Υπολείμματα ανώτερου μανδύα και ωκεάνιου φλοιού από περιοχές της κεντρικής Μακεδονίας: γεωλογικά, ορυκτολογικά και γεωχημικά χαρακτηριστικά

Abstract

The Veria-Naousa ophiolite represents a dismembered unit, which has been obducted onto platform Cretaceous carbonates, Late Triassic-Jurassic marble, gneiss and schist of the Pelagonian Zone. The mantle sequence of the ophiolite includes, from base to top, srpentinised peridotites (lherzolite and harzburgite) and cpx-bearing harzburgite. The srpentinised harzburgite is the dominant rock type among the ultramafic rocks, while locally it encloses lenses, pods or elongated bodies of chromitite (massive and disseminated podiform bodies). The srpentinised peridotites intruded by a sparse network of pyroxenitic dykes (ol-orthopyroxenite and websterite). In addition to the above units, there are wide shear zones, which are characterised by the presence of srpentinites in the form of blades. The extended mantle rocks are observed which tectonically underlie diorite, gabbro (rodingitised), massive diabase and basalts, as well as pillow lavas. They are intensively altered rocks that have been affected by ocean metamorphism. The diabase are mainly dykes, while small zones of extensive massive diabase with folds are observed locally. In the eastern part of the ophiolithic complex there is a cataclastic zone of diabasic fragments and abtte veins.Sedimentary formations of mainly Cretaceous age are resolutely located on the ophiolitic rocks of Veria-Naousa complex. The ophiolitic rocks are unconformably overlain by Middle-Upper Cretaceous to Paleocene sedimentary formations (conglomeratic limestone, brecciated limestone, conglomeritic limestone) and Neogene to Quaternary deposits (alluvial sediments, talus).In the northeastern part of the ophiolitic complex, there are Pliocene volcanic rocks (andesite) which form a later magmatic process and are related to the magmatism of Almopia.The Edessa ophiolite complex represents remnants of oceanic lithosphere which was thrust out of one basin during Upper Jurassic to Lower Cretaceous time. Petrographic and geological evidence indicates that this ophiolite complex consists of both mantle and crustal suites. It includes principally harzburgite with high degree of srpentinisation and minor lherzolite, as well as diorite, gabbro, diabase and basalt. An ophiolitic bock-in matrix mélange formation occurs tectonically beneath the ophiolite near Ekklisochorion village. It comprises a multi-coloured heterogeneous formation with a chaotic internal structure that consists of tectonic blocks of srpentinites, basalts, marbles and schists surrounded by tectonised srpentinitic matrix. It is structurally overlain by a local sub-ophiolitic metamorphic sole, composed of amphibolites and both formations are overthrust by upper mantle tectonites.The ophiolite unit at the lower part of the Edessa ophiolite comprise srpentinised harzburgite and minor lherzolite overlain by diorite, gabbro, diabase and basalt. The srpentinised harzburgite is the dominant rock type among the ultramafic rocks displaying dark green colour and local relic pyroxenes with moderate to intense mantle deformation features such as banding and foliation. It encloses lenses, pods or elongated bodies of chromitite. Small-scale irregular joints are also developed in the rocks with the presence of slickensides and striations. Moderately srpentinised lherzolite is an infrequent, medium grained rock, which is characterised by greenish black to dark green colour and conchoidal fracture. It occurs as relic, irregular bodies up to few meters, surrounded by harzburgite. Local lherzolite slivers are repeated in the mantle domain of Edessa due to a series of imbricated thrusts occurring through the area. Light to dark green veins of dunite (up to few cm thick) locally penetrate the lherzolite. Sparse gabbroic and dioritic dykes intrude the srpentinised harzburgite. The medium to coarse-grained, pale green dykes display chilled margins. Some of the gabbroic dykes are intensely rodingitised. Massive diabase and basalt are thrust over serepentinised harzburgite and pass upwards into basaltic pillow-lava flows. The ophiolitic rocks are unconformably overlain by Middle-Upper Cretaceous to Paleocene sedimentary formations (conglomeratic limestone, brecciated limestone) and Neogene to Quaternary deposits (alluvial sediments, talus, travertine). The srpentinised harzburgite is overstrusted on flysch. Pliocene andesite and rhyolite of Almopias subzone have intruded the ophiolite. According to Sr-Nd isotopes they are associated with a SSZ tectonic environment, in the Early Tertiary during the collision of Africa and Eurasia.The petrogenetic evolution of the ophiolitic rocks from Veria-Naousa and Edessa is characterised by fractional crystallisation in open system. The fractional crystallisation is suggested by petrographical evidence (e.g. exsolution lamellae of clinopyroxene), from the wide variation of chemical composition, good correlations of chemical elements, positive linear stresses to incompatible elements (e.g. Ti, Y) and generally from the continuous paths of the differentiation diagrams, as well as from the parallels of the graphs to the REE diagrams.The crustals rocks of the Veria-Naousa and Edessa ophiolites have a common parental magma, which has resulted from a mixing episode of N-MORB-type magma with IAT-type magma. Based on the geochemical data, boninitic rocks were studied in the Veria-Naousa complex, which represent an almost undifferentiated low Ti magma. This fact is indicative of the existence of a subducted slab, which affected the petrogenetic evolution of the ophiolitic rocks. Boninitic rocks may have come from partial melting, about 40%, of the upper mantle during the subduction, or possibly represent a second partial melt episode.The srpentinised harzburgite and cpx-bearing harzburgite are the most depleted mantle rocks. The Edessa lherzolite and partly the srpentinised lerzolite of the Veria-Naousa complex, although representing more fertile mantle formations, have been affected by partial melting processes. The variable degree of partial melting of studied peridotites as evidenced by their mineralogical and geochemical characteristics indicates that they are residuals of the mantle and have been affected by different partial melting episodes. The relatively low to moderate percentages of Al2O3 of either orthopyroxene (1.38-5.07 wt.%) and clinopyroxene (1.21-8.19 wt.%), the Fo content of olivine of 88.9- 90.4 (values similar to olivines derived from supra subduction zones of Pirard et al. 2013), as well as increased NiO contents (0.29-0.85 wt.%), the broad range of Cr# values of spinels-group minerals and the progressive depleted of the studied peridotites, mainly the harzburgite, in magmafile elements (such as Al2O3, CaO, MnO), incompatible trace elements (such as V, Sc, Zn, Y), and in HREE, are the main mineralogical and petrological evidence that they have undergone different partial melting episodes.The presence of dispersed allotriomorphic grains of sulphides, either in the form of inclusions in silicate minerals or as intermediate grains, in the ultramafic and mafic rocks of the Veria-Naousa and Edessa ophiolites are indicative of their magma origin and their formation by the crystallisation of a silica magma. However, the presence of sulphides among silicate minerals, as well as their irregular shape (especially in the srpentinised peridotites), indicates subsequent processes (such as srpentinisation), which has resulted in a change in their mineralogical composition.Four main volcanic groups have been identified according to their geochemical characteristics: IAT basalts-diabase, N-MORB basalts-diabase, E-MORB diabase and boninite. The presence of IAT and E-MORB rocks as well as boninite indicating hydrous conditions associated with the melting of the subducted lithosphere.Rodingite dykes occur in the srpentinised lherzolite and harzburgite bodies of the Veria-Naousa and Edessa ophiolite complexes. Based on petrographical, mineralogical and geochemical characteristics the rodingite samples were divided into three groups, in terms of their different protoliths. Type I includes rodingites derived from ultramafic rocks (lherzolite from the Edessa ophiolite and ol-orthopyroxenite from Veria-Naousa ophiolite). Types II and III include samples with gabbroic and diabase protoliths, respectively.From a comparative geological and geochemical study of the Veria-Naousa and Edessa ophiolites with ophiolitic complexes from the Axios Ocean, many similarities were found among them. A comparative geochemical study of the ophiolites from Veria-Naousa, Edessa, Guevgeuli and Thessaloniki, showed a transition from an island-arc environment (including backarc basin) to a complex evolution involving both spreading and converging regimes. Moreover, the possible model suggested for the geotectonic development of Veria-Naousa and Edessa ophiolites is a supra subduction zone environment (SSZ) in Axios Ocean.

Το οφιολιθικό σύμπλεγμα Βέροιας-Νάουσας αποτελεί ένα διαμελισμένο σύμπλεγμα, το οποίο έχει επωθηθεί πάνω σε σχηματισμούς της Πελαγονικής ζώνης και κυρίως σε Κρητιδικούς ασβεστόλιθους πλατφόρφας, Τριαδικό-Ιουρασικά μάρμαρα, γνεύσιους και σχιστόλιθους. Οι κύριοι μανδυακοί λιθότυποι που συνθέτουν το οφιολιθικό σύμπλεγμα είναι από κάτω προς τα πάνω σερπεντινιωμένοι περιδοτίτες (λερζόλιθοι και χαρτσβουργίτες) και κλινοπυροξενομιγείς χαρτσβουργίτες. Οι σερπεντινιωμένοι χαρτσβουργίτες καταλαμβάνουν το μεγαλύτερο μέρος των μανδυακών σχηματισμών, ενώ τοπικά εμφανίζουν μεταλλοφορίες χρωμίτη (συμπαγούς και διάσπαρτου τύπου). Οι σερεπεντινιωμένοι λερζόλιθοι διακόπτονται από ένα αραιό δίκτυο βεβστεριτικών φλεβών, ενώ στους σερπεντινιωμένους χαρτσβουργίτες εμφανίζονται ολιβινικοί ορθοπυροξενίτες με μορφή φλεβών και λεπτών στρωμάτων μήκους 1 έως μερικών μέτρων. Εκτός από τις παραπάνω ενότητες, υπάρχουν και ευρείες ζώνες διάτμησης, οι οποίες χαρακτηρίζονται από την παρουσία σερπεντινιτών με τη μορφή λεπίων. Σε μικρότερο βαθμό εμφανίζονται μαγματικά πετρώματα, τα οποία από κάτω προς τα πάνω είναι διορίτες, γάββροι (ροδιγκιτιωμένοι και μη), διαβάσες και βασάλτες με μαξιλαροειδείς μορφές. Αποτελούν έντονα εξαλλοιωμένα πετρώματα που έχουν επηρεαστεί από την ωκεάνια μεταμόρφωση. Οι διαβάσες είναι κυρίως με τη μορφή φλεβών, ενώ τοπικά παρατηρούνται μικρές ζώνες εκτεταμένου διαβασικού υλικού με πτυχώσεις. Στο ανατολικό τμήμα του οφιολιθικού συμπλέγματος παρατηρείται μία κατακλαστική ζώνη που αποτελείται από γωνιώδη τεμάχη διαβασικού υλικού με αλβιτιτικές φλέβες.Ιζηματογενείς σχηματισμοί Κρητιδικής κυρίως ηλικίας είναι τοποθετημένοι επικλυσιγενώς πάνω στα οφιολιθικά πετρώματα του συμπλέγματος Βέροιας-Νάουσας. Ο κατώτερος ορίζοντας των σχηματισμών αυτών αποτελείται από φλυσχοειδείς αποθέσεις (ψαμμίτες, άργιλοι, αργιλικοί σχίστες), ενώ στον ανώτερο ορίζοντα παρατηρούνται λατυποπαγοειδείς ασβεστόλιθοι και τεφροί έως ροδόχρωμοι ενστρωμένοι ασβεστόλιθοι, στους οποίους παρεμβάλλονται σχιστώδεις και κροκαλοπαγείς ενστρώσεις. Χαλαροί ιζηματογενείς σχηματισμοί Νεογενούς και Τεταρτογενούς ηλικίας (ασβεστολιθικά κροκαλοπαγή και λατυποπαγή) καλύπτουν τα οφιολιθικά πετρώματα.Στο βορειοανατολικό τμήμα του οφιολιθικού συμπλέγματος εμφανίζονται Πλειοκαινικά ηφαιστειακά πετρώματα, αναδεσιτικής κυρίως σύστασης, τα οποία αποτελούν μετέπειτα μαγματικές διεργασίας και σχετίζονται με το μαγματισμό της Αλμωπίας.Τα οφιολιθικά πετρώματα της Έδεσσας αντιπροσωπεύουν υπολείμματα ωκεάνιας λιθόσφαιρας, που επωθήθηκε πάνω σε μία ωκεάνια λεκάνη κατά το Ανώτερο Ιουρασικό έως το κατώτερο Κρητιδικό. Αποτελούν ένα διαμελισμένο οφιολιθικό σύμπλεγμα, εξαιτίας της έντονης τεκτονικής που έχουν υποστεί. Η βάση στην οποία έχει επωθηθεί το οφιολιθικό σύμπλεγμα της Έδεσσας είναι ένας ετερογενής χαοτικός σχηματισμός (mélange) μικρής κλίμακας που εκτείνεται κυρίως στο κεντρικό τμήμα του συμπλέγματος. Πάνω από την οφιολιθική mélange παρατηρήθηκαν εμφανίσεις μεταμορφωμένων πετρωμάτων, τα οποία αποτελούν το μεταμορφικό πέλμα. Τα πετρώματα αυτά είναι κυρίως αμφιβολίτες και σε μικρότερο βαθμό γρανατούχοι αμφιβολίτες και σχιστόλιθοι. Η οφιολιθική σειρά περιλαμβάνει από τα κατώτερα προς τα ανώτερα μέλη τους εξής μανδυακούς σχηματισμούς: λερζόλιθους και σερπεντινιωμένους χαρτσβουργίτες με σχετικά υψηλό βαθμό σερπεντινίωσης. Οι λερζόλιθοι είναι πιο σπάνιοι, παρουσιάζουν ένα σκούρο πράσινο έως μαύρο χρώμα, μέτριο μέγεθος κόκκων με κογχώδη θραυσμό και μέτριο βαθμό σερπεντινίωσης, καθώς επίσης και ίχνη μανδυακής φολίωσης. Επιπλέον, οι λερζόλιθοι διαπερνώνται από φλέβες ροδινγκιτών μικρού μήκους (<5 cm). Οι σερπεντινιωμένοι χαρτσβουργίτες αποτελούν την πλειονότητα των μανδυακών σχηματισμών και παρουσιάζουν τον πιο υψηλό βαθμό σερπεντινίωσης, ενώ τοπικά εμφανίζουν μεταλλοφορίες χρωμίτη (συμπαγούς και διάσπαρτου τύπου). Οι χαρτσβουργίτες αναπτύσσουν μικρής κλίμακας διακλάσεις με παρουσία επιφανειών ολίσθησης και γραμμώσεων.Όσον αφορά τη βασική ακολουθία περιλαμβάνει διορίτες, γάββρους, διαβάσες και βασάλτες. Οι διορίτες και οι γάββροι αποτελούν πιο σπάνιους σχηματισμούς και σχηματίζουν ένα αραιό δίκτυο φλεβών, που διαπερνά τους σερπεντινιωμένους χαρτσβουργίτες. Οι γάββροι εμφανίζουν υψηλό βαθμό εξαλλοίωσης. Συμπαγείς διαβάσες και βασάλτες είναι επωθημένοι πάνω στους χαρτσβουργίτες και καταλήγουν προς τα ανώτερα μέλη σε βασαλτικής σύστασης μαξιλαροειδείς ροές. Τα οφιολιθικά πετρώματα επικαλύπτονται από Μέσο-Άνω Κρητιδικά έως Παλαιοκαινικά ιζηματογενή πετρώματα (ασβεστολιθικά κροκαλοπαγή, φλύσχη), αλλά και από νεότερες αποθέσεις, όπως τραβερτίνης, σύγχρονες αλλουβιακές αποθέσεις και κώνους κορρημάτων.Στα ανατολικά των οφιολίθων παρατηρούνται ηφαιστειακά πετρώματα όξινης έως βασικής σύστασης, τα οποία ανήκουν στην υποζώνη της Αλμωπίας. Τα ηφαιστειακά πετρώματα περιλαμβάνουν ανδεσίτες και ρυόλιθους, που σχηματίστηκαν κατά το Πλειόκαινο. Η πετρογενετική εξέλιξη των οφιολιθικών πετρωμάτων των συμπλεγμάτων Βέροιας-Νάουσας και Έδεσσας πραγματοποιήθηκε μέσω διεργασιών κλασματικής κρυστάλλωσης κατά την άνοδο του μάγματος σε ανοιχτό σύστημα. Οι διεργασίες κλασματικής κρυστάλλωσης υποδεικνύονται από πετρογραφικές ενδείξεις (π.χ. λαμέλλες απόμειξης κλινοπυρόξενου σε κρυστάλλους ορθοπυρόξενων), από την ευρεία διακύμανση της χημικής σύστασης, τους καλούς συσχετισμούς των χημικών στοιχείων, τις θετικές γραμμικές τάσεις σε ασύμβατα στοιχεία (π.χ. Ti, Y) και γενικά από τις συνεχείς πορείες των διαγραμμάτων διαφοροποίησης, καθώς και από τις παραλληλίες των γραφημάτων στα πολυστοιχειακά διαγράμματα των σπάνιων γαιών.Τα μαγματικά πετρώματα των συμπλεγμάτων Βέροιας-Νάουσας και Έδεσσας έχουν κοινό μητρικό μάγμα, το οποίο έχει προκύψει από τη μείξη δύο μαγμάτων, ενός με χαρακτηριστικά N-MORB (N-MORB βασάλτες και διαβάσες Έδεσσας) και ενός με χαρακτηριστικά IAT (βασάλτες και διαβάσες Βέροιας-Νάουσας). Από τη μείξη των δύο αυτών μαγμάτων κρυσταλλώθηκαν στη συνέχεια τα πετρώματα της Έδεσσας με χαρακτήρες N-MORB και E-MORB (γάββροι Έδεσσας).Με βάση τα γεωχημικά δεδομένα, μελετήθηκαν μπονινιτικά πετρώματα στο συμπλέγμα Βέροιας-Νάουσας, τα οποία αντιπροσωπεύουν ένα σχεδόν αδιαφοροποίητο μάγμα χαμηλού Ti. Το γεγονός αυτό αποτελεί ένδειξη για την ύπαρξη ενδοωκεάνιας υποβυθιζόμενης πλάκας, η οποία επηρέασε την πετρογενετική εξέλιξη των οφιολιθικών πετρωμάτων της συγκεκριμένης περιοχής. Τα μπονινιτικά πετρώματα πιθανά έχουν προέλθει από μερική τήξη, περίπου 40%, του ανώτερου μανδύα κατά τη διάρκεια της υποβύθισης της ωκεάνιας πλάκας ή πιθανά αντιπροσωπεύουν ένα δεύτερο επεισόδιο μερικής τήξης.Οι σερπεντινιωμένοι και κλινοπυροξενομιγείς χαρτσβουργίτες απτελούν τα πιο έντονα αποπλυμένα μανδυακά πετρώματα και στα δύο συμπλέγματα. Οι λερζόλιθοι της Έδεσσας και εν μέρει οι σερπεντινιωμένοι λερζόλιθοι του συμπλέγματος Βέροιας-Νάουσας, αν και αντιπροσωπεύουν πιο γόνιμους μανδυακούς σχηατισμούς, έχουν επηρεαστεί από διεργασίες μερικής τήξης. Ο ποικίλος βαθμός μερικής τήξης των περιδοτιτών των υπό μελέτη συμπλεγμάτων όπως προκύπτει από τις ορυκτολογικές και γεωχημικές τους συστάσεις υποδεικνύει ότι αποτελούν υπολείμματα του μανδύα και έχουν επηρεαστεί από διαφορετικά επεισόδια μερικής τήξης. Τα σχετικά χαμηλά έως μέτρια ποσοστά Al2O3 τόσο των ορθοπυρόξενων (1,38-5,07 wt.%) όσο και των κλινοπυρόξενων (1,21-8,19 wt.%), το ποσοστό φορστερίτη των κρυστάλλων ολιβίνη από 88,9-90,4 (τιμές παρόμοιες με ολιβίνες που προέρχονται από περιδοτίτες ζωνών υποβύθισης Pirard et al. 2013), καθώς επίσης και τα αυξημένα ποσοστά του NiO (0,29-0,85 wt.%), το ευρύ φάσμα των τιμών Cr# των ορυκτών της ομάδας του σπινέλιου και η προοδευτική απόπλυση των υπό μελέτη περιδοτιτών, κυρίως των χαρτσβουργιτικών, στα μαγματόφιλα κύρια στοιχεία (όπως Al2O3, CaO, MnO), στα ασύμβατα ιχνοστοιχεία (όπως V, Sc, Zn, Y) και στις HREE, αποτελούν τις κυριότερες ορυκτολογικές και πετρολογικές ενδείξεις ότι έχουν υποστεί διαφορετικά επεισόδια μερικής τήξης.Η παρουσία διάσπαρτων αλλοτριόμορφων κόκκων θειούχων ορυκτών είτε με τη μορφή εγκλεισμάτων μέσα σε πυριτικά ορυκτά είτε ως ενδιάμεσοι κόκκοι, στα υπερβασικά και βασικά πετρώματα των συμπλεγμάτων Βέροιας-Νάουσας και Έδεσσας αποτελούν ενδείξεις της μαγματικής προέλευσής τους και του σχηματισμού τους με την κρυστάλλωση ενός πυριτικού μάγματος. Ωστόσο, η ύπαρξη διακρυσταλλικών θειούχων ανάμεσα στα πυριτικά ορυκτά, καθώς επίσης και το ακανόνιστο σχήμα τους (ιδιαίτερα στους λιθότυπους που εμφανίζουν υψηλό βαθμό σερπεντινίωσης), υποδεικνύουν μεταγενέστερες διεργασίες (όπως η σερπεντινίωση), οι οποίες είχαν σαν αποτέλεσμα τη μεταβολή της ορυκτολογικής τους σύστασης.Στα ηφαιστειακά πετρώματα πετρώματα του συμπλέγματος Βέροιας-Νάουσας και Έδεσσας διακρίθηκαν τέσσερεις γεωχημικοί τύποι, IAT βασάλτες και διαβάσες, N-MORB βασάλτες και διαβάσες, E-MORB διαβάσες και μπονινιτικοί διαβάσες και βασάλτες. Η παρουσία ηφαιστειακών πετρωμάτων με IAT, E-MORB και μπονινιτικούς χαρακτήρες προϋποθέτουν την ύπαρξη ένυδρων συνθηκών, οι οποίες σχετίζονται με την τήξη υποβυθιζόμενης λιθόσφαιρας. Σε βάρος των βασικής σύστασης πετρωμάτων και συγκεκριμένων υπερβασικών πετρωμάτων έλαβαν χώρα μετασωματικές διεργασίες που σαν αποτέλεσμα είχαν το σχηματισμό ροδινγκιτιωμένων πετρωμάτων. Με βάση πετρογραφικά, ορυκτοχημικά και γεωχημικά χαρακτηριστικά οι ροδινγκίτες διαχωρίστηκαν σε τρεις κύριους τύπους για κάθε περιοχή. Οι ροδινγκίτες τύπου Ι έχουν ως πρωτόλιθο υπερβασικής σύστασης πέτρωμα, λερζόλιθο για την Έδεσσα και ολιβινικό ορθοπυροξενίτη για το σύμπλεγμα Βέροιας-Νάουσας. Οι ροδινγκίτες τύπου ΙΙ έχουν ως πρωτόλιθο γαββρικής σύστασης πέτρωμα (γάββρο και σωρειτικό γάββρο) και στα δύο συμπλέγματα, ενώ οι ροδινγκίτες τύπου ΙΙΙ διαβασικής σύστασης πρωτόλιθο.Από τη συγκριτική μελέτη των οφιολιθικών συμπλεγμάτων Βέροιας-Νάουσας και Έδεσσας με τις γειτονικές οφιολιθκές εμφανίσεις που προέρχονται από τον ωκεανό του Αξιού προέκυψαν μεταξύ τους πολλές ομοιότητες. Από τη συγκριτική γεωχημική μελέτη μεταξύ των οφιόλιθων της Γευγελής, της Θεσσαλονίκης, της Βέροιας-Νάουσας και της Έδεσσας προκύπτει η μετάβαση από ένα καθαρά γεωτεκτονικό περιβάλλον νησιωτικού τόξου-περιθωριακής λεκάνης σε ένα περιβάλλον διάνοιξης. Άλλωστε το γεωτεκτονικό μοντέλο που προτείνεται για τα οφιολιθικά συμπλέγματα Βέροιας-Νάουσας και Έδεσσας στηρίζεται σε ένα γεωτεκτονικό περιβάλλον διάνοιξης πάνω σε υποβυθιζόμενη λιφοσφαιρική πλάκα, με τους οφιόλιθους του συμπλέγματος Βέροιας-Νάουσας και Έδεσσας να αντιπροσωπεύουν διαφορετικά στάδια εξέλιξης του ωκεάνιου φλοιού μέσα στον ωκεανό του Αξιού.