Metamorphic events during the formation of the East African Orogen [Elektronische Ressource] : case studies from Madagascar and Tanzania / vorgelegt von Niels Jöns

Niels Joens

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• Publié le: 01 janvier 2006
• Nombre de lectures: 20
• Langue: Deutsch
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Extrait

Metamorphic events during the formation
of the East African Orogen:
case studies from Madagascar and Tanzania
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Mathematisch–Naturwissenschaftlichen Fakult¨at
der Christian–Albrechts–Universitat¨
zu Kiel
vorgelegt von
Niels J¨ons
Kiel
2006Metamorphic events during the formation
of the East African Orogen:
case studies from Madagascar and Tanzania
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Mathematisch–Naturwissenschaftlichen Fakult¨at
der Christian–Albrechts–Universitat¨
zu Kiel
vorgelegt von
Niels J¨ons
Kiel
2006Referent: Prof.Dr.Volker Schenk
Korreferent/in: .....................
Tag der mundlic¨ hen Prufung:¨ .....................
Zum Druck genehmigt: Kiel, .....................
Der DekanVorwort
Die vorliegende Arbeit stellt zwar eine monographische Dissertation dar, die einzelnen Ka-
pitel, denen eine Einleitung vorangestellt ist, sind jedoch bezuglic¨ h ihres Aufbaues so kon-
zipiert, daß sie unabhangig voneinander publiziert werden konnen bzw. bereits publiziert¨ ¨
sind. Durch diesen Umstand ist es zu erklar¨ en, daß jedes Kapitel nochmals eine eigene
Einleitung, Diskussion und ein Literaturverzeichnis enthalt¨ . Auch beim Schreibstil, dem
Umfang, der Verwendung von Abkurzungen sowie der Formatierung von Abbildungen und¨
Tabellen wurde bereits den Anforderungen unterschiedlicher Fachzeitschriften Rechnung
getragen. Diesen Umstand moge der Leser berucksichtigen.¨ ¨
Kiel, September 2006
Niels Jons¨viTable of Contents
Zusammenfassung xi
Abstract xiii
1 Introduction 1
1.1 The formation of the East African Orogen in the context of the
Gondwana assembly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 The Madagascar–Tanzania connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Of granulites and whiteschists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Study approach and analytical techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.5 Outline of this study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Metamorphic evolution of northern Madagascar 9
2.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3 Geological setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.4 Analytical procedure and data processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.5 Petrography and mineral chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5.1 Northern (S´erie de Daraina-Milanoa) and central Bemarivo Belt . . 15
2.5.2 Southern Bemarivo Belt (S´erie de Sahantaha) . . . . . . . . . . . . 15
2.6 Mineral reaction history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.7 Conventional geothermobarometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.8 Geochronology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.8.1 Monazite textures and chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.8.2 Geochronological results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.9 Discussion and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.9.1 P-T path and geodynamic interpretation . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.9.2 Interpretation of the geochronological results . . . . . . . . . . . . . 35
2.9.3 The Bemarivo Belt and its relation to the formation of Gondwana . 35
2.10 Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36viii Table of Contents
3 The Vohibory Block: Relics of the Mozambique Ocean 43
3.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.3 Geological setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.4 Petrography and mineral chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5 Geothermobarometry and pressure-temperature evolution . . . . . . . . . . 46
3.6 Geochemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.7 Geochronology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.8 Discussion and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.9 Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4 Metamorphic evolution of southern Madagascar 57
4.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3 Previous work and geological setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4 Analytical procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.1 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4.2 Electron microprobe analyses and U-Th-totalPb dating . . . . . . . 63
4.4.3 Sensitive high-mass resolution ion microprobe (SHRIMP) . . . . . . 63
4.5 Petrography and mineral chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.1 Felsic and intermediate gneisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5.2 Metabasites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.5.3 Metapelites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.5.4 Calcsilicates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.5.5 Marbles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.5.6 Anorthosites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.6 Thermobarometric estimates and P–T evolution . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.6.1 Qualitative estimates from reaction textures . . . . . . . . . . . . . 90
4.6.2 Conventional geothermobarometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.7 Geochronology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.7.1 U-Th-totalPb dating of monazite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.7.2 U-Pb dating of zircon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.8 Discussion and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.8.1 Pressure-temperature evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.8.2 Timing of metamorphic events . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.8.3 Implications for the Gondwana formation . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.9 Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108Table of Contents ix
5 Petrology of whiteschists from Mautia Hill 119
5.1 Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.2 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.3 Previous work and geological setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.4 Petrography and mineral chemistry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.4.1 Analytical procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.4.2 Metapelites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.4.3 Metabasites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.4.4 Other rock types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
5.4.5 Whiteschists and chlorite schists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5.5 Thermobarometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.5.1 Metapelites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.5.2 Metabasites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.5.3 Hornblende-kyanite-talc-quartz schists . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.6 Reaction history. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.6.1 CMASH-CO -Fe O system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1432 2 3
5.6.2 MASH-Fe O system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1452 3
5.7 Discussion and conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.7.1 P-T evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.7.2 Influence of water activity and oxygen fugacity . . . . . . . . . . . . 147
5.7.3 Metasomatism and precursor rock of whiteschists . . . . . . . . . . 147
5.7.4 Geodynamic setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.8 Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
List of Figures 157
List of Tables 159
A Bemarivo Belt: SHRIMP zircon data of metapelitic samples 161
B Vohibory & Betsimisaraka: Mineral chemistry and geochemistry 165
C Southern Madagascar: CL images of zircon used for U-Pb dating 169
D Mautia Hill: Mineral analyses for thermobarometry 175
Publications related to this the