Sedimentary rocks of the Internal Hellenides, Greece [Elektronische Ressource] : age, source, and depositional setting / Guido Meinhold

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• Publié le: 01 janvier 2008
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Extrait

Sedimentary rocks of the Internal Hellenides, Greece:
age, source, and depositional setting
Dissertation
zur Erlangung des Grades
“Doktor der Naturwissenschaften“
im Promotionsfach Geologie/Paläontologie
am Fachbereich Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz
Guido Meinhold
geb. in Schleiz
Mainz, 2007Erklärung
Ich versichere hiermit, die vorliegende Arbeit selbstständig und nur unter Verwendung der
angegebenen Quellen und Hilfsmittel verfasst zu haben.
Mainz, Dezember 2007Summary iii
Summary

In this PhD thesis the provenance and depositional setting of sedimentary rocks from
selected areas of the Internal Hellenides, Greece, are examined in detail. The main
sedimentary successions studied on the mainland Greece belong to the Pirgadikia and
Vertiskos Units of the Serbo-Macedonian Massif, to the Examili, Melissochori and
Prinochori Formations of the eastern Vardar Zone and to the Makri Unit and the Melia
Formation of the Thrace area. In the eastern Aegean Sea special emphasis was placed on
sedimentary successions cropping out on Chios Island. The rocks investigated range from
virtually non-metamorphosed to amphibolite facies; their ages span from Ordovician to
Cretaceous. Provenance characterisation was achieved using whole-rock major- and trace-
element geochemistry, mineral chemistry and U–Pb zircon geochronology. Depositional ages
of selected samples were additionally constrained using biostratigraphic analysis. Identifying
ancient source areas and depositional settings is of fundamental importance for
palaeogeographic reconstructions in the Tethyan realm. The most significant results obtained
are outlined below:
The oldest sedimentary rocks in the Internal Hellenides belong to the Pirgadikia Unit
of the Serbo-Macedonian Massif. They are very mature quartz-rich siliciclastic sediments,
which are correlated with Ordovician overlap sequences deposited at the northern margin of
Gondwana on the basis of maturity and zircon age spectra. Metasedimentary rocks from the
Vertiskos Unit are nearly coeval but of different depositional facies. Detrital zircon ages
suggest a NW African source (Hun superterrane). The rocks are interpreted to have been
deposited at an ancient active-margin setting.
The oldest biostratigraphically dated sedimentary rocks of Greece are Silurian to
Carboniferous olistoliths from a Late Palaeozoic turbidite-olistostrome succession on Chios
Island. The analysis of fossiliferous olistoliths, in conjunction with detrital zircon ages
suggest that the Late Palaeozoic siliciclastic succession of Chios received its detritus from
basement rocks of the Sakarya Zone in western Turkey and time and facies equivalents of
Palaeozoic units from the Istanbul Zone in northern Turkey and the Balkan region.iv Summary
During the Permo-Triassic the Examili Formation of the eastern Vardar Zone was
deposited in an intracontinental basin in proximity to the Vertiskos Unit. Minor input came
from Carboniferous basement rocks.
The Early–Middle Jurassic Melissochori Formation (formerly Svoula flysch) of the
eastern Vardar Zone was deposited at the slope of a carbonate platform and received large
amounts of detritus from a Permo-Carboniferous basement unit, probably the Pelagonian
Zone and/or the Lower Tectonic Unit of the Rhodope Massif. The Makri Unit of the Thrace
area is probably of the same age. Its sedimentary succession resembles that of the
Melissochori Formation, and it received large amounts of detritus from Permo-Carboniferous
basement rocks of the Pelagonian Zone or equivalent rocks.
During the Early Cretaceous the Prinochori Formation of the eastern Vardar Zone was
deposited in front of a nappe pile comprising ophiolitic rocks of the Vardar Ocean and
basement rocks of the Vertiskos Unit. The Melia Formation of the Thrace area was deposited
in front of a metamorphic nappe pile with Rhodope affinities in Cretaceous times.
The data of this study clearly show that subduction of a branch of the Palaeotethys
Ocean in the Late Palaeozoic and the subsequent accretion of North Gondwana-derived
terranes close to the southern active margin of Eurasia supplied detritus to sedimentary
successions of the Internal Hellenides. Early Mesozoic rifting marks the birth of Neotethyan
oceans in Greece. Intraoceanic subduction and ophiolite obduction characterise the Jurassic.
The Late Jurassic and Early Cretaceous phase of nappe tectonics was sealed by Mid-
Cretaceous carbonate deposition. In the Internal Hellenides the final closure of Neotethyan
oceanic basins occurred during the Late Cretaceous and Tertiary.Kurzfassung v
Kurzfassung
Ziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung der Liefergebiete und
Ablagerungsräume sedimentärer Gesteine aus ausgewählten Gebieten der inneren Helleniden
Griechenlands. Die untersuchten Sedimente Nordgriechenlands gehören zu den Pirgadikia
und Vertiskos Einheiten des Serbo-Makedonische Massifs, zu den Examili, Melissochori und
Prinochori Formationen der östlichen Vardar Zone und zur Makri Einheit und Melia
Formation des östlichen Zirkum-Rhodope-Gürtels in Thrakien. In der östlichen Ägäis lag der
Schwerpunkt bei den Sedimenten der Insel Chios. Der Metamorphosegrad der untersuchten
Gesteine variiert von der untersten Grünschieferfazies bis hin zur Amphibolitfazies. Das
stratigraphische Alter reicht vom Ordovizium bis zur Kreide. Zur Charakterisierung der
Gesteine und ihrer Liefgebiete wurden Haupt- und Spurenelementgehalte der Gesamtgesteine
bestimmt, mineralchemische Analysen durchgeführt und detritische Zirkone mit U–Pb
datiert. An ausgewählten Proben wurden außerdem biostratigraphische Untersuchungen zur
Bestimmung des Sedimentationsalters durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse dieser
Arbeit sind von großer Bedeutung für paläogeographische Rekonstruktionen der Tethys. Die
wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Die ältesten Sedimente Nordgriechenlands gehören zur Pirgadikia Einheit des Serbo-
Makedonischen Massifs. Es sind sehr reife, quarzreiche, siliziklastische Metasedimente, die
auf Grund ihrer Maturität und ihrer detritischen Zirkone mit ordovizischen overlap-
Sequenzen vom Nordrand Gondwanas korreliert werden können. Die Metasedimente der
Vertiskos Einheit besitzen ein ähnliches stratigraphisches Alter, haben aber einen anderen
Ablagerungsraum. Das Altersspektrum detritischer Zirkone lässt auf ein Liefergebiet im
Raum NW Afrikas (Hun Superterrane) schließen. Die Gesteinsassoziation der Vertiskos
Einheit wird als Teil einer aktiven Kontinentalrandabfolge gesehen.
Die ältesten biostratigraphisch datierten Sedimente Griechenlands sind silurische bis
karbonische Olistolithe aus einer spätpaläozoischen Turbidit-Olistostrom Einheit auf der
Insel Chios. Die Alter detritischer Zirkone und die Liefergebietsanalyse der fossilführenden
Olistolithe lassen den Schluss zu, dass die klastischen Sedimente von Chios Material vom
Sakarya Mikrokontinent in der West-Türkei und faziellen Äquivalenten zu paläozoischen
Gesteinen der Istanbul Zone in der Nord-Türkei und der Balkan Region erhalten haben.vi Kurzfassung
Während der Permotrias wurde die Examili Formation der östlichen Vardar Zone in
einem intrakontinentalen, sedimentären Becken, nahe der Vertiskos Einheit abgelagert.
Untergeordnet wurde auch karbonisches Grundgebirgsmaterial eingetragen.
Im frühen bis mittleren Jura wurde die Melissochori Formation der östlichen Vardar
Zone am Abhang eines karbonatführenden Kontinentalrandes abgelagert. Der Großteil des
detritischen Materials kam von permokarbonischem Grundgebirge vulkanischen Ursprungs,
vermutlich von der Pelagonischen Zone und/oder der unteren tektonischen Einheit des
Rhodope Massifs. Die Makri Einheit in Thrakien besitzt vermutlich ein ähnliches Alter wie
die Melissochori Formation. Beide sedimentären Abfolgen ähneln sich sehr. Der Großteil des
detritischen Materials für die Makri Einheit kam vom Grundgebirge der Pelagonischen Zone
oder äquivalenten Gesteinen.
Während der frühen Kreide wurde die Prinochori Formation der östlichen Vardar
Zone im Vorfeld eines heterogenen Deckenstapels abgelagert, der ophiolitisches Material
sowie Grundgebirge ähnlich zu dem der Vertiskos Einheit enthielt. Ebenfalls während der
Kreidezeit wurde in Thrakien, vermutlich im Vorfeld eines metamorphen Deckenstapels mit
Affinitäten zum Grundgebirge der Rhodopen die Melia Formation abgelagert.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Subduktion eines Teiles der
Paläotethys und die anschließende Akkretion vom Nordrand Gondwanas stammender
Mikrokontinente (Terranes) nahe dem südlichen aktiven Kontinentalrand Eurasiens den
geodynamischen Rahmen für die Schüttung des detritischen Materials der Sedimente der
inneren Helleniden im späten Paläozoikum bildeten. Die darauf folgenden frühmesozoischen
Riftprozesse leiteten die Bildung von Ozeanbecken der Neotethys ein. Intraozeanische
Subduktion und die Obduzierung von Ophioliten prägten die Zeit des Jura. Die spät-
jurassische und frühkretazische tektonische Ph