Granulite facies metamorphism and partial melting processes in the Ivrea Zone, Northern Italy [Elektronische Ressource] / Charlotte Redler

Charlotte Redler

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• Publié par: johannes_gutenberg-universitat_mainz
• Publié le: 01 janvier 2012
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• Langue: Deutsch
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Extrait

“Granulite facies metamorphism and
partial melting processes in the Ivrea
Zone, Northern Italy”


Dissertation zur Erlangung des Grades

„Doktor
der Naturwissenschaften“

am Fachbereich Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
der Johannes Gutenberg-Universität Mainz



Charlotte Redler
geb. in Kassel



Mainz, 2011





















Dekan:


1. Berichterstatter:
2. Berichterstatter:


Tag der mündlichen Prüfung: 19.01.2012

Declaration/Erklärung

Ich versichere hiermit, die vorliegende Arbeit selbstständig und nur unter
Verwendung der angegebenen Hilfsmittel verfasst zu haben. Alle wörtlich oder
inhaltlich übernommenen Stellen habe ich als solche gekennzeichnet.

Ich habe die hier als Dissertation vorgelegte Arbeit nicht als Prüfungsarbeit für
eine staatliche oder andere wissenschaftliche Prüfung eingereicht.

Ich versichere außerdem, dass ich weder die vorgelegte Arbeit noch Teile davon
in einer anderen Fakultät oder einem anderen Fachbereich als Dissertation
eingereicht habe und dass diesem Promotionsverfahren keine endgültig
gescheiterten Promotionsverfahren vorausgegangen sind.






____________________ __________________________
Ort, Datum Unterschrift









i
ii Abstract


Abstract

The Ivrea Zone in northern Italy has been the focus of numerous petrological,
geochemical and structural studies. It is commonly inferred to represent an
almost complete section through the mid to lower continental crust, in which
metamorphism and partial melting of the abundant metapelites was the result of
magmatic underplating by a large volume of mantle-derived magma. This study
concerns amphibolite and granulite facies metamorphism in the Ivrea Zone with
focus on metapelites and metapsammites/metagreywackes from Val Strona di
Omegna and metapelites from Val Sesia and Val Strona di Postua, with the aim
to better constrain their metamorphic evolution as well as their pressure and
temperature conditions via phase equilibria modelling.

In Val Strona di Omegna, the metapelites show a structural and mineralogical
change from mica-schists with the common assemblage bi-mu-sill-pl-q-ilm ± liq at
the lowest grades, through metatexitic migmatites (g-sill-bi-ksp-pl-q-ilm-liq) at
intermediate grades, to complex diatexitic migmatites (g-sill-ru-bi-ksp-pl-q-ilm-liq)
at the highest grades. Within this section several mappable isograds occur,
including the first appearance of K-feldspar in the metapelites, the first
appearance of orthopyroxene in the metabasites and the disappearance of
prograde biotite from the metapelites. The inferred onset of partial melting in the
metapelites occurs around Massiola. The prograde suprasolidus evolution of the
metapelites is consistent with melting via the breakdown of first muscovite then
biotite. Maximum modelled melt fractions of 30–40 % are predicted at the highest
grade. The regional metamorphic field gradient in Val Strona di Omegna is
constrained to range from conditions of 3.5–6.5 kbar at T = 650–730 °C to P > 9
kbar at T > 900 °C. The peak P–T estimates, particularly for granulite facies
conditions, are significantly higher (around 100 °C) than those of most previous
studies. In Val Sesia and Val Strona di Postua to the south the exposure is more
restricted. P–T estimates for the metapelites are 750–850 °C and 5–6.5 kbar in
iii Abstract

Val Sesia and approximately 800–900 °C and 5.5–7 kbar in Val Strona di Postua.
These results show similar temperatures but lower pressure than metapelites in
Val Strona di Omegna. Metapelites in Val Sesia in contact with the Mafic
Complex exhibit a metatexitic structure, while in Val Strona di Postua diatexitic
structures occur. Further, metapelites at the contact with the Mafic Complex
contain cordierite (± spinel) that overprint the regional metamorphic assemblages
and are interpreted to have formed during contact metamorphism related to
intrusion of the Mafic Complex. The lower pressures in the high-grade rocks in
Val Sesia and Val Strona di Postua are consistent with some decompression
from the regional metamorphic peak prior to the intrusion of the Mafic Complex,
suggesting the rocks followed a clockwise P–T path. In contrast, the metapelites
in Val Strona di Omegna, especially in the granulite facies, do not contain any
cordierite or any evidence for a contact metamorphic overprint. The extrapolated
granulite facies mineral isograds are cut by the rocks of the Mafic Complex to the
south. Therefore, the Mafic Complex cannot have caused the regional
metamorphism and it is unlikely that the Mafic Complex occurs in Val Strona di
Omegna.


iv Zusammenfassung


Zusammenfassung

Die Ivrea Zone, eine im nördlichen Italien gelegene geologische Einheit, setzt
sich aus hochmetamorphen Gesteinen der Amphibolit- und Granulitfazies
zusammen. Die Gesteine wurden in der Vergangenheit vielfach petrologisch,
geochemisch und strukturgeologisch untersucht, da sie als ein klassisches Profil
der mittleren bis unteren kontinentalen Kruste interpretiert werden. Die Ivrea
Zone wird, neben einer Einheit die überwiegend aus einer Wechsellagerung von
Metasedimenten und Metabasiten besteht (Kinzigit Formation), durch eine
ehemals magmatische Einheit, dem sogenannten „Mafischen Komplex“,
charakterisiert. Der Mafische Komplex entstand nach gängigen Meinungen durch
magmatic underplating; er intrudierte in die Gesteine der unteren Kruste und wird
somit als Auslöser für die Metamorphose und die Anatexis in der Ivrea Zone
interpretiert.

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich hauptsächlich mit amphibolit- und
granulitfaziellen Metasedimenten (unterteilt in Metapelite und
Metapsammite/Metagrauwacken) des Val Strona di Omegna, des Val Sesia und
des Val Strona di Postua, wobei erstgenanntes den Schwerpunkt der Arbeit
bildet. Ziel der Arbeit ist es, im Vergleich zu vorherigen Arbeiten, die Druck- und
Temperaturbedingungen der Metamorphose und Gesteinsaufschmelzung
anhand von Mineral- bzw. Phasengleichgewichtsmodellierung weiter
einzugrenzen und Aussagen über den Grad der Teilschmelzenbildung treffen zu
können. Des Weiteren soll die Frage geklärt werden, inwiefern der „Mafische
Komplex“, speziell im Val Strona di Omegna, tatsächlich als Auslöser für die
Metamorphose und die Aufschmelzung der Gesteine in Frage kommen kann.

Die Metapelite im Val Strona di Omegna zeigen, von Südost nach Nordwest,
welches dem Übergang von niedrig- zu hochgradigen metamorphen
Bedingungen entspricht, eine kontinuierliche Entwicklung von Glimmerschiefern
v Zusammenfassung

(generell bi-mu-sill-pl-q-ilm ± liq) über metatexitische Migmatite (g-sill-bi-ksp-pl-q-
ilm-liq) hin zu komplexen diatexitischen Migmatiten (g-sill-ru-bi-ksp-pl-q-ilm-liq).
Innerhalb der Gesteinsabfolge war es möglich Isograden von Mineralstabilitäten
auszukartieren, wie zum Beispiel die Isograde, die das Verschwinden von
Muskovit, einhergehend mit dem ersten regulären Auftreten von Alkalifeldspat,
abbildet. Weitere Isograden, welche die Granulitfazies kennzeichnen, sind die
des ersten Auftretens von Orthopyroxen in Metabasiten und die des
Verschwindens von Biotit in den Metapeliten. Die ersten Anzeichen der
Schmelzbildung, welche einher geht mit dem Zerfall und dem Verschwinden von
zunächst Muskovit und später Biotit aus der peak Mineralparagenese, sind im
Gelände in der Gegend um Massiola zu beobachten; dadurch werden in den
höchstgradigen Metapeliten Schmelzgrade von 30–40 % erreicht, während die
Metapsammite/Metagrauwacken Schmelzgrade von weniger als 10 % aufweisen.
Die resultieren Druck- und Temperaturwerte im Val Strona di Omegna zeigen
einen regionalmetamorphen Trend und eine kontinuierliche Zunahme von 3.5–
6.5 kbar mit T = 650–730 °C unter niedriggradigen Bedingungen bis hin zu
P > 12 kbar und T > 950 °C unter höchstgradigen Bedingungen. Die Druck- und
Temperaturbedingungen, speziell in der Granulitfazies sind somit deutlich höher
(ca. 100 °C) als jene der meisten bisherigen Studien. Die Modellierung von
Metapsammiten/Metagrauwacken bestätigt den ermittelten regionalmetamorphen
Trend. In den beiden südlicher gelegenen Tälern, Val Sesia und Val Strona di
Postua, hinge