Quantification of deformation processes in the Torlesse accretionary wedge, New Zealand

Abstract

Zusammenfassung:In dieser Studie werden Deformationsprozesse im mesozoischen Torlesse Akkretionskeil (Neuseeland) quantifiziert, um Aufschluß über die Dynamik in Akkretionskeilen zu erhalten. Absolute und relative Verformungsmessungen zeigen sowohl im lokalen als auch regionalen Maßstab eine stark heterogene Deformation des Torlesse Keils. Die regionale Deformation wurde mit Hilfe einer Tensordurchschnittsberechnung, unter Benutzung einzelner lokaler Verformungsdaten, als uniaxiale Verkürzung entlang einer subvertikalen, maximalen Verkürzungsachse charakterisiert. Absolute Verformungsmessungen an niedriggradigen Metasandsteinen belegen darüber hinaus durchschnittliche Volumenverluste von ca. 20% SiO2. Volumenveränderungen in tieferkrustalen Aufschlüssen wurden mittels einer geochemischen Massenbilanzanalyse abgeschätzt. Chemische Zusammensetzungen höhergradiger Zonen weichen je nach Grad der Volumenverformung von der Protolitzusammensetzung ab und zeigen somit Verluste von 15% SiO2 an. Da Speicherorte für das gelöste Material nicht bekannt sind, muss angenommen werden, dass das Material aus dem Keil abtransportiert wurde. Die Verformungsergebnisse geben weiterhin Aufschluß über den Grad der Kopplung zwischen Akkretionskeil und subduzierter Platte. Die ermittelten Scherwerte in den Gesteinen liegen deutlich unter den zu erwartenden Scherwerten, die mittels eines einfachen Modells berechnet wurden, das sowohl verschiedene Konvergenzgeschwindigkeiten als auch Exhumierungsraten berücksichtigt. Dies belegt, dass der Torlesse Keil stark von der subduzierten pazifischen Platte entkoppelt war und die Deformation hauptsächlich durch den Fluß der Sedimente in und aus dem Keil bestimmt wurde.

Abstract:In this study deformation processes in the Torlesse accretionary wedge (New Zealand) are quantified in order to get information on the dynamics of accretionary wedges. Absolute and relative strain measurements show a heterogeneous deformation in the Torlesse wedge. The regional deformation was estimated by using a tensor average calculation, that takes into account single local strain measurements. The calculation reveals an uniaxial shortening along a subvertical maximum shortening axis. Absolute strain measurements on low grade metasandstones additionally prove an average volume loss of c. 20 SiO2. A geochemical mass balance analysis was used to estimate volume change in deeper crustal levels. Chemical compositions in higher grade rocks differ from the protolith compositions depending on the degree of volume deformation and thus show volume loss of 15% SiO2. Sinks for the dissolved material are not known, therefore a transport of the material out of the wedge must be assumed. Strain results also reveal information on the degree of coupling between the accretionary wedge and the subducting plate. Measured shear strains in the rocks are clearly lower than the expected shear values, which were calculated by using a simple model that takes into account different plate convergence velocities and exhumation rates. This proves that the Torlesse wedge was strongly decoupled from the subducted pacific plate and the deformation was mainly influenced by the flow of sediments in and out of the wedge.