Crustal deformation in southern Tibet and the Higher Himalayan Crystalline -a palaeomagnetic approach

Abstract

Remagnetization is a common process in the Himalayan Tibet orogen system. Stable secondary magnetic remanences acquired in pyrrhotite (ChRM pyr) can provide meaningful information on the thermo-tectonic evolution history of an orogen.

Significant stable ChRM pyr have been isolated for all sampling areas within this study. On the basis of new findings the question of the occurrence of stable primary ChRM pyr is also addressed.

In southern Tibet along a west-east traverse between 86° and 89°E the sampling area has been subdivided in 4 main sectors (A), (B), (C) and (D). In order to separate local and regional tectonic effects manifesting in this region palaeomagnetic results have been analyzed for each sector, and are combined for evaluation within a regional tectonic frame. Regardless the alternating directional arrangement of the ChRM pyr being north-west in (A), north-east in (B), again north-west in (C), north-east between (C) and (D), and finally north-west in (D), a remarkable non Gaussian-, but systematic small circle distribution of the ChRM pyr directions is revealed in nearly all sectors, likely as a consequence of tilting and/or vertical axes rotation. Since this behavior is not restricted to a small number of sites within a sector, it is expected that it reflect a regional trend linked to east-west extension (long wavelength tilting) and north-south compression (“periodic” doming). The resume of palaeomagnetic results confirms the observations pointing to the occurrence of a consistent systematic regional trend in the area between 86° and 89°E. A relationship is established, confirming the regional occurrence of this phenomenon. Toward separation and quantification of the palaeomagnetic results, a 2-phase model is suggested, and data is evaluated with regard to vector remanence directions, expected for Oligocene/Miocene time. The ascertained regional trend is expressed as a dispersion of palaeomagnetic data from different sectors on a common mean small circle. Vertical axis rotation and tilting are determined by back tilting of measured inclinations to expected ones for this region. The proposed model enables the quantification of vertical and horizontal axis rotations, rotational shortening and oroclinal bending. A resultant mean clockwise rotation of 16.5° (alpha95 = 11.5°) is regarded as the characteristic regional value for the whole studied area. Its coincidence with results reported from adjacent areas implies the occurrence of a uniform pattern of rotation on a large regional scale. From the model reconstructed tilt axes are in agreement with GPS velocity data (Wang et al., 2001) revealing broadly distributed contraction across the plateau (doming as a response to “channel flow”), oriented ~ N30°E, as well as orthogonal extension (long wavelength folding).

Regardless the complexity and variability in the remanence behavior between sampling localities and within specimens dominating stable ChRM pyr directions have been isolated from the high grade metamorphic gneisses of HHC. Pyrrhotite is assumed to be formed/re-equilibrated at the ductile/brittle deformation transition regime. The mechanism of its remanence acquisition is extensively discussed with regard to given metamorphic conditions. A TRM is likely acquired and its age will correspond to the age of the last metamorphic cooling event. Data evaluation reveals no significant vertical axis rotation versus India. Within the concept of the “channel flow” palaeomagnetic data suggest an episodic exhumation of the channel by continuous feeding of partially molten material. The youngest Miocene remanence age inferred from ChRM pyr data would correspond to the last cooling event, and thus document the cessation of the channel flow. Ditto, a link to the North Himalayan gneiss domes is proposed.

In addition to the examination of a west-east trend in southern Tibet (parallel to the main tectonic unit of the Himalayan arc) a south-north section approximately perpendicular to the main strike of the Himalayan arc at ca. 87°E is surveyed. The latter comprises from the south to the north, the HHC of Solu Khumbu, the Kharta valley and the area between Tingri and Lhatse termed sector- (F), (B) and (E), respectively. No significant rotation seems to have happened in sector F whilst sector (B) as well as sector (E) indicate that a clockwise rotation slightly increasing toward the north might have occur on this transect. It is not excluded that block rotation is triggered by motion transferred by accumulation and/or accommodation from the STDS in the south to the IYZS in the north (interacting 1st order faults) via first order thrusts and numerous all kind of small sized 2nd order thrusts, oblique and parallel to the main strike normal faults. A general working model suggesting the interaction of the STDS and the YTSZ is presented.

A major effect, inferred from paleomagnetic data, attributed to long wavelength folding, doming and associated low/high normal faults/thrust system became more evident.

Remagnetsierung ist in der jüngeren Entwicklung des Himalaja-Tibet Orogens ein weit verbreitetes Phänomen. In Pyrrhotin erworbene sekundäre magnetische Remanenzen (ChRM pyr) können bedeutende Informationen zur metamorphen und tektonischen Entwicklungsgeschichte eines Orogens liefern.

Für alle im Rahmen dieser Arbeit beprobten Gebiete wurden signifikante stabile ChRM pyr identifiziert. Anhand der neuen Befunde stellt sich zudem die Frage, ob auch primär erworbene Remanenzen in Phyrrhotin auftreten.

Das Beprobungsgebiet entlang einer West-Ost Traverse in Süd-Tibet, zwischen 86° und 89°E, wurde in 4 Hauptsektoren A, B, C und D unterteilt. Zur Separation von lokalen und regionalen tektonischen Effekten wurden die paläomagnetischen Ergebnisse für die Gebiete einzeln analysiert und dann für die Evaluierung in einem regionalen geologischen Rahmen kombiniert. Über eine alternierende Richtung der ChRM pyr ( Nord-West in A, Nord-Ost in B, wiederum Nord-West in C, Nord-Ost zwischen C und D und anschließend Nord-West in D) fällt auf, dass in praktisch allen Sektoren keine Gauß-Verteilungen, sondern systematische Kleinkreis-Verteilungen vorliegen, welche vermutlich als Resultat von Faltung und/oder Rotation um vertikale Achsen entstanden sind. Da dieses Verhalten sich nicht auf eine geringe Anzahl von Beprobungsstellen innerhalb eines Sektors beschränkt, kann gefolgert werden, dass die Beobachtung einen regionalen Trend widerspiegelt, welcher in Verbindung mit der Ost-West Extension (langwellige Faltung) und der Nord-Süd Kompression („periodische“ Aufdomung) steht.

Die Gesamtbetrachtung der paläomagnetischen Ergebnisse bestätigt die Beobachtungen, welche auf die Existenz eines konsistenten regionalen Trends zwischen 86° und 89°E hindeuten. Es wird ein „Zwei-Phasen“-Modell zur Erklärung dieses Phänomens vorgeschlagen. Dieses Konzept erlaubt die Separation und Quantifizierung der paläomagnetischen Ergebnissen. Die Auswertung der Daten erfolgte im Hinblick auf erwartete Remanenzrichtungen während des Zeitraums von Oligozän-Miozän. Der nachgewiesene Trend kommt durch die Verteilung der paläomagnetischen Daten auf einem, für alle Gebiete, gemittelten Kleinkreis, zum Ausdruck. Durch Rück-Rotation der gemessenen Inklinationen in die Erwartungslage wurden Rotationen um vertikale und horizontale Achsen bestimmt. Das vorgeschlagene Modell erlaubt die Quantifizierung von Rotationen um vertikale und horizontale Achsen, von „Rotational Shortening“ und „Oroclinal Bending“. Eine resultierende Rotation im Uhrzeigersinn von 16.5° (alpha95 = 11.5°) wird als charakteristischer regionaler Wert für das gesamte Gebiet betrachtet. Die Übereinstimmung mit Ergebnissen aus benachbarten Gebieten führt zu der Annahme der Existenz eines einheitlichen Rotationsmusters auf regionaler Skala. Die anhand des Modells rekonstruierten Falteachsen sind in Übereinstimmung mit GPS-Geschwindigkeiten. Letztere offenbaren eine großräumige ~N30°E orientierte Verteilung der Kontraktion entlang des Plateaus (Aufdomung als resultierender Effekt durch „Channel Flow“) sowie auch der dazu senkrechten Extension (langwellige Faltung).

Aus den hochgradig metamorphen Gneissen des Hoch-Himalaya (HHC) wurden dominierende stabile ChRM pyr Richtungen isoliert, unabhängig von der Komplexität und Variabilität im Remanenz-Verhalten zwischen Beprobungslokalitäten und von Einzelproben. Eine Bildung bzw. Re-Equilibrierung des Pyrrhotin während des Übergangs vom duktilen zum spröden Verhalten wird angenommen. Der Mechanismus des Remanenzerwerbs wird im Hinblick auf gegebene Rahmenbedingungen der Metamorphose ausführlich diskutiert. Die Auswertung der Daten zeigt keine signifikante Rotation relativ zu Indien. Die paläomagnetische Daten könnten auf eine episodische Exhumierung des „Channel Flow“ hindeuten, mit der Annahme einer kontinuierlichen Produktion von teilgegeschmolzenem Krustenmaterial.

Ergänzend zur Analyse eines West-Ost Trends in Süd-Tibet parallel zur Streichrichtung der großtektonischen Einheiten des Himalaja wurde ein senkrecht dazu orientiertes Süd-Nord Profil getestet. Letzteres umfasst das HHC von Solu Khumbu (F), das Kharta Valley (B) und das Gebiet zwischen Tingri und Lhatse (E). Der berechnete Mittelwert aus 12 Beprobungslokalitäten zeigt keine signifikante Rotation versus Indien im Solu Khumbu Gebiet. Nach Norden hin, in den Tethysserien, deuten sowohl die Daten aus dem Sektor (B), unterteilt in Kharta Valley Nord und Süd, als auch aus dem Sektor (E), darauf hin, dass eine Rotation im Uhrzeigersinn stattgefunden hat, welche nach Norden hin zunimmt.

Es wäre vorstellbar, wie im Model veranschaulicht, dass Blockrotationen durch Bewegungen entstanden, welche durch Akkumulation und/oder Akkommodation, bedingt durch die Interaktion des South Tibetan Detachment Systems (STDS) und IYSZ, verursacht wurden.

Paläomagnetischen Daten zeigen, dass die Entwicklung durch eine langwellige Faltung, Aufdomungen und deren assoziierten Störungssysteme kontrolliert ist.