapcsolódó fluidumokkal gazdagított köpeny, akkor egy ilyen olvadék szubdukcióhoz kapcsolódó magmának tekinthető függetlenül a geodinamikai környezettől.

8 Az Alpi-Mediterrán régióban szubdukcióhoz kapcsolódó magmatizmus területi szegmensei: 1. Betic-Alboran-Rif provincia, 2. Közép-Mediterrán, 3. Alpok (Periadriai-Inszurbiai Zóna), 4. Kárpát-Pannon régió, 5. Dinaridák és Rhodope, 6. Égei-tenger és Ny-Anatólia

9 Osztályozás a rádiusz és a töltés alapján Fe 1) Kis térerejű (low field strength - LFS) vagy nagy ionrádiuszú litofil (large ion lithophile LIL) elemek 2) Nagy térerejű (high field strength - HFS) elemek pl. RFF/REE Y, Nb-Ta, Zr- Hf, U-Th 3) Platina csoport (platinum group PG) elemek

10 Nyomelemek: vizes fluidum és/vagy Si-gazdag olvadék közreműködése a magmák képződésében szubdukált óceáni lemez (reziduális köpeny, mafikus óceani kéreg és üledék). Vizes közegben oldódó LIL elemek (Cs, Rb, Ba, K, Sr, Pb) gyakorisága sokkal nagyobb, mint a vizes közegben immobilis HFS elemeké (Nb, Ta, Zr, Hf, és Ti), valamint a RFY (RFF+Y) elemeké. Th (és U) gazdagság pelágikus vagy terresztrikus üledékek szubdukciója (Pbizotópok).

11 Harangi et al., 2006

12 Andreucci et al., 2014

13 Szubdukciós rendszerek a Mediterráneumban Az óceáni litoszféra szubdukciója után a kontinens-kontinens kolliziót követően a litoszféra és a kontinentális kéreg megvastagodik (c és d). A sűrű óceáni lemez leválása (detachment), a vastag litoszféra lemez delaminációja (néha a sűrű mafikus alsókéreggel) vagy az alsó litoszféra konvekciós eróziója a posztkolliziós extenzió és a hozzátartozó magmás tevékenység eredménye. hordozza a szubdukcióhoz köthető metaszomatózis geokémiai nyomait Harangi et al., 2006

14 Balazs, 2017

15 Figure 2.1: a) Location of the Pannonian Basin system. b) Main tectonic units of the Alps- Carpathians and Dinarides (simplified after Schmid et al., 2008). The Tisza-Dacia contact is slightly modified. Note that the overlying Neogene basins in the intra-carpathians area are ignored. c) Miocene - Quaternary tectonic map of the Pannonian Basin and the Alps-Carpathians-Dinarides system showing the present day extent of the Neogene sediment cover of the Pannonian, Vienna and Transylvanian basins overlying the pre-neogene structures and showing the major Miocene to Quaternary faults (modified after Horváth et al., 2015; Schmid et al., 2008; Ustaszewski et al., 2014 and the results of this study). Note that the present day geometry of these basins does not reflect their original position at the time of formation, some Neogene deposits were eroded in the Pannonian Basin or underthrust beneath the Carpathian nappe stack. The TTZ has served as a rheological contrast zone localising Miocene tectonics of the Carpathians (e.g., Matenco et al., 2016). Vb Vienna Basin, Dr Dráva subbasin, Sa Sava sub-basin, Za Zala sub-basin, Me Mecsek hill, Db Danube basin, ES East Slovakian basin, TTZ Teisseyre-Tornquist Zone, MHFZ Mid-Hungarian Fault Zone. Balazs, 2017

16 Distribution of volcanic formations in the Carpathian-Pannonian region (CPR) (see the next slide, too) Lexa et al., 2010

17 Selmecikörhegység Nógrád- Gömör Szirtöv Tokaj-Eperjes Cibles/ Széples Timing of CPR volcanic activity in subregions as shown in the previous figure Lexa et al., 2010

18 Harangi Lenkey, 2007

19 Harangi Lenkey, 2007

20 Figure 2.2: Tectonostratigraphic chart of the Great Hungarian Plain part of the Pannonian Basin with biostratigraphic correlation of the standard and Central Paratethys stages (after Pezelj et al., 2013; Piller et al., 2007) and the generalized Miocene lithostratigraphy of the study area, the volcanic activity of the Pannonian Basin (after Harangi and Lenkey, 2007; Pécskay et al., 2006) and the main tectonic phases and events (modified after de Leeuw et al. 2013; Horváth et al., 2006; Márton and Fodor 2003; Márton et al. 2007). Latest MiocenePliocene minor vertical axis rotations are connected to basin inversion. Note that the syn-rift/post-rift boundary and the onset of last stage of basin inversion appear to be older in the SW and progressively younger E-NE -wards. Balazs, 2017

21 Figure 3.2: Tectono-stratigraphic chart of the Great Hungarian Plain part of the Pannonian Basin with biostratigraphic correlation of the standard and Central Paratethys stages, the generalized Miocene lithostratigraphy of the study area, the volcanic activity of the Pannonian Basin and the main tectonic phases affecting the basin (after Balázs et al., 2016). Note that the syn-rift/post-rift boundary and the onset of the latest stage basin inversion are older in the SW and progressively younger E-NE -wards. Balazs, 2017

22 Harangi Lenkey, 2007

23 Subduction-related volcanic rocks - Nagy kémiai és kőzettani variabilitás, ami komplex petrogenetikai folyamatok működését sejteti: különböző köpeny forrás, különböző kéreg anyag kontaminációja és különböző mértékű frakcionációs kristályosodás, - K-UK kőzetek, - az európai előtérhez hasonló OIB-típusú alkáli (nátron) magmák (köpeny forrás különbözik, legfeljebb gyenge szubdukciós lemez hatása) Fig. 6 Harangi et al., 2006

24

25 LILE-ben gazdagodás, HFSE-ben kimerülés szubdukció, szubdukcióhoz kapcsolódó metaszomatózis ((vagy kéreg kontamináció sekély mélységben)) Harangi et al., 2006

26 Figure 5. Primitive mantle normalized (McDonough and Sun, 1995) trace-element patterns of representative samples of the Neogene to Quaternary volcanic rocks of the Carpathian- Pannonian region. For references for the data, see Table 1. NPB northern Pannonian Basin. LILE+Pb <> HFSE Harangi Lenkey, 2007

27 - Ugyanaz a trend, kivéve Betika - Kétkomponensű keveredés (DMM vagy HIMU, és egy gazdagított komponens) - Nagy 87 Sr/ 86 Sr arány felső kéreg közreműködésre (szubdukcióra) utal, Harangi et al., 2006

28 AB <> többi DMM HIMU gazdagított komponens AB <> CA SH U-szegény forrás Harangi Lenkey, 2007

29 Kéreg részvétele a magmaképződésben. Felső köpeny: +5,5 Kontinentális és óceáni kéreg: nagyobb (jelentős mállás és kölcsönhatás tengervízzel) Konvergens lemezszegélynél kéreg adódhat a felső köpenyhez kontinentális vagy pelágikus üledék formájában az óceáni kéreg szubdukciója (forrás kontamináció) vagy a kéreg olvadása (kéreg kontamináció) során Elemzés: fenokristály bulk Jelentős kéreg kontamináció Harangi et al., 2006

30 Ny-Kárpátok: radiogén Srben gazdag alsó kéreg és egy, kis 87 Sr/ 86 Sr-ben és nagy 206 Pb/ 204 Pb-ben gazdag köpeny komponens. K-Kárpátok: radiogén Srben gazdag felső kéreg és egy, kis 87 Sr/ 86 Sr-ben és 206 Pb/ 204 Pb-ben gazdag köpeny komponens (DMM?). D-Hargitai shoshonitok: kis 206 Pb/ 204 Pb arány, EM-I komponens jelenlétét is jelzi. Alkáli bazaltok: DMM-(FOZO) (HIMU) CPR: Multiomponens keveredés, komplikált Harangi et al., 2006

31 EAR European Astenospheric Reservoir Harangi Lenkey, 2007

32 Fig. 1. Location of samples collected from the south Apuseni Mountains (full sample names in Supplementary Table 2). Inset shows the Apuseni Mountains (AM), the current location of the Adriatic subduction front (Hellenic Trench; Dilek et al., 2009) and former trace of this front in the Adriatic Sea (dotted line; Jolivet et al., 2003; Mantovani et al., 2006). Several outcrops representing the alkalic endmember composition are labeled (e.g. Zambrita, Paraul lui Toader, and Uroi). Host rocks are Miocene extrusive rocks, Cretaceous magmatic rocks and sediments, Jurassic calc-alkaline rocks and sediments, and Triassic magmatic rocks (Rosu and Nicolae, 2001). Harris et al., 2013, EPSL

33 A 87 Sr/ 86 Sr and 206 Pb/ 204 Pb izotópok szerint egy gazdagított köpeny komponens hasonló az alkáli bazaltéhoz fontos szerepet játszik a szubdukcióhoz kapcsolódó magmák képződésében. Forrása: köpeny hőoszlop, vagy egy hosszú életű (késő mezozoos) sekély köpeny komponens. Ez utóbbi: 1/ a közép-atlanti köpeny hőoszlop elhajlásával (deflexió), ami lemez roll-back vagy lemez break-off segítsegevel köpeny folyással került a regió alá. 2/ a kémiai variabilitás oka egy erősen inhomogén köpeny, amit különböző mértékű kéreg kontamináció alakított ki, amit a magmák véletlenszerűen megmintáztak.

34 Harangi et al., 2006

35 Szubdukcióhoz kapcsolódó magmás kőzetek nagy 87 Sr/ 86 Sr, kis 143 Nd/ 144 Nd és nagy 207 Pb/ 204 Pb és 208 Pb/ 204 Pb aránnyal jellemezhetők a MORB-hoz képest (kontinentális kéreg komponens, tehát kölcsönhatás: szubdukció vagy magmakeveredés). Ezek a tulajdonságok átöröklődhetnek olyan köpenyből, amelyet korábban módosított a szubdukciós lemezből származó fluidum/olvadék.

36 Különböző stílusú szubdukciós zónák jelenléte (szubdukció sebessége, szubdulált lemez fizikai és kémiai tulajdonsága, szubdukció polaritása) Ny-i vegenciájú szubdukció a köpeny folyást megakadályozta, viszont meredek szubdukciós szöget, lemez roll-back-et (visszahajlást), extenziós medencék felnyílását és a szubdukció befejezését eredményezte, amikor az continentális litoszféra lemez elérte az árkot. K-i vergenciájú szubdukció segítette a köpeny folyást, kis szubdukciós szöget eredményezett és extenzió hiányát mutatja.