Ανάλυση της παραμόρφωσης και κινηματικής των γεωλογικών σχηματισμών στην οροσειρά Ολύμπου – Όσσας: συμπεράσματα για την ιστορία εκταφής της υψηλής πίεσης/χαμηλής θερμοκρασίας (ΥΠ/ΧΘ) ενότητας Αμπελάκια και του τεκτονικού παράθυρου Ολύμπου-Όσσας

Abstract

The present dissertation investigates the structural architecture, kinematics, and finite strain characteristics of the Pelagonian nappe, the HP/LT metamorphic unit of Ampelakia, and the Olympus–Ossa unit. The aim is to elucidate the mechanisms responsible for the exhumation and tectonic emplacement of the Ampelakia unit rocks from their original position within the subduction zone to their current structural level. Additionally, the study seeks to interpret the formation and subsequent exposure of the Olympus–Ossa tectonic window. Two principal deformation stages are identified, which are associated with nappe stacking and the subsequent exhumation and unroofing processes. During the first deformation phase (D1), dated to the Paleocene–Eocene, subduction of the Apulian plate beneath the Pelagonian margin occurred, leading to metamorphism of the rocks under HP/LT conditions. Under continued compressional tectonics, crustal thickening followed, along with nappe stacking, and ultimately, the extrusion of the Ampelakia unit towards the surface. The D1 event culminated in the west-southwestward emplacement of the Pelagonian nappe onto the Ampelakia unit, and subsequently, the emplacement of both units together onto the Olympus–Ossa unit during the Eocene to early Oligocene. The second deformation phase (D2) took place under extensional tectonic conditions during the Oligocene–Miocene, following nappe accumulation. It is associated with isothermal decompression metamorphic conditions, during which a two-fold collapse of the tectonic stack occurred. This process led to the simultaneous uplift of the mountain range and the final unroofing of both the Ampelakia and Olympus–Ossa units, exposing them as a tectonic window. An evolutionarily younger, post-D2 tectonic phase (D2′), of Quaternary age and semi-brittle to brittle character, affected primarily the uppermost geological formations of the study area. The compressional stress regime of the region was determined. In addition, the paleostress field associated with the D2′ tectonic phase was reconstructed. The computed finite strain ellipsoid reveals a flattening-type deformation of intermediate intensity, increasing along the nappe stack's tectonic contacts. Quartz [c]-axis fabric analysis also reveals a flattened strain geometry and non-coaxial deformation flow, with a top-to-WSW sense of shear on the western flank of the Olympus–Ossa range, and top-to-ENE sense of shear on the eastern flank. The calculated kinematic vorticity numbers (Wk), ranging from 0.23 to 0.93, indicate a significant rotational component and confirm the non-coaxial nature of the deformation. Finally, the metamorphic formation conditions of the Olympus–Ossa flysch were investigated using geothermobarometric methods, revealing the presence of high-pressure minerals. This indicates a possible high-pressure metamorphic event affecting the Olympus–Ossa flysch. However, further research is required to interpret the origin and implications of this high-pressure metamorphism.

Η παρούσα διατριβή, έχει ως αντικείμενο την ανάλυση της αρχιτεκτονικής και κινηματικής, καθώς και τον ποσοτικό προσδιορισμό της τελικής παραμόρφωσης (strain analysis) του Πελαγονικού καλύμματος, της ενότητας HP/LT των Αμπελακίων και της ενότητας Ολύμπου – Όσσας. Σκοπός, η κατανόηση και ερμηνεία του μηχανισμού επαναφοράς και τοποθέτησης, από τη ζώνη υποβύθισης στη σημερινή τους θέση, των πετρωμάτων της ενότητας των Αμπελακίων, αλλά και τη δημιουργία και αποκάλυψη του τεκτονικού παραθύρου Ολύμπου – Όσσας. Αποκαλύπτονται δύο κύρια στάδια παραμόρφωσης σχετιζόμενα με τη συσσώρευση καλυμμάτων και την διαδικασία της εκταφής και αποκάλυψης. Κατά τη διάρκεια του πρώτου σταδίου (D1), ηλικίας Παλαιοκαίνου – Ηωκαίνου, έλαβε χώρα η διαδικασία της υποβύθισης της Απουλίας κάτω από την Πελαγονική και η μεταμόρφωση των πετρωμάτων σε συνθήκες υψηλής πίεσης/χαμηλής θερμοκρασίας (HP/LT). Ακολούθησε σε καθεστώς συμπίεσης η πάχυνση του φλοιού, η συσσώρευση των τεκτονικών καλυμμάτων και τελικά η εξώθηση προς την επιφάνεια της ενότητας των Αμπελακίων. Το D1 τεκτονικό γεγονός, ολοκληρώνεται με την τελική τοποθέτηση, με μία προς τα Δ-ΝΔ κίνηση του Πελαγονικού καλύμματος επί της ενότητας των Αμπελακίων και εν συνεχεία και των δύο ενοτήτων μαζί επί της ενότητας Ολύμπου – Όσσας κατά τη διάρκεια του Ηωκαίνου – αρχές Ολιγοκαίνου. Το δεύτερο στάδιο παραμόρφωσης (D2), λειτούργησε σε καθεστώς έκτασης κατά τη διάρκεια του Ολιγοκαίνου – Μειοκαίνου, ακολουθώντας τη συσσώρευση των καλυμμάτων. Συνδέεται με μεταμορφικές συνθήκες ισόθερμης αποσυμπίεσης, κατά τις οποίες έλαβε χώρα η διττή κατάρρευση των τεκτονικών καλυμμάτων, η ταυτόχρονη ανύψωση της οροσειράς και η τελική αποκάλυψη της ενότητας των Αμπελακίων, καθώς και της ενότητας Ολύμπου – Όσσας ως τεκτονικό παράθυρο. Ένα εξελικτικά νεότερο D2΄ (μετά – D2) ημιθραυσιγενές έως θραυσιγενές τεκτονικό γεγονός Τεταρτογενούς ηλικίας, επέδρασε στα επιφανειακά ως επί το πλείστον γεωλογικά στρώματα της περιοχής μελέτης. Προσδιορίστηκε η συστολή της παραμόρφωσης, καθώς επίσης και το καθεστώς των παλαιοτάσεων (Paleo stress), κατά το D2΄ τεκτονικό γεγονός. Ο υπολογισμός του τελικού ελλειψοειδούς παραμόρφωσης, υποδεικνύει μία παραμόρφωση πεπλατυσμένου τύπου και ενδιάμεσης έντασης αυξανόμενη κατά μήκος των επαφών των τεκτονικών καλυμμάτων. Τα διαγράμματα [c] αξόνων χαλαζία φανερώνουν επίσης την πεπλατυσμένου τύπου και μία μη ομοαξονική ροή της παραμόρφωσης με κατεύθυνση κίνησης το επάνω προς Δ-ΝΔ στη δυτική πλευρά της οροσειράς Ολύμπου – Όσσας και Α-ΒΑ στην ανατολική πλευρά αντίστοιχα. Οι υπολογιζόμενες τιμές του αριθμού στροβιλότητας Wk, οι οποίες κυμαίνονται μεταξύ των τιμών 0.23 και 0.93, φανερώνουν μία σημαντική συνιστώσα περιστροφής της ροής και τη μη-ομοαξονική συνιστώσα της παραμόρφωσης. Τέλος, εξετάστηκαν με γεωθερμοβαρομετρικές μεθόδους οι μεταμορφικές συνθήκες σχηματισμού του φλύσχη Ολύμπου – Όσσας, διαπιστώνοντας την ύπαρξη ορυκτών υψηλής πίεσης, γεγονός που φανερώνει μια πιθανή μεταμόρφωση υψηλής πίεσης για τον φλύσχη Ολύμπου-Όσσας. Για την ερμηνεία βέβαια αυτής της υψηλής πίεσης μεταμόρφωση, απαιτείται περαιτέρω έρευνα.