Původ a prevariský vývoj brunovistulického mikrokontinentu

Mgr. Simona Krmíčková, Ph.D.

Doctoral thesis

Origin and pre-Variscan evolution of the Brunovistulian microcontinent

Abstract:

Brunovistulický mikrokontinent (označovaný též jako brunovistulikum) představuje nejrozsáhlejší (až 30 000 km2) geologickou jednotku proterozického stáří ve východní části středoevropské variské kolizní zóny. Na základě celohorninového, minerálního a izotopového (Sr–Nd–Pb–Hf) složení a U–Pb a Ar/Ar datování reprezentativních vzorků z povrchových výchozů a hlubokých vrtů (až 6,5 km) v české části brunovistulika byl upřesněn původ a následný vývoj této jednotky, která byla dosud předmětem mnoha geologických diskusí. Granitoidy, které tvoří dvě hlavní části brunovistulika, mají ediakarské stáří. Stáří krystalizace zirkonů ze slavkovského teránu stanovené metodou U–Pb ukazuje, že hlavní magmatická fáze probíhala mezi 597 a 595 Ma. Stanovená stáří se překrývají s publikovanými daty ze sousedního dyjského teránu, což svědčí o tom, že obě jednotky vznikaly současně ve stejných subdukčních podmínkách. Granitoidy slavkovského teránu jsou geochemicky relativně primitivní a mají charakter magmatu vzniklého v prostředí vulkanického oblouku, což potvrzuje také jejich Sr–Nd–Pb–Hf izotopové složení. Slavkovský terán tedy může představovat erozní relikt juvenilního kadomského vulkanického oblouku, který se vytvořil nad subdukční zónou při aktivním kontinentálním okraji. Po skončení hlavní magmatické fáze (595 až 590 Ma) docházelo k rychlému výzdvihu, který byl doprovázen žilnými intruzemi ryolitového složení, jejichž stáří odpovídá 594 Ma. Dyjský terán vznikl na rozdíl od slavkovského teránu tavením proterozoické vyzrálé kontinentální kůry nad stejnou subdukující tektonickou deskou na okraji Gondwany. Metasedimentární horniny náležející do slavkovského teránu obsahují populace detritických zirkonů kryogenního až ediakarského stáří. Jejich protolity tak odpovídají erozním produktům stejně starých magmatických hornin slavkovského a dyjského teránu. Metasedimentární horniny v sv. části brunovistulického mikrokontinentu navíc obsahují mladší (ca 550 Ma) zirkony, které indikují, že brunovistulikum narůstalo sv. směrem díky akreci výrazně mladšího materiálu pocházejícího z pozdně ediakarských magmatických hornin. Mezi slavkovským a dyjským teránem leží metabazitová zóna, která sestává z metabazaltové a metadioritové subzóny. Metabazaltová subzóna představuje nejstarší jednotku brunovistulika, která vznikla před 740 až 725 Myr v pozdním tonianu. Její vznik předcházel hlavní magmatickou aktivitu brunovistulika o 135 až 150 Myr. Tato nejstarší část zahrnuje bazické metavulkanické horniny a přidružené felsické žíly a metatufy. Geochemická a izotopová charakteristika těchto felsických členů potvrzuje, že jejich mateřské taveniny byly odvozeny ze svrchního pláště, podobně jako okolní metabazaltové horniny. Tonianské stáří matabazaltové subzóny a geochemická a izotopová signatura blížící se rezervoáru typu MORB (87Sr/86Sr = 0,7027; ɛNd = +5,6; ɛHf = +10) odpovídá hlavní fázi riftingu během rozpadu superkontinentu Rodinie a následnému vzniku vulkanických ostrovních oblouků. Během subdukce (~600 Ma), při které vznikly granitoidy slavkovského a dyjského teránu, byly ke kontinentálnímu okraji připojeny také výrazně starší pozůstatky oceánského oblouku (655–650 Myr metadioritová subzóna) a vulkanické horniny s MORB-signaturou (740–725 Myr metabazaltová subzóna) náležející do metabazitové zóny, což vedlo ke zformování brunovistulického mikrokontinentu. V pozdní ediakaře (552–551 Ma) byly některé části brunovistulického mikrokontinentu intenzivněji denudovány a došlo zde k ukládání červených terestrických siliciklastických sedimentů (bazální klastika), jejichž hlavními zdroji jsou práv

Abstract:

ě granitoidy slavkovského a dyjského teránu. Klasty pískovců a kvarcitů obsahují také mnohem starší populace zirkonů, které potvrzují, že v té době byly v blízkosti obnaženy také korové horniny neoarchaického, paleo-, meso- a spodně neoproterozoického stáří.

Abstract:

The Brunovistulian microcontinent (also referred as Brunovistulicum) represents the largest (up to 30 000 km2) geological unit of Proterozoic provenance in the eastern part of the Central European Variscan collision zone. Based on the whole-rock, mineral and radiogenic isotope (Sr–Nd–Pb–Hf) compositions, and U–Pb and Ar/Ar dating of representative samples from surface exposures and deep boreholes (up to 6.5 km) situated in the Czech part of Brunovistulicum, its genesis is refined. Granitoids forming the two principal domains of Brunovistulicum have Ediacaran ages. U–Pb zircon crystallization ages of the Slavkov Domain show the dominant magmatic activity occurring between ca. 597 and 595 Ma. The ages overlap published ages for the adjacent Thaya Domain, showing that both domains formed coevally in the same subduction zone. Granitoids of the Slavkov Domain are relatively primitive and resemble volcanic arc magmas, which is also confirmed by their Sr–Nd–Pb–Hf isotope compositions. Thus, the Slavkov Domain may represent an eroded relic of a juvenile Cadomian volcanic arc that developed above a subduction zone at an active continental margin. The main stage of magmatism stopped after ca. 595–590 Ma and was quickly followed by an uplift accompanied by small-volume intrusions of rhyolite dykes at ca. 594 Ma. In contrast, the Thaya Domain originated by melting of Proterozoic mature continental crust above the same subducting slab at the Gondwanan margin. Slavkov Domain metasedimentary rocks are dominated by Cryogenian–Ediacaran detrital zircon populations and their protoliths were locally derived erosional products of Cryogenian to Ediacaran arc rocks of the Thaya and Slavkov domains. Metasedimentary rocks from the NE part of the Brunovistulian microcontinent contain younger, ca. 550 Ma zircons indicating that Brunovistulicum grew northeastward by accretion of progressively younger material derived from magmatic rocks with latest Ediacaran crystallization ages. In contrast to the Thaya and Slavkov domains, the Metabasalt Zone of the Central Basic Belt that lies between them formed between ca. 740 and 725 Ma in the late Tonian. It predates the main stage magmatic activity in the Brunovistulian microcontinent by 135 to 150 Myr. This oldest part comprises basic metavolcanic rocks and associated felsic dykes and metatuffs. Geochemical and isotope characteristics of these felsic members confirm that their parent melts were derived from the upper mantle, similar to their metabasite hosts. The Tonian age of the Metabasalt Zone and MORB-like geochemical and isotope signature (87Sr/86Sr = 0.7027; ɛNd = +5.6; ɛHf = +10) correspond to the main phase of rifting during break-up of the Rodinia supercontinent and subsequent formation of volcanic island arcs. During the ~600 Ma subduction, during which the granitoids of the Slavkov and Thaya domains have formed, significantly older remnants of an island arc (655–650 Myr Metadiorite Zone) and MORB-like volcanic rocks (~740–725 Myr Metabasalt Zone) of the Central Basic Belt were incorporated into the continental margin, leading to the assemblage of the Brunovistulian microcontinent. At ca. 552–551 Ma in the latest Ediacaran, parts of the Brunovistulian microcontinent were exposed at the surface, during which time red, terrestrial siliciclastic sediments (Basal Clastics) were deposited. These largely had (very) proximal sources such as the main stage granitoids of the Slavkov and Thaya domains. Clasts of (meta)sandstones contain much older zircon populations and provide evidence that Neoarchaean and Palaeo-, Meso- and early Neoproterozoic crustal rocks were exposed in erosional position nearby.

Keywords

Brunovistulikum, Slavkovský terán, Metabazitová zóna, Bazální klastika, Prevariský vývoj, Izotopy Sr–Nd–Pb–Hf, U–Pb datování, Ar/Ar datování, Vulkanický oblouk, Neoproterozoikum

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 7. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 5. 10. 2023
• Supervisor: prof. RNDr. Lukáš Krmíček, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Václav Kachlík, CSc., Dr.sc.nat. Tomáš Magna

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geology / Mineralogy, petrology and economic geology