Basement-Cover Relationships in the Dom Feliciano Belt

by Hernan Silva Lara
Doctoral thesis
Date of Examination:2025-09-09
Date of issue:2026-01-08
Advisor:Prof. Dr Thomas, Müller
Referee:Prof. Dr. Jonas Kley
Referee:Dr. Graciela, Sosa
Referee:Prof. Dr Pedro, Oyhantcabal
Sponsor:DAAD, GoeLem
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11730

 

 

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Abstract

English

The interaction of the main cratons that constitute the present-day configuration of South America and Africa, together with several minor blocks, led to the amalgamation of Southwest Gondwana in the late Neoproterozoic, a protracted orogenic process known as African/Brasiliano Orogeny. From a global perspective, the assembly of Gondwana was the result of the convergence that followed the early Neoproterozoic Rodinia break-up. However, the participation of many southern South American and African crustal blocks in Rodinia has been challenged and, therefore, the early Neoproterozoic geologic record of these regions may not necessarily record the Rodinia break-up. In this context, Tonian units in Western Gondwana are the key to understanding the transition from the break-up of Rodinia to the assembly of Gondwana. This study presents new geological, petrological, and geochronological data from the South American Dom Feliciano Belt, formed due to the interaction of the Congo, Río de la Plata and Kalahari cratons, within the framework of the aforementioned orogeny. The results refine and extend our understanding of its Tonian–Cryogenian evolution, focusing on the geological record of its orogenic basement and associated cover successions. These findings also offer tighter constraints on its pre-collisional tectonic connection with the Kaoko Belt of southwestern Africa. The Tonian evolution of its eastern portion, known as Punta del Este Terrane, is interpreted as the product of a retreating arc orogeny developed along the western active margin of the Congo Craton. This tectonic setting characterized by subduction with back-arc extension satisfactory explains the high-K calc-alkaline geochemical signatures and mixed juvenile–crustal isotopic characteristics recorded within its basement. Detrital zircon spectra from metasedimentary rocks associated to the last further confirm its conextion with the African Kaoko belt and indicate a component of local arc sources, supporting their deposition within a syn- to post-magmatic enviromment. The extensional nature of this arc also implies partial rifting of its western orogenic basement, the Nico Pérez Terrane, from the Congo Craton, a scenario reinforced by the geological and geochronological correlations explored in this study . High-grade granulite-facies metamorphism within the Nico Pérez Terrane is here reported for the first time, with P–T estimates of ca. 1.0–1.3 GPa and 800 – 850°C, and titanite U–Pb ages yielding 650 ± 11 Ma. These metamorphic conditions are synchronous and comparable to those in the Punta del Este–Coastal Terrane, suggesting a regional Cryogenian collisional event associated with the amalgamation of South-west Gondwana. This evidence contradicts models that place the Nico Perez Terrane accretion in the Ediacaran, instead confirming its position at the border of the Congo Craton. The fast isotermal exhumation of the orogenic core, indicated by the studied mineral assambleges, suggests a shift from an initial frontal collision to oblique convergence. Detrital zircon ages and isotopic data indicate a Gariep-Belt-like nature of the Rocha Formation, the main cover succession of the Punta del Este Terrane, while structural relationships indicate its accretion to the Dom Feliciano Belt prior to ca. 580Ma. Following the collisional phase, the Dom Feliciano experienced Ediacaran post-collsional extensional tectonics with associated widespread magmatism, leading to the formation of basins with important amounts of volcanic filling (e.g., the Sierra de Aguirre Formation). The final stages of the orogenic cycle were marked by transpressional deformation along regional-scale shear zones and exhumation between ca. 570 and 450 Ma. Altogether, these new findings reinforce a shared Neoproterozoic tectonic evolution of the South-American Dom Feliciano Belt and the African Kaoko Belt in western Africa, followed by a later accretion of the Gariep Belt to the prior assamblage. The proposed model including a Tonian retreating-arc orogeny leading to the partial rifting of the NPT and widespread Cryogenian metamorphism, satisfactory explains the evolution of the considered portion of Gondwana.
Keywords: Metamorphism; Gondwana; Cryogenian; Dom Feliciano Belt; Tonian

German

Die Interaktion der Hauptkratone, die die heutige geologische Struktur Südamerikas und Afrikas prägen, zusammen mit mehreren kleineren Krustenblöcken, führte im späten Neoproterozoikum zur Bildung von Südwest-Gondwana. Dieser lang andauernde orogene Prozess wird als Afrikanisch–Brasilianische Orogenese bezeichnet. Im globalen Kontext ist die Entstehung Gondwanas das Ergebnis konvergenter Plattenbewegungen nach dem Zerfall des Superkontinents Rodinia im frühen Neoproterozoikum. Die Beteiligung vieler Krusteneinheiten aus dem südlichen Südamerika und Afrika an Rodinia ist jedoch umstritten. Daher spiegelt das geologische Archiv dieser Regionen nicht zwingend die Spaltung Rodinias wider. In diesem Zusammenhang kommt tonischen Gesteinseinheiten in West-Gondwana eine strategische rolle bei der Rekonstruktion des Übergangs vom Zerfall Rodinias zur Entstehung Gondwanas zu. Diese Studie präsentiert neue geologische, petrologische und geochronologische Daten aus dem südamerikanischen Dom-Feliciano-Gürtel, der im Zuge der Wechselwirkungen zwischen dem Kongo-, dem Río-de-la-Plata- und dem Kalahari-Kraton entstand. Die Ergebnisse verfeinern unser Verständnis der tonisch-kryogenischen Entwicklung dieses Gürtels und erweitern es insbesondere in Bezug auf das orogene Grundgebirge und die zugehörigen Deckserien. Darüber hinaus liefern sie neue Hinweise auf eine prä-kollisionale tektonische Verbindung mit dem Kaoko-Gürtel im südwestlichen Afrika. Die Entwicklung des östlichen Abschnitts des Gürtels, des sogenannten Punta-del-Este-Terrans, wird als Folge einer rückschreitenden Bogenorogenese entlang des aktiven westlichen Rands des Kongo-Kratons interpretiert. Dieses tektonische Umfeld, geprägt durch Subduktion und rückwärtige Extension, erklärt die beobachteten hochkaliumhaltigen kalk-alkalinen Gesteinstypen sowie die Kombination aus juvenilen und krustalen Isotopensignaturen im Grundgebirge. Detritische Zirkonspektren aus metasedimentären Gesteinen bestätigen zudem die geodynamische Verbindung zum Kaoko-Gürtel und weisen auf lokale magmatische Bogenquellen hin, was auf eine Ablagerung in einem syn- bis postmagmatischen Dehnungsmilieu schließen lässt. Die extensiven Verhältnisse im Bogen deuten außerdem auf eine teilweise Riftbildung des westlich angrenzenden Grundgebirges, des Nico-Pérez-Terrans, vom Kongo-Kraton hin – eine Interpretation, die durch geologische und geochronologische Korrelationen mit dem Angola-Schild gestützt wird. Erstmals wird hier eine hochgradige Granulitfazies-Metamorphose im Nico-Pérez-Terran dokumentiert. Druck-Temperatur-Schätzungen liegen bei etwa 1,0–1,3 GPa und 800–850 °C, Titanit-U–Pb-Datierungen ergeben ein Alter von 650 ± 11 Millionen Jahren. Diese Bedingungen sind zeitgleich mit denen im Punta-del-Este–Küstenterran und deuten auf ein regionales kollisionsbedingtes Ereignis im Cryogenium hin, das mit der Bildung von Südwest-Gondwana verknüpft ist. Die Ergebnisse widersprechen bisherigen Modellen, die die Akkretion des Nico-Pérez-Terrans erst im Ediacarium annehmen, und stützen stattdessen seine frühere Position am Rand des Kongo-Kratons. Die schnelle, beinahe isotherme Exhumierung des orogenen Kerns – belegt durch die analysierten Mineralparagenesen – weist auf einen Übergang von frontaler zu schräger Konvergenz hin. Detritische Zirkonalter und Isotopendaten belegen zudem die Ähnlichkeit der Rocha-Formation – der Hauptdeckabfolge des Punta-del-Este-Terrans – mit Einheiten des Gariep-Gürtels. Strukturelle Beziehungen sprechen für eine Akkretion an den Dom-Feliciano-Gürtel vor etwa 580 Millionen Jahren. Nach der Kollision setzte im Dom-Feliciano-Gürtel eine post-kollisionale Extension ein, begleitet von starkem Magmatismus während des Ediacariums. Dies führte zur Bildung von Becken mit umfangreicher vulkanischer Füllung, wie sie beispielsweise in der Sierra-de-Aguirre-Formation erhalten ist. Die späten Phasen des orogenen Zyklus waren geprägt durch transpressionale Deformation entlang großräumiger Scherzonen sowie durch Exhumierung im Zeitraum zwischen etwa 570 und 450 Millionen Jahren. Insgesamt untermauern die neuen Befunde eine gemeinsame neoproterozoische tektonische Entwicklung des südamerikanischen Dom-Feliciano-Gürtels und des Kaoko-Gürtels in Westafrika. Darauf folgte eine spätere Akkretion des Gariep-Gürtels an diesen bereits vereinigten Komplex. Das hier vorgestellte Modell,mit einer tonischen rückschreitenden Bogenorogenese, partieller Riftbildung des Nico-Pérez-Terrans und großräumiger kryogener Metamorphose, bietet ein schlüssiges Bild für die geodynamische Entwicklung dieses Teils von Gondwana.
 
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