Αρχιτεκτονική δομή, κινηματική της παράμορφωσης και γεωτεκτονική τοποθέτηση του συμπλέγματος Μαμωνιών και των οφιολιθικών μειγμάτων της ΝΔ Κύπρου

Abstract

The aim of this study is to observe the geological and tectonic processes which affected the Mamonia Complex in south-southwest Cyprus. The allochthon Mamonia Complex constitutes a part of a passive continental margin that was juxtaposed with a marginal oceanic basin which was formed in an intra-oceanic subduction that the ophiolite rocks of Troodos-Akamas was created above it. The Mamonia Complex constitutes a significant tectono-sedimentary unit which is characterized by complicated geodynamic evolution, and along with the metamorphic rocks of Ayia Varvara Formation are the triggering of understanding the geodynamic evolution and palaeogeography of the Neotethyan ocean.The Mamonia Complex can be subdivided into two fundamental tectono-sedimentary units, the Dhiarizos Group, and the Ayios Photios Group. The Upper Triassic Dhiarizos Group consists of sedimentary and volcanic rocks, while the Upper Triassic-Middle Cretaceous Ayios Photios Group consists of sedimentary formations (e.g., Vlambouros Fm, Marona Fm, Episkopi Fm). Specifically, the Ayios Photios Group represents a deep-water slope or a base slope sequence that was developing in in various levels. A stratigraphic hiatus is recognized between the underlying Upper Triassic Vlambouros and Marona Fms, and the overlying Middle Jurassic (Callovian?)-Vellangian radiolitic sequence of Episkopi Fm. In this study, by the laboratory processing of a sample (cy_114_s9-Ep. 19-9; Varnava et al. 2021) of the radiolaritic sequence of Episkopi Fm a significant age is established. The co-occuerences of species Bernoullius rectispinus leporinus Conti & Marcucci, Hexasaturnalis tetraspinus (Yao) and Theocapsommella cucurbiformis (Baumgartner) characterizes the Unitary Association Zone 6 (U.A.Z. 6) which is correlated with the Middle Vathonian. According to that we here propose for the first time extend down to the Bathonian the known age range of the Episkopi Fm, thereby reducing the stratigraphic hiatus between it and the underlying Upper Triassic Vlambouros and Marona Fms. Based on results of this study recognises that radiolarian ooze accumulation was taking place on the Mamonia distal continental margin in an environment protected of any major siliciclastic or carbonate detrital input, at least from the Bathonian. Significance role on the geodynamic evolution of the Mamonia Complex take place the metamorphic rocks of Ayia Varvara Fm [90-83 Ma; Spray & Roddick (1981) or 90-76 Ma; Chan et al. (2007)] that are imbricated with the serpentinite between it. Based on the relevant thin sections of sixteen samples, amphibolite consists of amphiboles, plagioclase, scattered quartz and, more often, quartz in veins, epidote, chlorite, pyroxene, actinolite, titanite minerals, and calcite. These metamorphic rocks have a lack of garnet. Furthermore, based on two samples of serpentinites consists of serpentinite, talc, spinel, and magnetite. The amphibole geothermometer (T) and the plagioclase-amphibole geobarometer (P) of the metamorphic rocks were estimated for temperature and pressure, respectively. Temperatures were estimated of about 300oC until 720oC with a decrease of temperature from the core to rim of amphiboles. Pressures were estimated of about 8 until 15kbar at 650oC and from 7 until 15kbar at 705oC. Based on values of temperature and pressure the metamorphic rocks of Ayia Varvara Fm, in this study, they are characterized as typical rocks of metamorphic sole. Therefore, according to the temperature decreasing from the core to rim, but also the size decreasing of the amphiboles (sample cy_008_s1), is essentially indicated the gradual evolution of oceanic plate until its cooling, as well as the gradual uplift of metamorphic sole rocks to the surface until the emplacement of Troodos-Akamas ophiolite rocks. It is estimated that the metamorphic sole rocks of Ayia Varvara Fm most likely created on the oldest Triassic subducted crust during the subduction by the prevailing young crust that the Troodos-Akamas ophiolite rocks were formed. On the continental margin of Triassic? crust the Mamonia Complex was created.A combination of metamorphic conditions with fieldwork observations that carried out in the type area of Mamonia Complex, five tectonics events was extracted which was contributed of its geodynamic evolution. Three Upper Ctetaceous compessional tectonic events were recognized, two of which were associated with ductile deformation and the last one with brittle deformation. The Upper Ctetaceous [Touronian-Campanian/90-83 Ma ή 90-76 Ma amphibolite ages by Spray & Roddick (1981) and Chan et al. (2007), respectively] tectonic event D0 is related to the intra-oceanic subduction and the amphibolite phase that is observed on the metamorphic sole rocks of Ayia Varvara Fm, with its structures fully overlayed by the structures of tectonic event D1. The Upper Cretaceous (Upper Campanian-Maastrichtian/70-68 Ma) tectonic event D1 is related to the gradual uplift of metamorphic sole rocks of Ayia Varvara Fm as well as the obduction of Trodos-Akama ophiolitic rocks. On this event the metamorphism that affected the metamorphic rocks of Ayia Varvara Fm reaches to medium-grade greenschist facies in which the amphibole is altered to actinolite, or tremolite. In the serpentinite rocks significant deterioration is also observed where pyroxene is altered to talc and thus indicating the existence of a peridotite protolith. Based on fieldwork and microscope observations of the kinematic indicators of metamorphic rocks of Ayia Varvara Fm the main kinematic is indicated to the SW. The Upper Cretaceous (Maastrichtian/65 Ma) tectonic event D2 is related to the intensely imbrication of the formations in south-southwest Cyprus and the local back-thrusting. The compressional tectonic structures of this event have a main kinematic to the SW, however kinematic to the NE is observed in some thrusting, like as the steep reverse back-trust between the Mamonia Complex and the Troodos-Akama Ophiolite Complex. Newest tectonic structures also are observed in Mamonia Complex that could be subdivided into the tectonic event D3 and the contemporary tectonic event D4. The Upper Oligocene-Early Miocene tectonic event D3 is related to extensional rifting tectonic and it is characterized by medium dip angles oblique-normal faults to generally strike-slip faults. Main dextral and sinistral strike-slip faults with oblique-normal component and NW-SE and NE-SW oriented, respectively, are observed. Oldest formations placed at deeper positions and newest overlying layers of the tectonostratigraphy column are juxtaposed by these faults. Geodynamically, the crust thinning, the Cyprus orogen collapse, but also the exhumation of the imbricated tectonic structures and the oldest formations placed at deeper positions of Mamonia and Troodos-Akamas Complexes are related to tectonic event D3. The contemporary regime and the tectonic structures overlying all the previous tectonic structures mentioned are related to tectonic event D4, which is affecting such the oldest as much as the youngest Neogene formations. Based on GNSS analysis as well as the field observations, the fifth tectonic event D5 is associated with coeval compression and extension. Compression mainly direction is to NNW-SSE, while that of the extension is to ENE-WSW. More specifically, the modern active field is mainly determined by dextral strike-slip faults NE-SW oriented and normal faults approximately N-S oriented.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση των γεωλογικών και τεκτονικών διεργασιών που επηρέασαν το σύμπλεγμα Μαμωνίων στην νότιο-νοτιοδυτική Κύπρο. Οι αλλόχθονοι σχηματισμοί του συμπλέγματος Μαμωνίων αποτελούν τμήμα ενός παθητικού ηπειρωτικού περιθωρίου το οποίο ήρθε σε αντιπαραβολή με μία μικρότερη περιθωριακή ωκεάνια λεκάνη η οποία σχηματίστηκε κατά τη διάρκεια μίας ενδοωκεάνιας υποβύθισης πάνω από την οποία αναπτύσσονταν τα οφιολιθικά πετρώματα Τρόοδους-Ακάμα. Το σύμπλεγμα Μαμωνίων αποτελεί μία σημαντική τεκτονοστρωματογραφική ενότητα η οποία χαρακτηρίζεται από πολύπλοκη γεωδυναμική εξέλιξη και μαζί με τα μεταμορφωμένα πετρώματα του Σχηματισμού Αγία Βαρβάρα αποτελούν το έναυσμα για την κατανόηση της γεωδυναμικής εξέλιξης και παλαιογεωγραφίας του ωκεανού της Νεοτηθύος. Το σύμπλεγμα Μαμωνίων μπορεί να διαχωριστεί σε δύο βασικές τεκτονοστρωματογραφικές ομάδες, την Ομάδα Διαρίζος και την Ομάδα Άγιος Φώτιος. Η Ομάδα Διαρίζος, Ανώτερης Τριαδικής ηλικίας, αποτελείται από ιζηματογενή και ηφαιστειακά πετρώματα, ενώ η Ομάδα Άγιος Φώτιος, Άνω Τριαδικής-Μέσο Κρητιδικής ηλικίας αποτελείται ως επί τω πλείστο από ιζηματογενείς σχηματισμούς (Σχηματισμός Βλάμπουρος, Μαρώνας και Επισκοπή). Συγκεκριμένα, η Ομάδα Άγιος Φώτιος αντιπροσωπεύει ιζήματα βαθιάς θάλασσας, τα οποία αποτέθηκαν σε μία επικλινή κατωφέρεια ή μία κατωφέρεια που αναπτυσσόταν σε διαφορετικά επίπεδα/πρανή. Μεταξύ των υποκείμενων σχηματισμών Βλάμπουρος και Μαρώνας, ηλικίας Άνω Τριαδικό, και της υπερκείμενης ραδιολαριτικής σειράς του Σχηματισμού Επισκοπή, ηλικίας Καλλόβιο-Βαλαζίνιο, αναγνωρίζεται ένα στρωματογραφικό κενό ή διάστημα.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, έπειτα από εργαστηριακή επεξεργασία ενός δείγματος (cy_114_s9-Ep. 19-9; Varnava et al. 2021) της ραδιολαριτικής σείρας του Σχηματισμού Επισκοπή διαπιστώθηκε μια σημαντική ηλικία. Από την συνύπαρξη των ακτινοζώων Bernoullius rectispinus leporinus Conti & Marcucci, Hexasaturnalis tetraspinus (Yao) and Theocapsommella cucurbiformis (Baumgartner) το ραδιολαριτικο δείγμα συσχετίστηκε με το Μέσο Βαθώνιο (Unitary Association Zone 6). Επομένως, για πρώτη φορά προτάθηκε η επέκταση του γνωστού ηλικιακού εύρους του Σχηματισμού Επισκοπή στο Βαθώνιο, μειώνοντας έτσι το στρωματογραφικό κενό μεταξύ του σχηματισμού αυτού και των υποκείμενων σχηματισμών Βλάμπουρος και Μαρώνας. Με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης αναγνωρίζεται ότι στο απομακρυσμένο ηπειρωτικό περιθώριο των Μαμωνίων λάμβανε χώρα ραδιολαριτική ιζηματογένεση η οποία γινόταν σε ένα αποθετικό περιβάλλον που προστατευόταν από οποιαδήποτε προσφορά πυριτικού ή ανθρακικού υλικού, τουλάχιστον από το Βαθώνιο. Σημαντικό ρόλο στην γεωδυναμική εξέλιξη του συμπλέγματος Μαμωνίων και κατ’ επέκταση του οφιολιθικού συμπλέγματος Τροόδους-Ακάμα, παίζουν τα μεταμορφωμένα πετρώματα του Σχηματισμού Αγία Βαρβάρα, ηλικίας 90-83 Ma (Spray & Roddick 1981) ή 90-76 Ma (Chan et al. 2007), τα οποία παρατηρούνται με τον σερπεντινίτη ως λέπια εντός του συμπλέγματος. Στην παρούσα μελέτη, έπειτα από εργαστηριακή επεξεργασία δεκαέξι δειγμάτων, παρατηρήθηκε ότι η ορυκτολογική σύσταση των μεταμορφωμένων πετρωμάτων αποτελείται από αμφίβολο, πλαγιόκλαστο, χαλαζία, επίδοτο, χλωρίτη, πυρόξενο, ακτινόλιθο, τιτανιούχα ορυκτά και ασβεστίτη. Από τα πετρώματα αυτά απουσιάζει ο γρανάτης. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε και η ορυκτολογική σύσταση δύο δειγμάτων σερπεντινίτη τα οποία αποτελούνται από σερπεντίνη, τάλκη, σπινέλιο και μαγνητίτη. Για τα δείγματα των μεταμορφωμένων πετρωμάτων εκτιμήθηκαν οι θερμοκρασίες και οι πιέσεις, με το γεωθερμόμετρο αμφιβόλων (Τ) και το γεωβαρόμετρο πλαγιοκλάστου-αμφιβόλου (P), αντίστοιχα. Οι θερμοκρασίες υπολογίστηκαν από 300oC έως 720oC, με μείωση της θερμοκρασίας από τον πυρήνα προς την περιφέρεια των αμφιβόλων. Οι πιέσεις υπολογίστηκαν από 8 έως 15kbar σε θερμοκρασίες 650oC και από 7 έως 15kbar σε θερμοκρασίες 705oC. Οι συγκεκριμένες τιμές θερμοκρασίας και πίεσης αναγνωρίζονται σε τυπικά πετρώματα μεταμορφικής σόλας και κάπως έτσι τα μεταμορφωμένα πετρώματα του Σχηματισμού Αγία Βαρβάρα χαρακτηρίζονται ως τυπικά πετρώματα αμφιβολιτικής σόλας. Έτσι, σύμφωνα με την μείωση των θερμοκρασιών από τον πυρήνα προς την περιφέρεια, αλλά και την μείωση στο μέγεθος των αμφιβόλων (δείγμα cy_008_s1) υποδεικνύεται η εξελικτική διαδικασία της ωκεάνιας πλάκας έως την ψύξη της, αλλά και η άνοδος των μεταμορφωμένων πετρωμάτων αμφιβολιτικής σόλας στην επιφάνεια έως την τοποθέτηση των οφιολιθικών πετρωμάτων Τροόδος-Ακάμα. Εκτιμάται ότι τα μεταμορφωμένα πετρώματα αμφιβολιτικής σόλας του Σχηματισμού Αγία Βαρβάρα δημιουργήθηκαν κατά την υποβύθιση ενός παλαιότερου φλοιού, πιθανότατα Τριαδικής ηλικίας, κάτω από έναν νεότερο φλοιό στον οποίο δημιουργήθηκαν τα οφιολιθικά πετρώματα του Τροόδους-Ακάμα. Το σύμπλεγμα Μαμωνίων δημιουργήθηκε στο ηπειρωτικό περιθώριου του Τριαδικού(?) φλοιού.Σε ένα συνδυασμό των μεταμορφωμένων συνθηκών με τις υπαίθριες παρατηρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο σύμπλεγμα Μαμωνίων, εξήχθησαν πέντε τεκτονικά γεγονότα που συνέβαλαν στην γεωδυναμική εξέλιξη του. Αναγνωρίζονται τρία συμπιεστικά τεκτονικά γεγονότα Ανώτερης Κρητιδικής ηλικίας, εκ των οποίων τα δύο συνδέονται με πλαστκή παραμόρφωση και το τρίτο με ρηξιγενή παραμόρφωση.Το τεκτονικό γεγονός D0, ηλικίας Ανώτερο Κρητιδικό [Τουρόνιο-Καμπάνιο/90-83 Ma ή 90-76 Ma ηλικία αμφιβολιτών με βάση τους Spray & Roddick (1981) και Chan et al. (2007), αντίστοιχα], σχετίζεται με την ενδοωκεάνια υποβύθιση και την αμφιβολιτική φάση που παρατηρείται στα μεταμορφωμένα πετρώματα σόλας του Σχηματισμού Αγία Βαρβάρα, με τις δομές του να υπερκαλύπτονται από τις αντίστοιχες δομές τεκτονικού γεγονότος D1. Το τεκτονικό γεγονός D1, ηλικίας Ανώτερο Κρητιδικό (Ανώτερο Καμπάνιο-Μαιστρίχτιο/70-68 Ma), σχετίζεται με την μεταμορφική εξέλιξη των πετρωμάτων σόλας καθώς και με την κύρια τοποθέτηση (obduction) των οφιολιθικών πετρωμάτων Τρόδους-Ακάμα. Το γεγονός αυτό χαρακτηρίζεται από την μεσαίου βαθμού ανάδρομη πρασινοσχιστολιθική φάση η οποία επηρέασε τα μεταμορφωμένα πετρώματα του Σχηματισμού Αγία Βαρβάρα η οποία αποτυπώνεται από την μετατροπή της κεροστίλβης σε ακτινόλιθο, ή και τρεμολίτη. Σημαντική επίσης παρατήρηση στο σερπεντινίτη, είναι η παρουσία τάλκη ο οποίος προέρχεται από πυρόξενο υποδεικνύοντας ένα περιδοτιτικό πρωτόλιθο. Από υπαίθριες και μικροσκοπικές παρατηρήσεις κινηματικών δεικτών στα μεταμορφωμένα πετρώματα του Σχηματισμού Αγία Βαρβάρα αναγνωρίζεται κύρια κινηματική προς τα ΝΔ.Το τεκτονικό γεγονός D2, ηλικίας Ανώτερο Κρητιδικό (Μαιστρίχτιο/65 Ma), συνδέεται με την έντονη λεπίωση των σχηματισμών της νότιο-νοτιοδυτικής Κύπρου και με την τοπική αντιθετική φορά λεπίωσης (Back-thrust). Οι συμπιεστικές δομές αυτού του τεκτονικού γεγονότος έχουν κύρια φορά κίνησης προς τα ΝΔ, ωστόσο μερικές επωθήσεις παρατηρούνται με φορά κίνησης προς τα ΒΑ, όπως για παράδειγμα το απότομο ανάστροφο αντιθετικό ρήγμα (back-thrust) μεταξύ του συμπλέγματος Μαμωνίων και του οφιολιθικού συμπλέγματος Τροόδους-Ακάμα. Οι νεότερες τεκτονικές δομές που αναγνωρίζονται στο σύμπλεγμα Μαμωνίων διαχωρίζονται στο τεκτονικό γεγονός D3 και στο σύγχρονο τεκτονικό γεγονός D4. Το τεκτονικό γεγονός D3, ηλικίας Άνω Ολιγόκαινο-Μειόκαινο, συνδέεται με ρηξιγενή εκτατική τεκτονική και χαρακτηρίζεται από πλάγιο-κανονικά ρήγματα μεσαίας γωνίας κλίσης έως τυπικά ρήγματα οριζόντιας μετατόπισης. Τα ρήγματα οριζόντιας μετατόπισης αποτελούν μεγάλα ρήγματα, δεξιόστροφα και αριστερόστροφα, με πλάγιο-κανονική συνιστώσα και παράταξη ΒΔ-ΝΑ και ΒΑ-ΝΔ, αντίστοιχα. Τα ρήγματα αυτά, αντιπαραθέτουν ενότητες που βρίσκονται σε βαθύτερα σημεία με άλλες ενότητες που βρίσκονται στα ανώτερα υπερκείμενα στρώματα της τεκτονοστρωματογραφικής στήλης. Γεωδυναμικά, το τεκτονικό γεγονός D3 σχετίζεται με την τεκτονική λέπτυνση του φλοιού, την κατάρρευση του Κυπριακού ορογενούς, αλλά και την αποκάλυψη της καλυμματικής τεκτονικής και των πετρωμάτων που συναντώνται σε βαθύτερα σημεία των συμπλεγμάτων Μαμώνια και Τρόοδους-Ακάμα. Το τελευταίο τεκτονικό γεγονός D4 σχετίζεται με το σύγχρονο τεκτονικό καθεστώς και οι τεκτονικές δομές του υπερκαλύπτουν όλες τις δομές που αναλύθηκαν λεπτομερώς παραπάνω, επηρεάζοντας τόσο τους παλαιότερους όσο και τους νεότερους Νεογενείς σχηματισμούς. Όπως εκτιμάται από την γεωδαιτική ανάλυση, αλλά και από τις υπαίθριες παρατηρήσεις το τεκτονικό γεγονός D4 συνδέεται με ταυτόχρονη συμπίεση και έκταση. Η γενική διεύθυνση της συμπίεσης είναι ΒΒΔ-ΝΝΑ, ενώ της έκτασης ΑΒΑ-ΔΝΔ. Συγκεκριμένα, το σύγχρονο ενεργό πεδίο καθορίζεται κυρίως από δεξιόστροφα ρήγματα οριζόντιας μετατόπισης με γενική διεύθυνση ΒΑ-ΝΔ και κανονικά ρήγματα με γενική διεύθυνση ΒΒΔ-ΝΝΑ.