Πετρολογική και γεωχημική μελέτη του πλουτωνίτη του Παπικίου όρους

Abstract

This thesis examines the plutonite of Mt Papikion, which belongs geotectonically to the Dome of Kardamos and covers about 100 km2 in the southwestern part of the Dome in Greece. It extends from the region of Iasmos in the east to the area of Komotini in the west and from the Xanthi-Komotini ‘s fault in the south to the Greek-Bulgarian borders in the north. The plutonite has a distinctive gneiss texture mainly on its margins. In the southwest it comes in contact with marbles. In its northeastern part it comes into contact with gneiss, penetrating the Kardamos Dome. The gneiss represents the lower unit of the Kardamos Dome and the marbles, the intermediate unit. Τhree main petrographic groups were identified: (a) Diorite (Dr), (b) Granodiorite (Grd), and c) Syeno-granite (SnGr). Xenoliths are found almost everywhere in the plutonite in a variety of shapes and sizes. Mafic microgranular enclaves have been found only in one area (approximately 300 m2) where there is an abundance and variety of enclaves. The minerals that appear in the above petrographic types are: quartz, plagioclases, k-feldspars, hornblende, biotite, epidote (magmatic and secondary), titanite, zircon and apatite. Metallic minerals as magnetite, pyrite and ilmenite have also been found. The rocks are metalluminous to peralluminous, exhibit high levels of K2O and they are classified as calc-alkaline and high K calc-alkaline rocks. The patterns of REEs are similar, suggesting that the rocks of the Mt Papikion plutonite are syn-magmatic. The plutonite crystallization conditions indicate that the bulk of the plutonite penetrated at a deep level and relatively high pressures, about 5 kbars, as the barometer of the amphibole showed. The plutonite’s evolution can be described as a process of assimilation with simultaneous fractional crystallization (AFC). The petrographic types of the Mt Papikion plutonite are essentially the result of a fractional crystallization of two melts, which have small geochemical differences, and at the same time assimilate the rocks into which they penetrate, namely gneiss and meta-SnGr. The total distribution coefficients calculated by the AFC models are consistent with the crystallization of plagioclase + K-feldspar + hornblende + biotite + apatite + zircon + alanite + titanite + magnetite. Concordia ages of the three samples dated with the U-Pb method in zircons are identical. The mean value is 236±8 Ma which can be considered as the age of crystallization of the samples as well as the age of plutonite intrusion, suggesting a magmatic episode in the Upper-Middle Triassic. The plutonite is associated with volcanic arc magmatism as shown by the diagrams used. During the Middle Triassic, as various researchers’ state, the ocean of Paleo-Tethys closes and the ocean plate subducts under individual parts of Eurasian continental blocks (active continental margins).

Στην παρούσα διατριβή εξετάζεται ο πλουτωνίτης του Παπικίου Όρους, που ανήκει γεωτεκτονικά στον Δόμο του Κάρδαμου. Εκτείνεται από την περιοχή του Ίασμου στα ανατολικά, έως την περιοχή της Κομοτηνής στα δυτικά, και από το ρήγμα Ξάνθης-Κομοτηνής νότια, έως τα ελληνο-βουλγαρικά σύνορα προς τα βόρεια. Ο πλουτωνίτης έχει χαρακτηριστική γνευσιακή υφή κυρίως στα περιθώριά του και καλύπτει περίπου 100 km2 στο νοτιοδυτικό τμήμα του δόμου του Κάρδαμου. Νοτιοδυτικά συνορεύει δύο εμφανίσεις μαρμάρων. Στο βορειοανατολικό του τμήμα έρχεται σε επαφή με γνευσίους. Οι γνεύσιοι αντιπροσωπεύουν την κατώτερη ενότητα του Δόμου του Κάρδαμου και τα μάρμαρα αποτελούν την ενδιάμεση ενότητα. Αναγνωρίστηκαν 3 κύριες πετρογραφικές ομάδες: α) διορίτες (Dr), β) γρανοδιορίτες (Grd) και γ) συηνογρανίτες (SnGr). Οι ξενόλιθοι απαντώνται σχεδόν σε όλο τον πλουτωνικό όγκο σε ποικιλία σχημάτων και μεγέθους. Σε μια μόνο περιοχή έχουν βρεθεί εγκλείσματα. Η περιοχή αυτή καταλαμβάνει περίπου 300 m2 όπου υπάρχει αφθονία και ποικιλία εγκλεισμάτων. Τα ορυκτά που εμφανίζονται στους παραπάνω πετρογραφικούς τύπους είναι: ο χαλαζίας, τα πλαγιόκλαστα, οι καλιούχοι άστριοι, η κεροστίλβη, ο βιοτίτης, το επιδοτο (και ως δευτερογενές), ο τιτανίτης, το ζιρκόνιο, ο απατίτης. Από τα μεταλλικά ορυκτά βρέθηκαν μαγνητίτης, σιδηροπυρίτης και ιλμενίτης. Τα πετρώματα είναι μεταργιλικά έως υπεραργιλικά, εμφανίζουν υψηλές περιεκτικότητες σε K2O και ταξινομούνται ως ασβεσταλκαλικά και υψηλού Κ ασβεσταλκαλικά πετρώματα. Τα διαγράμματα κατανομής των REE είναι παρόμοια, γεγονός που υπονοεί ότι τα πετρώματα του πλουτωνίτη του Παπικίου Όρους είναι συμμαγματικά. Συμπερασματικά για τις συνθήκες κρυστάλλωσης του πλουτωνίτη του Παπικίου Όρους προκύπτει ότι ο κύριος όγκος του πλουτωνίτη διείσδυσε σε μεγάλο βάθος και σε σχετικά υψηλές πιέσεις, περίπου 5 kbars, όπως έδειξε το βαρόμετρο της αμφιβόλου. Η διαδικασία εξέλιξης του πλουτωνίτη μπορεί να περιγραφεί ως μία διαδικασία αφομοίωσης με ταυτόχρονη κλασματική κρυστάλλωση (ΑFC). Οι πετρογραφικοί τύποι του πλουτωνίτη του Παπικίου Όρους είναι αποτέλεσμα κλασματικής κρυστάλλωσης δύο διοριτικών μαγμάτων, που έχουν μικρές γεωχημικές διαφορές μεταξύ τους, και ταυτόχρονα αφομοιώνουν τα πετρώματα στα οποία διεισδύουν, δηλαδή τον γνεύσιο και τον μετα-SnGr. Οι ολικοί συντελεστές κατανομής που υπολογίστηκαν από τα μοντέλα ΑFC συμφωνούν με την κρυστάλλωση πλαγιοκλάστου + καλιούχου αστρίου + κεροστίλβης + βιοτίτη + απατίτη + ζιρκονίου + αλλανίτη + τιτανίτη + μαγνητίτη. Οι σύμφωνες ηλικίες των τριών δειγμάτων που χρονολογήθηκαν με τη μέθοδο U-Pb σε ζιρκόνια είναι πανομοιότυπες. Η μέση τιμή είναι 236±8 Ma η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως η ηλικία κρυστάλλωσης των δειγμάτων καθώς και ως η ηλικία της διείσδυσης του πλουτωνίτη, προτείνοντας ένα μαγματικό επεισόδιο στο Άνω-Μέσο Τριαδικό. Ο πλουτωνίτης συνδέεται με μαγματισμό ηφαιστειακού τόξου όπως φαίνεται από τα διακριτικά διαγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν. Παλαιογεωγραφικές μελέτες και με πλήθος χαρτών πολλοί συγγραφείς έχουν επιβεβαιώσει αυτό το ενεργό ηπειρωτικό περιθώριο την χρονική περίοδο του Μέσου Τριαδικού όπου η ΠαλαιοΤηθύς κλείνει, ο ωκεάνιος φλοιός υποβυθίζεται κάτω από ηπειρωτικά μπλοκ της Ευρασίας με κατεύθυνση περίπου βόρεια δημιουργώντας ενεργά ηπειρωτικά περιθώρια τόσο με την Ροδόπη όσο και με άλλα ηπειρωτικά μπλοκ στο νότιο τμήμα τους.