Authors:	Richter, Peter Paul Erich
Title:	Structural and strain analysis in the Late Paleozoic coastal accretionary wedge of central Chile
Online publication date:	19-Nov-2007
Year of first publication:	2007
Language:	english
Abstract:	Abstract In this study structural and finite strain data are used to explore the tectonic evolution and the exhumation history of the Chilean accretionary wedge. The Chilean accretionary wedge is part of a Late Paleozoic subduction complex that developed during subduction of the Pacific plate underneath South America. The wedge is commonly subdivided into a structurally lower Western Series and an upper Eastern Series. This study shows the progressive development of structures and finite strain from the least deformed rocks in the eastern part of the Eastern Series of the accretionary wedge to higher grade schist of the Western Series at the Pacific coast. Furthermore, this study reports finite-strain data to quantify the contribution of vertical ductile shortening to exhumation. Vertical ductile shortening is, together with erosion and normal faulting, a process that can aid the exhumation of high-pressure rocks. In the east, structures are characterized by upright chevron folds of sedimentary layering which are associated with a penetrative axial-plane foliation, S1. As the F1 folds became slightly overturned to the west, S1 was folded about recumbent open F2 folds and an S2 axial-plane foliation developed. Near the contact between the Western and Eastern Series S2 represents a prominent subhorizontal transposition foliation. Towards the structural deepest units in the west the transposition foliation became progressively flat lying. Finite-strain data as obtained by Rf/Phi and PDS analysis in metagreywacke and X-ray texture goniometry in phyllosilicate-rich rocks show a smooth and gradual increase in strain magnitude from east to west. There are no evidences for normal faulting or significant structural breaks across the contact of Eastern and Western Series. The progressive structural and strain evolution between both series can be interpreted to reflect a continuous change in the mode of accretion in the subduction wedge. Before ~320-290 Ma the rocks of the Eastern Series were frontally accreted to the Andean margin. Frontal accretion caused horizontal shortening and upright folds and axial-plane foliations developed. At ~320-290 Ma the mode of accretion changed and the rocks of the Western Series were underplated below the Andean margin. This basal accretion caused a major change in the flow field within the wedge and gave rise to vertical shortening and the development of the penetrative subhorizontal transposition foliation. To estimate the amount that vertical ductile shortening contributed to the exhumation of both units finite strain is measured. The tensor average of absolute finite strain yield Sx=1.24, Sy=0.82 and Sz=0.57 implying an average vertical shortening of ca. 43%, which was compensated by volume loss. The finite strain data of the PDS measurements allow to calculate an average volume loss of 41%. A mass balance approximates that most of the solved material stays in the wedge and is precipitated in quartz veins. The average of relative finite strain is Sx=1.65, Sy=0.89 and Sz=0.59 indicating greater vertical shortening in the structurally deeper units. A simple model which integrates velocity gradients along a vertical flow path with a steady-state wedge is used to estimate the contribution of deformation to ductile thinning of the overburden during exhumation. The results show that vertical ductile shortening contributed 15-20% to exhumation. As no large-scale normal faults have been mapped the remaining 80-85% of exhumation must be due to erosion. Zusammenfassung In dieser Studie werden strukturelle und finite Verformungsdaten benutzt um die tektonische Entwicklung und die Exhumierungsgeschichte des chilenischen Akkretionskeils zu untersuchen. Dieser ist Teil eines spätpaläozoischen Subduktionskomplexes, der sich während der Subduktion der Pazifischen Platte unter Südamerika gebildet hat. Der Keil wird üblicherweise in eine strukturell tiefer liegende Westliche Serie und eine strukturell höher liegende Östliche Serie unterteilt. In dieser Studie wird eine progressive Entwicklung und Veränderung von Struktur- und Verformungsdaten aufgezeigt, angefangen in den am wenigsten deformierten Gesteinen der Östlichen Serie bis hin zu den höhergradig deformierten Gesteinen in der Westlichen Serie an der pazifischen Küste. Des weiteren wird mit den finiten Verformungsdaten der Anteil der vertikalen duktilen Ausdünnung an der Gesamtexhumierung quantifiziert. Vertikale duktile Ausdünnung ist neben Erosion und Abschiebungstektonik ein Prozess, der zur Exhumierung von Hochdruckgesteinen führen kann. Im östlichen Teil der Östlichen Serie sind die Strukturen durch sedimentäre Lagen charakterisiert. Diese sind mit einer penetrativen S1 Schieferung assoziiert und durch aufrechte Chevron-Falten verfaltet. Das Einfallen dieser F1 Falten ändert sich nach Westen hin von Ost- zu West-vergent. Die S1 Schieferung wird Richtung Westen zusehends an liegenden, offenen F2 Falten verfaltet und es bildet sich parallel zu den Achsenebenen eine S2 Schieferung aus. Am Übergang zwischen Östlicher und Westlicher Serie stellt S2 eine markante subhorizontal orientierte Transpositionsfoliation dar. In den strukturell tiefsten Einheiten im Westen wird diese Transpositionsfoliation immer flachliegender. Die finiten Verformungsdaten, die man aus den Analysen mit der Rf/Phi- und PDS-Methode an Metagrauwacken und mit der XTG-Methode an Phyllosilikat reichen Gesteinen erhält, zeigen einen gleichmäßigen und graduellen Anstieg der Verformungsmagnitude von Ost nach West. Diese progressive Entwicklung kann dahingehend interpretiert werden, dass sie eine kontinuierliche Änderung des Akkretionsmodus in der Subduktionszone darstellt. In der Zeit vor ~320-290 Ma wurden die Gesteine der Östlichen Serie frontal am Plattenrand akkretiert. Diese Art der Akkretion verursachte horizontale Verkürzung und die aufrecht stehenden Falten. Um ~320-290 Ma änderte sich der Akkretionsmodus und die Gesteine der Westlichen Serie wurden unter den Plattenrand subduziert und basal akkretiert. Dies verursachte eine starke Veränderung der Art der Deformation im Keil. Die Gesteine wurden nun vertikal verkürzt und es bildete sich die penetrative Transpositionsfoliation. Die absoluten und relativen Verformungsdaten der beiden Serien werden außerdem benutzt um den Anteil der vertikalen duktilen Ausdünnung an der Gesamtexhumierung zu quantifizieren. Tensormittelwerte der Hauptverformungsachsen der absoluten Verformungsdaten ergaben Sx=1,24, Sy=0,82 und Sz=0,57 und implizieren eine vertikale Verkürzung von ca. 43 %, die durch Volumenverlust kompensiert wird. Aus den Verformungsdaten der PDS-Messungen lässt sich ein durchschnittlicher Volumenverlust von 41 % errechnen. Mit einer Massenbilanz lässt sich abschätzen, dass der größte Teil des gelösten Materials im Akkretionskeil bleibt und in Form von Quarzadern wieder ausfällt. Für die Tensormittelwerte der relativen Verformungsdaten lassen sich Werte von Sx=1,65, Sy= 0,89 und Sz=0,59 bestimmen. Diese indizieren eine stärkere vertikale Verkürzung für die strukturell unteren Einheiten als für die höher gelagerten. Ein einfaches Model, welches Geschwindigkeitsgradienten entlang eines vertikalen Flusspfades in einem Gleichgewichtskeil integriert, kann zur Bestimmung des Anteils der vertikalen duktilen Ausdünnung an der Gesamtexhumierung genutzt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass dieser Anteil nur ca. 15 - 20 % ausmacht. Da keine großmaßstäblichen Abschiebungen beobachtet werden können, ist davon auszugehen, dass die restlichen 80-85 % der Exhumierung auf Erosion zurückgehen.
DDC:	550 Geowissenschaften 550 Earth sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1687
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-14450
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
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