Petrological and microstructural evolution of syn-tectonic granitoids rocks, Migif-Hafafit area, South Eastern Desert, Egypt

Abstract

Τα γρανιτοειδή πετρώματα που μελετήθηκαν (WHC) σχηματίζουν στο σύνολό τους μια ανοιχτή μεγα-πτυχή με ΒΔ-ΝΕ ανάπτυξη. Αναπτύσσονται σε γεωγραφικό πλάτος 24ο 35΄00΄΄ Ν και 24ο 51΄00΄΄ και μήκος 34ο 30΄00΄΄και 34ο 45΄00΄΄. Τα πετρώματα μέσα στα οποία διεισδύουν τα γρανιτοειδή αποτελούνται από αμφιβολίτες πάνω στους οποίους επωθούνται υπερβασικά πετρώματα που εναλάσσονται με βιοτιτικούς και αμφιβολιτικούς γνεύσιους και ψαμμιτικούς γνεύσιους στα περιθώρια των μορφών δόμων (μεγα-αντικλίνων) που αναπτύσσονται στην περιοχή μελέτης. Σε ορισμένες περιπτώσεις οι αμφιβολίτες συνοδεύονται από μεταγάββρους. Τα γρανιτοειδή πετρώματα (τοναλίτες, γρανοδιορίτες και χαλαζιακοί διορίτες) εμφανίζονται με γνευσιακή υφή και αποτελούν τους πυρήνες των δόμων. Μελετήθηκε η κατανομή των κρυστάλλων Ζιρκονίου μεταξύ των ορυκτών σε διαφορετικούς τύπους των γρανιτοειδών δόμων για να υπολογισθεί ο σχετικός λόγος ορυκτών ζιρκονίου στο πέτρωμα. Ελήφθησαν υπόψη τα παρακάτω χαρακτηριστικά των ορυκτών του Ζιρκονίου: Χρώμα, εγκλείσματα, μήκος και πλάτος κρυστάλλων, λόγος επιμήκυνσης, μορφή και βαθμός στρογυλλότητας και διάβρωσης. Μελετήθηκε επί πλέον η γεωχημεία των γρανιτοειδών πετρωμάτων, για να καθορισθεί η γεωχημική τους συμπεριφορά, τα πετροχημικά τους χαρακτηριστικά, ο τύπος του μάγματος και το γεωτεκτονικό τους καθεστώς. Τα γρανιτοειδή πετρώματα σύμφωνα με τη γεωχημική ανάλυση και τη σύστασή τους ταξινομήθηκαν ως τοναλίτες έως γρανοδιορίτες σε όλους τους δόμους (A, B, C, D και Ε) και χαλαζιακός διορίτης στο δόμο D. Ο τύπος του μάγματος προσδιορίσθηκε ως ασβεστο-αλκαλικής σύστασης. Το τεκτονικό καθεστώς των γραννιτοειδών φαίνεται να είναι ανάλογο με αυτό του νησιωτικού τόξου. Η χημεία των ορυκτών δείχνει θετική συσχέτιση μεταξύ Cao στο πέτρωμα και An% στο πλαγιόκλαστο. Για να καταλάβουμε τις συνθήκες κάτω από τις οποίες κρυσταλλώθηκαν τα γρανιτοειδή πετρώματα, προσδιορίσθηκε για κάθε δόμο η αντίστοιχη πίεση και θερμοκρασία κρυστάλλωσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η πίεση και θερμοκρασία κρυστάλλωσης των γρανιτοειδών κυμαίνεται αντίστοιχα: Η. Aπό 4,7 έως 5,3 kbar και 716ο C έως 75ο8 C για τους τοναλίτες κ αι γρανοδιορίτες του δόμου Α. ΙΙ. Από 5 ως 6,3 kbarο Cκ έαωι ς 76269ο C για τοναλίτες και γρανοδιορίτες για τους δόμους B & C, ΙΙΙ. Από 4,4 έως 4,6 kbar καιο 7C64 έως ο7 7C για τοναλίτες και γρανοδιορίτες του δόμου D και 3,8 έως 5,5 kbar και 664ο C έως 688ο C για χαλαζιακό διορίτη του δόμου D και IV. Από 4,45 έως 6,3 kbar και 677ο C έως 689ο C για τοναλίτες και γρανοδιορίτες του δόμου Ε. Από αυτά συμπεραίνεται ότι οι τοναλίτες και γρανοδιορίτες του δόμου D χαρακτηρίζονται από συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και χαμηλής πίεσης κρυστάλλωσης σε αντίθεση με τα γρανιτοειδή πετρώματα από τους υπόλοιπους δόμους (A, B, C και Ε), που δείχνουν σχετικά χαμηλότερες θερμοκρασίες και υψηλότερες πιέσεις κρυστάλλωσης. Αναλύθηκαν μικροδομές σε πλαγιόκλαστα, χαλαζία, βιοτίτη και αμφίβολο αναγνωρίσιμες στη μικροσκοπική παρατήρηση και είναι αποτέλεσμα παραμόρφωσης,. Η παραμόρφωση των βιοτιτών και αμφιβόλων ήταν έντονη στους γνευσιακούς τοναλίτες στον πυρήνα του βόρειου Α δόμου και του νότιου Ε δόμου, καθώς επίσης και στους τοναλίτες και γνευσιακούς γρανοδιορίτες στον πυρήνα των κεντρικών B, C και D δόμων της περιοχής Hafafiti. Οι μικροδομές που μελετήθηκαν, περιλαμβάνουν, μετατόπιση, ολίσθηση, κυματοειδή κατάσβεστη, παραμόρφωση σε ζώνες, παραμόρφωση διδύμων και ανάπτυξη υποκόκκων. Η περισσότερο χαρακτηριστική μικροδομή παραμόρφωσης που παρατηρήθηκε στα πλαγιόκλαστα και στο χαλαζία περιλαμβάνει κυματοειδή κατάσβεση και ανάπτυξη υποκόκκων. Η ανάλυση της ποσοτικής παραμόρφωσης έδειξε, ότι τα τελικά ελλειψοειδή παραμόρφωση στους δόμους A, B, C και Ε έχουν τσιγαροειδή και πλάτυνση γεωμετρία, όμως στα ελλειψοειδή παραμόρφωσης στο δόμο D έχουν μόνο πλάτυνση γεωμετρία. Οι τέσσερεις δόμοι A, B, C και Ε επηρεάσθηκαν από περισσότερα του ενός παραμορφωτικά γεγονότα σε συνθήκες έκτασης ή συμπίεσης όμως ο δόμος D επηρεάσθηκε από ένα μόνο εφελκυστικό παραμορφωτικό γεγονός. Οι δόμοι στην ευρύτερη περιοχή μελέτης (WHC) παρουσιάζουν ετερογένεια στην παραμόρφωση σύμφωνα με το σχέδιο ακτινωτής τοποθέτησης των γραμμών ολίσθησης και επηρεάσθηκαν από βραδυ-ορογενετική έκταση, που συνδέεται με το Najd σύστημα ρηγμάτων οριζόντιας μετατόπισης και προκάλεσε την αποκάλυψη των δόμων, είναι προσανατολισμένοι σε ΒΔ-ΝΑ ανάπτυξη, παράλληλα στη διεύθυνση της Najd αριστερόστροφης, ρηξιγενούς ζώνης διάτμησης (Najd σύστημα ρηγμάτων). Τελικά, συμπεραίνεται ότι η τεκτονική ανάπτυξη του Wadi Hafafit συστήματος ελέγχεται από 5 εξελικτικά, μεταξύ τους, στάδια παραμόρφωσης. •Πρώτο στάδιο:(>700 Ma) Το πρώτο αυτό στάδιο ξεκίνησε με διάρρηξη του ηπειρωτικού φλοιού και ανάπτυξη ωκεάνιου φλοιού. Ταυτόχρονα έλαβε χώρα ιζηματογένεση στη λεκάνη που δημιουργήθηκε και κατά μήκος παθητικών περιθωρίων. •Δεύτερο στάδιο: (680-700 Ma) Λαμβάνει χώρα υποβύθιση ωκεάνειας λιθόσφαιρας που συνδέεται με τη γένεση του ασβεστο-αλκαλικού μαγματισμού σε συνθήκες νησιώτικο τόξου (Hafafit-νησιωτικό τόξο). •Τρίτο στάδιο: (670-680 Ma) Κατά τη διάρκεια εξέλιξης της υποβύθισης προκαλείται σε κάποιο προχωρημένο στάδιο της, η ανάπτυξη των συντεκτονικών μεταμορφικών γεγονότων (Μ1) και (Μ2). Αρχική σύγκρουση μεταξύ του Hafafit- νησιώτικου τόξου και ενός άλλου τόξου, ευρισκόμενου ΒΔ, οδηγεί σε δημιουργία ανάστροφων ρηγμάτων και έντονης λεπίωσης. Η φορά κίνησης κατά τη διάρκεια αυτής της λεπίωσης, όπως έδειξε η τεκτονική ανάλυση, εμφανίζεται με διάφορες κατευθύνσεις, που κυμαίνονται από ΒΔ έως ΒΑ αλλά και αντίθετα από ΝΑ έως ΝΔ. •Τέταρτο στάιδο: (590-600 Ma) Τελική σύγκρουση λαμβάνει χώρα μεταξύ του Hafafit νησιώτικου τόξου και του άλλου ηφαιστειακού τόξου, με προώθηση της κίνησης προς τα ΝΔ. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου το οφιολιθικό μείγμα και οι Wadi Ghadir οφιόλιθοι τοποθετούνται τεκτονικά πάνω στο ανατολικό τμήμα του WHC, αποτέλεσμα συμπιεστικής τεκτονικής. Γενική καλυμματική τεκτονική λαμβάνει χώρα κυρίως προς τα ΒΔ κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, διαχωρίζοντας την Nugrus ενότητα, μεταμορφωμένη σε συνθήκες πρασινοσχιστολιθικής φάσης (Μ1), από την Hafafit ενότητα, μεταμορφωμένη σε συνθήκες αμφιβολιτικής φάσης (Μ2). •Ρο τελικό πέμπτο στάδιο: (580-590 Ma) συνδέεται με ορογενετική έκταση και φλοϊκή λέπτυνση. Το στάδιο αυτό ελέγχεται από τη δράση του Najd-ρήγματος οριζόντιας μετατόπισης και προκάλεσε την αποκάλυψη των Hafafit-δόμων με έναν συνδυασμό Transpression και πλευρικής διαφυγής. Ο προσανατολισμός των C-αξόνων από τις δύο γενεές των κρυστάλλων του Ζιρκονίου με ΒΔ-ΝΑ ανάπτυξη, βρίσκεται παράλληλα ως προς την κυρίαρχη γράμμωση προσανατολισμού των ορυκτών που φιλοξενούν τα Ζιρκόνια (πλαγιόκλαστα, αμφίβολοι, βιοτίτες). Όλοι οι δόμοι των γρανιτοειδών πετρωμάτων επηρεάσθηκαν έντονα από το τελικό αυτό στάδιο παραμόρφωσης, και συνεπώς ο προσανατολισμός των μέγιστων αξόνων (Χ) της ελλειψοειδούς παραμόρφωσης ακολουθεί τη γενική ανάπτυξη των δόμων και της έκτασης, δηλαδή ΒΔ-ΝΑ.

The studied granitoids cored huge open regional fold trending NW-SE. The granitoids cored domes of the Wadi Hafafit Culmination (WHC) which is bordered by latitudes 24° 35´ 00´´ N and 24° 51´ 00´´ N and longitudes 34° 30´ 00´´ E and 34° 45´ 00´´ E. The basement rocks of the domes consist of banded amphibolites, overthrusted by ultramafic rocks, alternating bands of biotite- and hornblendegneisses and psammitic gneiss at the rim of the domal structure. In some parts, the amphibolites are associated with metagabbro. Granitoids (tonalites granodiorites and quartz diorites) with gneissic texture intrude the cores of the domes The distribution of zircon among the minerals on different types of Hafafit granitoid domes was determined in order to calculate the relative abundance ratio of zircon in the rock, forming minerals and at boundaries of minerals. The following features of zircon crystals were taken into account: colour, inclusions, crystal length, crystal breadth, elongation ratio, crystal habit and forms, and degree of roundness and corrosion. The geochemistry of the granitoids cored in Hafafit domes was studied in order to identify their geochemical behavior, petrochemical characteristics, magma type and tectonic setting. The cored granitoids of Hafafit are classified by the geochemical analyses and their modal composition as tonalites to granodiorites in all domes (A, B, C, D and E) and quartz diorite in dome D. The magma type of the granitoids cored Hafafit domes show a calc-alkaline affinity. The tectonic setting of granitoids (cored Hafafit domes) and their geochemical characteristics are indicative of island arc regime. The Mineral chemistry concluded the granitoids cored Hafafit domes is characterized by more calcic composition in the former rock, and show positive correlation between CaO in the rock and An% in the plagioclase. In order to understand the conditions under which the studied granitoids were crystallized, the corresponding pressure and temperature was determined for each dome. The results showed that the crystallization pressure and temperature of the granitoids range respectively: (i) from 4.7 to 5.3 kbar and from 716oC to 758oC for tonalities and granodiorites of dome A, (ii) from 5 to 6.3 kbar and from 729oC to 766oC for tonalities and granodiorites of domes B&C, (iii) from 4.4 to 4.6 kbar and from 764oC to 770oC for tonalities and granodiorites of dome D, and 3.8 to 5.5 kbar and from 664oC to 688oC for quartz diorite of dome D and (iv) from 4.45 to 6.3 kbar and from 677oC to 689oC for tonalities and granodiorites of dome E. From these it concluded that the tonalities and granodiorites of dome D are characterized by high T and low P conditions, oppositevely to the granitoids of the rest domes(A,B,C and E) that show relatively lower T and higher P. Optical microstructures, which have been formed as a result of deformation, are observed in plagioclase, quartz, biotite and hornblende. The deformation of the biotite and hornblende was intensive in gneissic tonalite which forms the core of the northern dome A and the southern dome E, and in gneissic tonalite and gneissic granodiorite which occupy the cores of the center domes B, C and D of Hafafit. The studied microstructures or substructures include dislocation gliding (synthetic microfractures), undulose extinction, deformation band, deformation twin and subgrain development. The most common substructures observed in plagioclase and quartz includes undulose extinction and subgrain development. The strain analysis showed that the final strain ellipsoids in domes A, B, C and E have oblate and prolate strain symmetry, but the strain ellipsoids in dome D have only oblate symmetry. The four domes A, B, C and E are affected by more than one deformation events related to extension and compression but dome D is affected by one extension deformation event. The domes are not uniform deformed throughout the WHC, according to the radial pattern of stretching lineation and were subjected and affected by late-orogenic extension, controlled by the Najd transform faults and resulted in the exhumation of the WHC domes are oriented NW-SE parallel to the trend of the left-lateral shear zones of Najd fault system. Finaly, we concluded that the tectonic evolution of Wadi Hafafit complex was controlled by five successive stages: -Frist stage: (>700 Ma) this early stage started with rifting and ocean floor spreading and contemporaneously with deposition in an oceanic basin along passive continental margins. - Second stage: (680-700 Ma) subduction took place (during this stage), which resulted in the generation of calc alkaline magmatism and the formation of Hafafit island arc. -Third stage: (670-680 Ma) advanced subduction caused the syentectonic metamorphic phases (M1) and (M2). Early collision between Hafafit island arc and another arc to its northwest lead to phases of shearing and thrusting. This shearing and thrusting have different directions SE or NW and NE or SW as shown by structural analysis. -Fourth stage: (590-600 Ma) late collision took place between Hafafit arc and the other volcanic arc, advancing further to the southwest. During this stage the ophiolitic melange and the Wadi Ghadir ophiolite were obducted onto the eastern part of WHC by regional thrusting. Regional nappe transport occured in NW direction, separating the Nugrus unit metamorphosed under green schist facies conditions (M1) from Hafafit unit metamorphosed under amphibolite facies conditions (M2). -The late fifth stage: (580-590 Ma) orogenic extension and crustal thinning took place, controlled by the Najd transform faults and resulted in the exhumation of the Hafafit domes through a combination of transpression and lateral extrusion. The orientation of C-axis of the two generations zircon crystals is SE-NW, being parallel to the main dominated lineation of hosting minerals (plagioclase, hornblende and biotite). All granitoids domes were subjected to this deformation event, and therefore the orientation of long axis (X) of strain ellipsoid is the same (i.e. SE-NW) in all domes.