Structural and hydrothermal evolution of the Mount Painter Inlier, South Australia

Abstract

The Mesoproterozoic Mount Painter Inlier in the northern Adelaide Fold and Thrust Belt in South Australia comprises an exceptionally large area of massive metasomatic/hydrothermal K-feldspar-quartz-rich rocks and diverse breccia zones. Their geological importance to the evolution of the Mount Painter Inlier was studied by the PhD candidate, staff and students of the University of Tuebingen and Ghent in collaboration with other Universities and the Geological Survey of South Australia. Excellent outcrop conditions and the proximity to the Arkaroola Sanctuary enabled extensive, detailed geological mapping, sampling, as well as remote sensing analyses of the deformed and altered basement inlier and the Neoproterozoic Adelaidean cover sediments. Mapping results and data from published maps and sampling localities were included in a comprehensive GIS/MapInfo database and a corresponding mapping report (Chapter 2). One focus of the study was the K-feldspar alteration and brecciation that comprises an area of about 60 km², affecting any host rock. Alteration is focussed along major structures including foliation planes, fault zones and the hinge of a 10 km-scale, thick-skinned anticline. Hydrothermal K-feldspar blastesis accompanies the breakdown of micas (hence the release of water) and the growth of iron oxides, while chloritisation and silicification usually post-date the alkali-metasomatism. Diopside-titanite veins, iron-oxide breccia ores and phlogopitisation can be found in basement rocks, and skarning affected Adelaidean sediments (Chapter 3). Special breccia zones with thorough mixing of lithologies and a continuous range in clast sizes from the mm to the 100 m-scale developed in basement and cover rocks (Appendix 2). In Hidden Valley this breccia reaches an area of 10 km², incorporating basement and Adelaidean rocks that were originally km apart stratigraphically. A fluid volume of ~5-30 km³ caused the extensive brecciation that postdates K-feldspar metasomatism. K-feldspar alteration affected a pegmatite that intruded at ~478 Ma (Rb-Sr whole rock and muscovite, Chapter 3). Pegmatites and diopside-titanite veins that formed at ~450/440 Ma intrude K-feldspar altered rocks, but are also overprinted by K-feldspar blasts. Phlogopitisation probably occurred at ~455 Ma (Appendix 4). The so far youngest rocks that are possibly related to the complex alteration system are iron-oxide breccia ores that reveal a monazite U-Pb of ~355 Ma (Appendix 3). Alteration and brecciation was hence active in places between less or equal 478 Ma and less or equal 355 Ma either in pulses or during constant fluid release. A structural reconstruction of the evolution of the Mount Painter Inlier and a reinterpretation of published K-Ar ages show that this alteration system was active during a long-lived deformation event that folded and exhumed inlier and cover between ~500/450 Ma and ~300 Ma, spanning the Delamerian and Alice Springs Orogenies (Appendix 1). Crustal-scale anticlinal folding occurred during an eastward ramping in the hanging wall of the major Paralana Fault System that bounds the Mount Painter Inlier to the east. Deformation, exhumation and alteration in the Palaeozoic are possibly liked. Reactive pore fluids were released and ascended during decompression, causing alteration and brecciation at certain levels in the middle and upper crust (Appendix 2). Additional water arose from the hydrothermal breakdown of micas that resulted in various mineral reactions and brecciation at zones of structural focussing. The complex architecture of the alteration system and the large-scale breccia zones developed during the exhumation of the inlier through the crustal levels of alteration and brecciation. This extensive fluid flow system stopped at the latest when the inlier reached the surface and was overprinted by a sub-surface hematite-quartz sinter event. This event is known to have started at ~290 Ma and possibly lasted for ~100 Myr (low-temperature thermochronology, Appendix 1).

Der mesoproterozoische Mount Painter Inlier ist im nördlichen Adelaide Falten- und Überschiebungsgürtel in Südaustralien als Grundgebirge im Kern einer 10 km großen Antiklinale aufgeschlossen. Im südlichen und zentralen Inlier erstreckt sich ein hydrothermales Alterationssystem aus massiven Kalifeldspat-Quarz Gesteinen und verschiedenen Brekzien Zonen. Ihre geologische Bedeutung für die Entwicklung des Mount Painter Inliers wurde von der Doktorandin, Mitarbeitern und Studenten der Universitäten Tübingen und Ghent in Zusammenarbeit mit anderen Universitäten und dem Geologischen Dienst von Südaustralien erforscht. Hervorragende Aufschlussbedingungen und die Nähe zum Arkaroola Sanctuary ermöglichten intensive und detaillierte geologische Kartierung, Probennahme und Fernerkundungsanalysen des deformierten und alterierten Grund- und neoproterozoischen Deckgebirges. Die Kartierungen, wie auch die Daten von publizierten Karten und Probenlokationen wurden in eine umfassende GIS/MapInfo Datenbank integriert und in einem Kartierbericht erläutert (Chapter 2). Ein Fokus des Forschungsprojektes lag auf der Kalifeldspat Alteration und Brekziierung, die ein Gebiet von ~60 km² umfasst und alle Ausgangsgesteine überprägt. Das Alterationsgebiet ist an Hauptstrukturen wie Schieferungsebenen, Störungszonen und die antiklinale Faltenachsenebene gebunden. Eine ungerichtete Blastese von Kalifeldspat ging mit dem Zerfall von Glimmern (Freisetzen von Wasser) und dem Wachstum von Eisenoxiden einher. Diese Alteration fand in der Regel vor einer Chloritisierung und einer Silizifizierung statt. Diopsid-Titanit Adern, Eisenerzbrekzien und Phlogopitisierung treten im Grundgebirge auf, während Verskarnung das Deckgebirge alterierte (Chapter 3). Im Grund- und Deckgebirge bildeten sich vereinzelt besondere Brekzienzonen die eine umfassende Durchmischung von Lithologien und einen kontinuierlichen Bereich an Klastengrößen vom mm bis zum 100 m-Maßstab aufweisen (Appendix 2). Im Hidden Valley Gebiet erreicht diese Brekzie eine Größe von 10 km² und enthält Grund- und Deckgebirgsklasten die ursprünglich stratigraphisch mehrere Kilometer voneinander entfernt waren. Die Hidden Valley Brekzie bildete sich durch den Durchlauf eines fokussierten Fluidvolumens von ~5-30 km³ entlang der Hauptstrukturen, nachdem die weitläufige Kalifeldspat Alteration stattfand. Die Kalifeldspat Alteration überprägte einen Pegmatit, der um ~478 Ma in das Grundgebirge intrudierte (Rb-Sr Gesamtgestein und Muskovit, Chapter 3). Andere Pegmatite wie auch die Diopsid-Titanit Adern, die um ~450/440 Ma gebildet wurden, intrudierten in bereits alterierte Gesteine und wurden selber durch Kalifeldspatblastese überprägt. Phlogopitisierung fand vermutlich um ~455 Ma statt (Appendix 4). ~355 Ma alte Eisenerze (Monazit U-Pb) sind die soweit jüngsten Gesteine des Alterationssystems (Appendix 3), das demnach örtlich zwischen kleiner/gleich 478 Ma und kleiner/gleich 355 Ma während pulshaftem oder konstantem Fluidfluss aktiv war. Strukturgeologische Rekonstruktionen und eine Re-Interpretation von publizierten K-Ar Daten zeigen, dass das Alterationssystem während eines lang-anhaltenden Deformationsereignisses zwischen ~500/450 Ma und ~300 Ma aktiv war (Appendix 1). Der Inlier exhumierte während dieses Zeitraumes, der die Delamerische und die Alice Springs Orogeny umfasst, im wachsenden Kern der krustalen Antikline. Die Antikline bildete sich im Hangenden der östlich angrenzenden Paralana Störungszone durch ostwärts gerichtete Rampenverschiebung. Deformation, Exhumierung und Alteration im Paläozoikum sind vermutlich miteinander verbunden. Reaktive Formationswässer dekomprimierten während der Exhumierung des Grundgebirges, stiegen auf, fokussierten und verursachten Alterationsreaktionen und Brekziierung in bestimmten Krustenniveaus der mittleren und oberen Kruste. Die Glimmeralteration setzte zusätzliches Wasser frei, das verschiedene Mineralreaktionen und zusätzliche Brekziirung verursachte (Appendix 2). Die komplexe Architektur des Alterationssystems und großräumige Brekzienzonen entwickelten sich während der Exhumierung des Inliers durch diese einzelnen Niveaus. Das hydrothermale System wurde spätestens mit der endgültigen Exhumierung des Inliers an die Oberfläche inaktiv und von einem oberflächennahen Quarz-Hämatit Sinter überprägt. Das Alter dieses Sinters wurde auf 290 Ma datiert, aber neue Niedrigtemperatur-Thermochronologie Daten zeigen, dass die Sinteraktivität das Gebiet für etwa 100 Myr beeinflusste (Appendix 1).