No suture in the Sardinian Variscides - A structural, petrological and geochronological analysis

Abstract

The NE Sardinian Posada fault was proposed by Cappelli et al. (1992) to mark a Variscan suture, which is refuted by this study of tectonostratigraphy, structure, texture, petrology, and geochronology. For the sequence that hosts the Posada fault, an Ordovician magmatic belt upon pre-Variscan basement is delineated by the separately occurring metavolcanic and metaplutonic rocks of basic to acidic composition. The extrusive level comprises the Orune schists, which derived from Ordovician volcanic to semipelitic protoliths and Silurian black shales. The intrusive level includes the pelitic Siniscola schists and Brunella gneisses, to which the occurrence of D1 and of pre-D2 metamorphic mineral assemblages is limited. In-situ U-Pb isotopic data obtained by laser-ablation inductively coupled plasma mass spectrometry on zircon yield for the Tanaunella orthogneiss 453 ± 8 Ma (MSWD 0,63), the Lodè orthogneiss 493 ± 10 Ma (MSWD 0,32) and for the Lula porphyroid 485 ± 10 Ma (MSWD 0,67). Besides these lower to middle Ordovician ages, Neoproterozoic ages are inherited from a Pan-African episode. Decompressional peak metamorphic conditions were achieved during the foreland directed transport of the main Variscan deformational event D2. An up to kilometre-scaled recumbent D3 folding coaxial with the D2 transport direction and the D4 Posada detachment-faulting led to the formation of a mantled gneiss dome. The dominant orogen-parallel trend is related to the Posada shearing. S4 crosscut previous foliations at a low angle and retrogressed the high-grade Brunella gneisses under medium-grade conditions and the medium-grade Siniscola schists under low-grade conditions during early faulting stages. The initial temperature gradient across the fault was overcome with progressing retrogression. The Posada fault rocks evolved from the adjacent wall rocks by retrograde shearing. In response to the tectonic denudation further exhumation was achieved by a large D5 flexure at the flank of the gneiss dome. D4 and D5 are expression of the same exhumation process. The flexure axis is coaxial with the displacement direction in the Posada fault. In the steep limb of this flexure, the Posada fault became a dextral wrench fault and the previously recumbent D3 folds became antiformal synclines and/or synformal anticlines. In the internal dome, peak metamorphic muscovite dehydration melting at about 760°C and 8 kbar led to the K-feldspar + sillimanite zone, on which the muscovite + sillimanite zone was retrogressively superimposed at the Posada fault, so that the metamorphic jump to the medium-grade Siniscola schists is less obvious. The latter expose a Barrovian metamorphic suite continuously developed from chloritoid disappearance to kyanite appearance. The garnet + albite zone results from the interference of Variscan and pre-Variscan metamorphic mineral assemblages. The andalusite + cordierite zone in the contact aureole of the Concas granite indicates that the studied sequence was already exhumed to shallow crustal level when the Variscan deformational activity ceased. Two contrasting tectonostratigraphic domains are juxtaposed in the Sardinian Variscides. The axial and nappe zones correlate with the Variscan domain presently exposed in the Alps, whereas the foreland shows an affinity to the Ibero-Aquitaine domain. The reorientation of the basement structures by Alpine faulting is estimated and set into the wider context of the Tyrrhenian basin opening.

La faglia Posada (NE Sardegna) è stata interpretata da Cappelli et al. (1992) come espressione di una zona di sutura Varisica; tale ipotesi è stata confutata dal presente studio tectonostratigrafico, strutturale, tessiturale, petrologico e geocronologico. La successione che ospita la faglia Posada è delineata da una cintura magmatica Ordoviciana caratterizzata da distinti livelli di rocce metavulcaniche e metaplutoniche a composizione basica ed acida posta al disopra di un basamento pre-Varisico. Il livello effusivo comprende gli scisti di Orune, derivanti da protoliti vulcanici e semipelitici Ordoviciani e da scisti neri Siluriani. Il livello intrusivo è costituito dagli scisti pelitici di Siniscola e dagli gneisses di Brunella, nei quali sono presenti degli insiemi di minerali metamorfici relativi agli eventi D1 e pre-D2. Dati isotopici in-situ U-Pb ottenuti tramite laser-ablation con spettrometria di massa ICP su zircone hanno indicato una età pari a 453 ± 8 Ma (MSWD 0,63) per l’orthogneiss di Tanaunella, 493 ± 10 Ma (MSWD 0,32) per l’orthogneiss di Lodè e 485 ± 10 Ma (MSWD 0,67) per il porfiroide di Lula. Oltre a queste età Ordoviciano inf.-medio, sono state trovate età Neoproterozoiche ereditate da un episodio Pan-Africano. Le condizioni del picco metamorfico decompressionale sono state raggiunte durante il principale evento deformativo Varisico D2 avente una direzione di trasporto tettonico verso l’avampaese. Un duomo gneissico estensionale si è formato a seguito di pieghe a scala chilometrica coassiali coricate D3, aventi direzione di trasporto tettonico simile a D2, e della faglia-scollamento Posada D4. L’andamento dominante orogene-parallelo è legato al taglio nella zona di Posada. Durante le prime fasi di sviluppo della faglia la superficie S4 ha tagliato con un basso angolo le precedenti foliazioni, gli gneiss di alto-grado di Brunella sotto condizioni di medio-grado e gli scisti di medio-grado di Siniscola sotto condizioni di basso-grado. Il gradiente di temperatura iniziale lungo la faglia è stato livellato con la progressiva retrogressione. Le rocce della faglia Posada si sono evolute dalle adiacenti rocce incassanti attraverso uno shear retrogrado. Ulteriore esumazione è stata raggiunta in risposta alla denudazione tettonica per mezzo di una grande piega flessurale D5 nel fianco del duomo gneissico. D4 e D5 sono espressione dello stesso processo di esumazione. L’asse della piega flessurale è coassiale con la direzione di spostamento della faglia Posada. Nel fianco più inclinato della piega flessurale, la faglia Posada diventa una faglia trascorrente destra e le pieghe D3 si trasformano da coricate a una successione di anticlinali sinformi e sinclinali antiformi. Nella parte interna del duomo, la fusione per disidratazione della muscovite durante il picco metamorfico a circa 760°C e 8 kbar ha portato alla formazione della zona a K-feldspato + sillimanite, sulla quale si è sovraimposta in modo retrogrado la zona a muscovite + sillimanite nella faglia Posada, e quindi il salto metamorfico al medio-grado degli scisti di Siniscola è meno ovvio. Quest’ultimi litotipi mostrano una suite metamorfica Barroviana continua che si è sviluppata dalla scomparsa del cloritoide fino alla comparsa della cianite. La zona a granato + albite risulta dall’interferenza di insiemi minerali metamorfici Varisici e pre-Varisici. La zona a andalusite + cordierite in contatto con l’aureola dei graniti di Concas indica che la successione studiata era già stata esumata fino a livelli crostali poco profondi quando cessò l’attività deformativa Varisica. Due domini tectonostratigrafici contrastanti sono giustapposti nella Sardegna Varisica. La zona assiale e quella a falde si correlano con i domini Varisici attualmente esposti nelle Alpi, mentre l’avampaese mostra un’affinità con il dominio Ibero-Aquitano. E’ stata stimata la riorientazione delle strutture di basamento provocata da faglie Alpine ed inserita nel contesto più ampio dell’apertura del bacino Tirrenico.