Tectonic evolution of the Tethyan Himalaya in SE Tibet deduced from magnetic fabric, structural, metamorphic and paleomagnetic data

Abstract

A multidisciplinary approach was carried out to elucidate the kinematic and metamorphic evolution of the Tethyan Himalayan sequence in SE-Tibet in order to contribute to the understanding of continental collision orogens as the Himalaya. Phyllosilicates preferred orientation interpreted from magnetic fabric studies, structural-field data, illite crystallinity, vitrinite reflectance and K/Ar dating were analyzed to characterize the deformation and metamorphic phases of the Triassic flysch sequence in the eastern Tethyan Himalaya. The second part of the thesis utilizes a paleomagnetic approach to determine the Miocene vertical-axis block rotation pattern in SE-Tibet and kinematic implications for the Himalayan Belt and southeastern Tibetan Plateau evolution. Additionally the paleomagnetic study was extended to the southern most area of the Tethyan Himalayan sequence within the Lingshi klippe in NW Bhutan. The tectonometamorphic evolution of the Triassic flysch in SE-Tibet can be summarized as follows. During the D1 phase E-W trending south facing isoclinal folds with related axial planar foliation (S1) developed. South of the locality of Qonggyai (D1 phase domain) the N-S trend and northward plunge of the magnetic lineation is in agreement with thrust emplacement towards the south (Himalayan foreland). The same studied sites indicate diagenetic to low-anchizonal metamorphism. The D1 deformation phase described here took place most probably during Eocene times. During the D2 phase continuation of N-S shortening in the flysch fold-thrust-wedge derived in a change in the fold vergence and magnetic and tectonic foliation dipping. This is generally observed in the northern studied areas east of the Cona Graben. D2 deformation is recorded through south-dipping magnetic foliation, north-vergent F2 folds and related S2 tectonic foliation. A slightly prolate magnetic ellipsoid was found in between the D1 and D2 domains recording the intersection of S1 and the subtle development of the S2 tectonic foliation. Kübler Index and vitrinite reflectance data indicate a wide range of thermal overprint from high anchizone to epizone during the D2 phase. S2 foliation development can be related to the ca. 22 Ma K/Ar ages found in the D2 domain. During the D3 phase backward propagation of the deformation led to the Great Counter backthrust generation, recorded by SSW steeply plunging magnetic lineation parallel with the stretching lineation east of Gyaca in the Great Counter backthrust zone. In the final D4 phase Middle-Late Miocene E-W extension is witnessed by ca. N-S kilometric normal faults of the Cona Graben which cross-cut all the previous structures. Paleomagnetic analyses from Cretaceous metadykes in SE-Tibet and metasedimentary formations in NW-Bhutan indicate that the main carrier of the characteristic remanence is pyrrhotite. The pyrrhotite component unblocks between 280-350°C in SE-Tibet and 270-325°C in NW-Bhutan, and shows reverse and normal polarities. It has a ca. constant declination in SE-Tibet through the D1 and D2 folds, and reveals best grouping at 18 % of unfolding in one site in the Linghsi klippe. Early to Middle Miocene thermal overprint of the studied metadykes and metasedimentary formations constrained by K/Ar method is related to the time of remanence acquisition. This event is younger than the D1 and at the end of D2 described in SE-Tibet. In the Lingshi klippe the pyrrhotite mean site directions show a small circle distribution likely related to the last large-scale folding event. A small circle method permits to better unravel the degree of vertical-axis rotation. Pyrrhotite components are ca. 0°, 20° and 37° clockwise rotated with respect to the Early to Middle Miocene references of stable India at the Nagarze, Qonggyai and Lingshi study areas, respectively. The rotation is related to Middle-Late Miocene strain partitioned between near-field E-W extension (with unclear influence of reactivation of older structures as strike-slip faults) and far-field eastward motion/extrusion of the Tibetan Plateau crust.

Eine multidisziplinäre Untersuchung zur kinematischen und metamorphen Entwicklung der Tethyan Himalaya Abfolge in Süd-Ost Tibet wurde durchgeführt, um das Verständnis von Kollisionsgebirgen wie dem Himalaya zu erweitern. Die bevorzugte Orientierung von Phyllosilikaten abgeleitet von Untersuchungen der AMS, (anisotropy of magnetic susceptibility), Strukturdaten aus dem Gelände, die Kristallinität von Illiten, die Vitrinit-Reflektanz und K/Ar Datierungen wurden analysiert, um die Deformations- und metamorphe Phasen der triassischen Flysch-Abfolge im östlichen Tethyan Himalaya zu untersuchen. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit beinhaltet eine paläomagnetische Studie, die Aufschluss über Miozäne Blockrotationen um vertikale Achsen in Süd-Ost Tibet gibt, sowie über kinematische Auswirkungen auf die Entwicklung des Himalayas und des südöstlichen Tibetischen Plateaus. Desweiteren wurde die paläomagnetischen Untersuchungen bis zum südlichsten Bereich der Tethyan Himalaya Abfolge innerhalb der Lingshi Klippe in Nord-West Buthan ausgeweitet. Die tektono – metamorphe Evolution des triassischen Flysches in Süd-Ost Tibet kann wie folgt zusammengefasst werden: Während der D1-Phase entwickelten sich Ost-West verlaufende, sich nach Süden verjüngende, isoklinale Falten, sowie eine mit diesen in Bezug stehende Achsenebenenschieferung (axial plane cleavage). Südlich der Lokalität von Qonggyai (Bereich der D1-Phase) stimmen der Nord-Süd Verlauf und das nördliche Einfallen der magnetischen Lineationen mit dem Störungsversatz nach Süden (Vorland des Himalayas) überein. Die untersuchten Gebiete deuten auf eine diagenetische bis niedrig-anchizonale Metamorphose hin. Die hier beschriebene D1-Deformationsphase vollzog sich höchstwahrscheinlich während des Eozäns. Während der D2-Phase führte die Fortsetzung der Nord-Süd Verkürzung im Faltungs- und Störungsgürtel des Flysches zu einer Änderung der Falten-Vergenz und des Einfallens der magnetischen und tektonischen Foliation. Dies wurde im Allgemeinen in den nördlichen Untersuchungsgebieten östlich des Cona Grabens beobachtet. Die D2-Verformungsphase ist durch eine südlich einfallende magnetische Foliation, sowie nord-vergente F2 Falten und die damit zusammenhängende tektonische Foliation manifestiert. Ein geringfügig prolates, magnetisches Ellipsoid wurde zwischen den Bereichen der D1 und D2 Deformation bestimmt, welches die Überschneidung der S1 Foliation und der sich schleichend entwickelnden S2 Foliation darstellt. Der Kübler Index und die Reflektanz des Vitrinits deuten auf einen weiten Bereich an thermischen Überprägungen innerhalb der D2 Phase hin, der von der hochmetamorphen Anchizone bis zur unteren Epizone reicht. Die Entstehung der S2 Foliation kann mit den ca. 22 Ma K/Ar Altern, die im D2 Bereich bestimmt wurden, verknüpft werden. Die rückwärtige Ausdehnung der Deformation während der D3-Phase führte zur Entstehung der Great Counter Backthrust, erkennbar an der steil nach SSW einfallenden magnetischen Lineation parallel zur Dehnungslineation östlich von Gyaca innerhalb der Great Counter Backthrust Zone . Die Mittel-Spät Miozäne Ausdehnung während der abschließenden D4-Phase wird durch ungefähr Nord-Süd verlaufende kilometerlange Abschiebungen des Cona Grabens angezeigt, welche alle vorherigen Strukturen durchschneiden. Paläomagnetische Untersuchungen an den kretazischen meta-Gängen in Süd-Ost Tibet und meta-sedimentären Formationen in Nord-West Bhutan weisen darauf hin, dass der Hauptträger der Remanenz Pyrrhotite ist. Die Pyrrhotit Komponente entblockt zwischen 280 und 350 °C in Süd-Ost Tibet und zwischen 270 und 325°C in Nord-West Bhutan und zeigt reverse und normale Polaritäten. Sie hat eine ungefähr konstante Deklination in Süd-Ost Tibet entlang der D1 und D2 Falten und zeigt die beste Gruppierung bei 18 % Entfaltung innerhalb eines Gebietes der Linghsi Klippe. Früh bis Mittel Miozäne thermische Überprägungen der untersuchten meta-Gänge und meta-sedimentären Formationen wurden durch die K/Ar Datierungsmethoden eingegrenzt und stehen mit der Zeit des Remanenzerwerbs in Zusammenhang. Dieses Ereignis ist jünger als die D1-Phase und wird in Süd-Ost Tibet am Ende der D2-Phase angesiedelt. In der Lingshi Klippe zeigen die Mittelwerte der Pyrrhotit Richtungen, des untersuchten Gebietes eine Kleinkreisverteilung, welche wahrscheinlich mit dem letzten großräumigen Faltungsereignis verknüpft ist. Die Kleinkreis Methode ist besser geeignet, um den Grad der vertikalen Achsenrotation zu bestimmen. Die Pyrrhotit Komponenten sind um ungefähr 0°, 20° und 37° im Uhrzeigersinn rotiert im Bezug auf Früh bis Mittel Miozäne Referenzen von Indien bezüglich den Untersuchungsgebieten in Nagarze, Qonggyai und Lingshi. Die Rotation wird Mittel bis Spät Miozänen Deformationen zugeschrieben, aufgeteilt in lokale Ost-West Ausdehnung (mit unbekanntem Einfluss von Reaktivierungen älterer Strukturen, wie Blattverschiebungen) und regionale ostwärts Bewegung/Extrusion der Kruste des Tibetischen Plateaus.