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Late Mesozoic to Cenozoic erosion and sediment dispersal in the Dinaride orogen: a sedimentary provenance approach

dc.contributor.advisorEynatten, Hilmar von Prof. Dr.de
dc.contributor.authorMikes, Tamásde
dc.date.accessioned2009-04-03T15:20:21Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T11:28:11Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:15Zde
dc.date.issued2009-04-03de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B27F-Bde
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-2394
dc.description.abstractDie vorliegende Arbeit stellt die Ergebnisse einer sedimentären Liefergebietsanalyse von Kreide- bis Tertiären Sedimentbecken der Dinariden dar und beabsichtigt, die orogene Entwicklung dieser bedeutenden jedoch nicht befriedigend bekannte Einheit der Alpinen Kette zu beleuchten. Der methodische Fokus lag an der ausführlichen Charakterisierung des aus den tektonostratigraphischen Haupteinheiten stammenden Detritus mittels Geochemie, Geochronologie und Spaltspurendatierung einzelner Mineralkörner. Die Ergebnisse ermöglichen eine Beschreibung der Paläogeologie, sowie eine Verbesserung der Erkenntnis über die Schüttungs- und Transportmuster der Sedimente, bestimmt durch großräumige Krusten- und Oberflächenprozesse während der Alpinen Orogenese. Der Bosnische Flysch bildet ein ca. 3000 m mächtiges, stark gefaltetes Paket spätjurassisch bis kreidezeitlicher Sedimente in den Zentralen Dinariden und grenzt an der Adriatischen Karbonatplattform und der Dinarischen Ophiolith-Zone an. Die detailierte Untersuchung des an sowohl ophiolithischem als auch kontinentalem Detritus reichen Flysches beleuchtet jene tektonische Ereignisse die der Schliessungs- und Obduktionsgeschichte des Neotethys-Ozeans abzuleiten sind. Auf die mitteljurassische intraozeanische Subduktion folgte bald die Exhumierung der ozeanischen Platte. Die im Graben abgelagerten Sedimente stammen teils von den hochgradig metamorphen Sohlen der Ophiolithe, und teils von dem distalen Kontinentalrand der Adriatischen Platte. Nach der Obduktion um den Jura/Kreide Übergang entwickelte sich ein großer klastischer Keil (Vranduk-Formation) vor dem leading edge, dessen Detritus von diversen Liefergebieten - von dem durch synsedimentäre Kühlung gekennzeichneten kontinentalen Basement der Adriatischen Platte, von den überschobenen Ophiolith-Einheiten sowie von umgelagerten Elementen zeitgleicher Urgon-fazieller Riffe die auf dem Überschiebungskomplex gewachsen sind - bezogen wurde. Der spätjurassische sauere Magmatismus am intraozeanischen konvergenten Plattenrand wird mittels (Th-U)/Pb Geochronologie an detritischem Monazit bzw. mittels U/Pb Geochronologie am Zirkon der Vranduk Fm., sowie Apatit Spaltspuren-Analyse an einem Tephra-Horizont am Beckenrand belegt. Die dominanten Monazit- und Zirkon-Alterskomponenten von 164 +/- 3 Ma bzw. 152 +/- 10 Ma, sowie das Apatit Spaltspuren-Alter von 148 +/- 11 Ma zeigen einheitlich, dass die Bildung leukokrater Schmelzen während der Mittel- bis Spätjura kulminiert, zeitgleich mit bzw. auch etwas über die Bildung sub-ophiolithischer metamorpher Sohlen. Das Wachstum von Monazit und der explosive Vulkanismus legen suprasuduction-zone Prozesse am konvergenten Plattenrand des Neotethys nahe. Eine umfangreiche Kompilation geochronologischer Daten zeigt, dass solch jurassische felsische Magmatiten auch im gesamten Bereich der Dinariden-Helleniden weit verbreitet sind. Die erodierten ophiolitischen Liefergesteine wurden im Bosnischen Flysch sowie in anderen Kreidezeitlichen Sedimenten im selben orogenen Streichen mittels chemischer Analyse der detritischen Chromspinelle charakterisiert. Letztere sind als vereinzelte Basement-Einheiten um Zagreb herum bekannt (Medvednica-, Ivanscica-, Zumberak- und Samobor-Gebirge). In der Frühkreide bestand das ophiolithische Liefergebiet überwiegend aus Harzburgiten und Kumulatgesteinen. Der Zufuhr von Chromspinellen unveränderter Zusammensetzung blieb über die gesamte Kreidezeit hinweg dominierend welches zeigt, dass der Ophiolithgürtel über die gesamte Kreide zur Erosion aufgeschlossen gewesen sein muss und/oder dass anschliessend das Recycling der Chromspinell-führenden Sedimente vernachlässigbar war. Die Ähnlichkeiten zu dem Bosnischen Flysch sowie die aus den Nördlichen Kalkalpen und Transdanubien publizierten Daten setzen eine beträchtliche Ophiolithgürtel voraus, die sich in der Frühkreide entlang des Adriatischen Kontinentalrandes gestreckt haben soll. Nach der Deformation und thermischen Überprägung der Vranduk-Fm. und der Basement-Deckeneinheiten Adriatischen Ursprungs in der "mittleren" Kreide, migrierte die Depotzone weiter nach SW und empfing zunehmend umgelagertes Karbonat vom Rand des Adriatischen Karbonatplattforms (Ugar-Fm). Die nur in niedrigeren Mengen auftretende Siliziklastika zeigen eine Veränderung der Liefergesteine auf der oberen Platte wobei der Anteil der Ophiolithe abnahm. Der Bereich des kontinentalen Basements der durch die spätjurassisch bis frühkreidezeitliche thermische Überprägung beeinflusst war, wurde nicht mehr in die Erosion einbezogen; dagegen weist der kontinentale Detritus ein breites Spektrum pre-Jurassischen Alter auf. Ein synsedimentäres Abkühl-Ereignis um ca. 80 Ma wird jedoch in der Ugar-Fm. auch überliefert, das sich der überwiegend frühkreidezeitlichen Abkühlung des Adriatischen Basements entgegensetzt und deutet auf eine - zumindest lokal - schnelle Exhumierung hin. In den Externen Dinariden, die Känozoische Überschiebungsfronten sind mit Flyschablagerungen assoziiert. Sie folgen auf eine Abfolge von Eozäner Plattformkalken bis bathyaler Mergel, die wiederum auf der Adriatischen Karbonatplattform folgen. Planktonische Foraminiferen zeigen ein Eozänes Alter für die Ablagerung des Flysches. Neue Daten aus kalkigen Nannofossilien belegen dagegen mehrere Vergesellschaftungen; es wurden neben den dominanten Mitteleozänen Spezies auch Kreide, Paleozäne, Oligozäne sowie Miozäne Taxa im gesamten Flyschgürtel identifiziert. Die weit verbreiteten Nannofossilspezies der Zone NN4-6 legen dar, dass die Flyschablagerung bis hin in das Mittelmiozän andauerte. Die allgegenwärtigen pre-Miozäne Taxa deuten auf ein erhebliches, möglicherweise submarines Sedimentrecycling im Känozoikum hin. Da die Flyschreste typischerweise zwischen Schuppeneinheiten eingeschaltet sind, schränken die neuen stratigraphischen Alter das Deformationsalter im Küstenbereich von unten ein. Die Daten verknüpfen damit die kreidezeitliche Kompression des Bosnischen Flysches und die rezente Deformation im Adriatischen off-shore Bereich. Es wurden detritische Zirkone aus dem Externen Dinaridischen Flysch und aus der Sava Zone herangezogen um ein Verfahren zu erarbeiten welches die Spaltspur- und die in-situ LA-ICPMS U/Pb Isotopenanalysen aus demselben Korn kombiniert. Die detritischen Zirkone wurden mit der Spaltspuren-Methode datiert, anschliessend wurde die Kernzone mit KL-Bilder dokumentiert, um ererbte oder andere ungeeignete Korndomänen aus der Datierung auszuschliessen. Analysen präziser und akkurater U/Pb Isotopenzusammensetzungen konnten mit einem einfachen Konfiguration (213 nm Nd:YAG Laserquelle, Quadrupol-basiertes ICPMS) durchgeführt werden. Diese Doppeldatierungs-Studie an detritischen Zirkonen zeigt dass: (1) die U/Pb analytischen Protokolle eine hervorragende Abwägung zwischen der Analysenqualität und einer hohen, kostengünstigen Probendurchsatz bieten; (2) die Ergebnisse lassen zahlreiche Cluster von Alters-Paaren einkreisen die typische Alpine tektonostratigraphische Einheiten repräsentieren. In den Externen Dinaridischen Flyschbecken, weisen die Permischen Körner eine bemerkenswert heterogene Spaltspuren-Altersstruktur auf, wobei diese durch eine spätkreide Alterspopulation dominiert ist. Die gleichzeitige Abwesenheit der spätkreidezeitlichen thermischen Überprägung der Population mit mitteltriassischem U/Pb Alter weist stark auf eine Mischung von Detritus teils Dinarischem und teils Austroalpinem bzw. Tisza-Herkunfts im Liefergebiet hin. Die Doppeldatierung von Zirkon kann sehr effektiv für die Erstellung Erosions- und Transportmodelle im Liefergebiet eingesetzt werden, welche bei der separaten Anwendung der beiden Datierungsverfahren in komplexen Gebieten nicht erzielt werden könnte.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.htmlde
dc.titleLate Mesozoic to Cenozoic erosion and sediment dispersal in the Dinaride orogen: a sedimentary provenance approachde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedSpätmesozoische bis Känozoische Erosion und Sedimentschüttung im Dinarischen Orogen: Ansätze aus der Provenanzanalysede
dc.contributor.refereeEynatten, Hilmar von Prof. Dr.de
dc.date.examination2008-12-16de
dc.subject.dnb550 Geowissenschaftende
dc.description.abstractengThis work presents the results of a sedimentary provenance study undertaken in Cretaceous to Tertiary basins of the Dinarides. The major objective has been to put new constraints on the orogenic evolution of this integral, yet one of the least known segment of the European Alpine chain. We have taken on the approach of in-depth characterizing the detritus derived from major tectonostratigraphic units, focusing on information extracted via the geochemistry, geochronology and fission-track thermochronology of single detrital grains. We used these results to describe the paleogeology and understand sediment dispersal patterns which are all dependent on the large-scale crustal and surface processes involved in the Alpine orogeny. The Bosnian Flysch forms a c. 3000 m thick, intensely folded stack of Upper Jurassic to Cretaceous mixed carbonate and siliciclastic sediments in the Central Dinarides, sandwiched between the Adriatic Carbonate Platform and the Dinaride Ophiolite Zone. Rich in ophiolite- and continental-derived detritus, its detailed study revealed important tectonic events related to the closure and obduction history of the Neotethys Ocean. Middle Jurassic intraoceanic subduction was shortly followed by exhumation of the overriding oceanic plate. Trench sedimentation was controlled by a dual sediment supply from the sub-ophiolitic high-grade metamorphic soles and from the distal continental margin of the Adriatic plate. Following the obduction onto Adria, from the Jurassic-Cretaceous transition onwards a vast clastic wedge (Vranduk Formation) was developed in front of the leading edge, fed by continental basement units of Adria that experienced Early Cretaceous synsedimentary cooling, by the overlying ophiolitic thrust sheets and by redeposited elements of coeval Urgonian facies reefs grown on the thrust wedge complex. Late Jurassic acid magmatism at the intraoceanic convergent margin are inferred from detrital monazite (Th-U)/Pb and zircon U/Pb geochronology in the Vranduk Fm., as well as from apatite fission-track (FT) analysis of a unique tephra horizon preserved at the basin margin. The dominant monazite and zircon age components of 164 +/- 3 Ma and 152 +/- 10 Ma, respectively, as well as the apatite FT age of 148 +/- 11 Ma consistently indicate that leucocractic melt generation culminated in Middle to Late Jurassic times, coeval with and slightly post-dating sub-ophiolitic sole metamorphism. Monazite growth and explosive volcanism call for supra-subduction zone processes at the convergent intraoceanic plate margin of the Neotethys. Extensive compilation of geochronological data demonstrates that such Jurassic felsic rocks are widespread also in the entire Dinaride-Hellenide orogen. Eroded ophiolitic lithologies were characterized in more detail by means of chemical composition of detrital Cr-spinel grains in several further Cretaceous sedimentary units in the same orogenic strike. These rocks occur in isolated exposures in the uplifted basement units of Medvednica, Ivanscica, Zumberak and Samobor Mountains near Zagreb. In the Early Cretaceous the ophiolitic source area was predominantly composed of harzburgite peridotites and associated cumulate rocks. The supply of Cr-spinel with comparable chemical signatures remained dominant until the end of the Cretaceous, suggesting that exposed remnants of the same ophiolite belt persisted through the Cretaceous and/or that recycling was significant. Similarities with the Bosnian Flysch and data reported from the Northern Calcareous Alps and the Transdanubian Central Range imply a rather extensive harzburgitic ophiolite belt extending along the Adriatic margin during the Early Cretaceous. Following mid-Cretaceous deformation and thermal overprint of the Vranduk Formation and of the Adria-derived basement nappes, the depozone migrated further towards SW and received increasing amounts of redeposited carbonate detritus released from the Adriatic Carbonate Platform margin (Ugar Fm.). Subordinate siliciclastic source components indicate changing source rocks on the upper plate, with ophiolites becoming subordinate. The zone of the continental basement previously affected by the Late Jurassic-Early Cretaceous thermal imprint has been removed; instead, the basement mostly supplied detritus with a wide range of pre-Jurassic cooling ages. However, a c. 80 Ma, largely synsedimentary cooling event is also recorded by the Ugar Formation, that contrasts the predominantly Early Cretaceous cooling of the Adriatic basement and suggests, at least locally, a fast exhumation. In the Outer Dinarides, the Cenozoic thrust fronts are associated with flysch deposits. They overlie Eocene platform carbonate to bathyal marl successions that subsequently cover the Adriatic Carbonate Platform. Planktonic foraminifer biostratigraphy indicates Eocene age of flysch sedimentation. New calcareous nannofossil data reveal that several assemblages are present; besides the dominant Mid-Eocene species, Cretaceous, Palaeocene, Oligocene and Miocene taxa were also identified throughout the entire flysch belt. Widespread occurrence of nannofossil species of zone NN4-6 indicate that flysch deposition lasted up to at least Mid-Miocene. Ubiquitous occurrence of various pre-Miocene taxa demonstrate that extensive, possibly submarine sediment recycling has occurred in the Cenozoic. As flysch remnants are typically sandwiched between thrust sheets, these new stratigraphic ages give a lower bracket on deformation age of the coastal range. The data provide a link between Cretaceous compression in the Bosnian Flysch and recent deformation in the Adriatic offshore area. Using detrital zircon grains from the Outer Dinaride flysch and from the Sava Zone, we developed an approach to combine fission track (FT) and in-situ LA-ICPMS U/Pb isotopic analyses from the same grain. Detrital zircons were dated by the FT method, and grain interiors were imaged by cathodoluminescence (CL) to avoid ablation of inherited or other unsuitable domains. Precise and accurate U/Pb isotopic compositions were determined by a simple setup consisting of a 213 nm Nd:YAG laser source, coupled to a quadrupole-based ICPMS. This double dating study of detrital zircon shows that: (1) The U/Pb analytical protocols provide an excellent trade-off between analysis quality and a high, cost-effective sample throughput. Within-run U/Pb elemental fractionation remains negligible, rendering correction for it unnecessary. CL-control and a good spatial resolution aid in reducing age bias, as judged from the notably high proportion of concordant grain ages; (2) The double dating approach allows several clusters of age-pairs to be isolated, that identify Alpine tectonostratigraphic units. In the Outer Dinaride flysch basin, a remarkably mixed FT age character of the Permian grains is observed, with a dominant Late Cretaceous FT age component. This, along with the lack of the same Late Cretaceous thermal imprint on the Middle Triassic age population strongly suggest the mixing of Dinaride and Austroalpine/Tisza-derived detritus in the sediment dispersal system. Zircon double dating can be effectively used for building a more realistic model of hinterland erosion and sediment dispersal patterns than normally achieved by using the two dating techniques separately.de
dc.contributor.coRefereeWörner, Gerhard Prof. Dr.de
dc.contributor.thirdRefereeDunkl, István Dr.de
dc.subject.topicMathematics and Computer Sciencede
dc.subject.gerDinaridende
dc.subject.gerAlpende
dc.subject.gerAdriatische Plattede
dc.subject.gerMetasedimentede
dc.subject.gerGranitoidde
dc.subject.gerOphiolithde
dc.subject.gerFlyschde
dc.subject.gerSandsteinde
dc.subject.gerSiliziklastikade
dc.subject.gerJurade
dc.subject.gerKreidede
dc.subject.gerKänozoikumde
dc.subject.gerBiostratigraphiede
dc.subject.gerKalknannofossiliende
dc.subject.gersedimentäres Liefergebietde
dc.subject.gerSpaltspur-Thermochronologiede
dc.subject.gerGeochronologyde
dc.subject.gerchemische Datierungde
dc.subject.gerMineralchemiede
dc.subject.gerChromspinellde
dc.subject.gerZirkonde
dc.subject.gerMonazitde
dc.subject.gerElektronenstrahl-Mikrosondede
dc.subject.gerlaser ablation ICP-MSde
dc.subject.gerKernel-density Schätzungde
dc.subject.engDinaridesde
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dc.subject.engAdriatic platede
dc.subject.engmetasedimentsde
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dc.subject.enggeochronologyde
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dc.subject.engmineral chemistryde
dc.subject.engCr-spinelde
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dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2080-8de
dc.identifier.purlwebdoc-2080de
dc.affiliation.instituteFakultät für Geowissenschaften und Geographiede
dc.subject.gokfullVAE 811: Alpidische Orogene {Tektonik}de
dc.subject.gokfullVKB310de
dc.identifier.ppn629474486de


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