6. ANALISI STRUTTURALE ED
EVOLUZIONE TETTONICA
6.1 Premessa
Nei capitoli introduttivi è stata descritta la complessa evoluzione tettonica del Cristallino Alto Himalayano e di come essa sia caratterizzata da una storia deformativa polifasica che, a partire dalla collisione indo-euroasiatica si protrae sino a periodi di attività più recente.
L'analisi delle strutture deformative tramite un'accurata descrizione geometrica e cinematica, è un' importante strumento analitico per la ricostruzione dell'evoluzione tettonica dell'area investigata. Le rocce studiate in questo lavoro di tesi presentano una storia deformativa che si manifesta con la sovrapposizione di più strutture sia duttili che fragili. La distinzione delle varie strutture, attraverso l'utilizzo di criteri analitici, permette di definire, quando possibile, le relazioni temporali che intercorrono tra le diverse fasi deformative. L' approccio metodologico ad una zona ad alta deformazione duttile, come nel caso della Kalopani Shear Zone KSZ, ha come scopo principale quello di identificare le singole strutture per poterle inserire entro una scala temporale sia relativa che assoluta. Detto ciò, non sempre è possibile risalire tramite una singola struttura o una associazione di strutture diverse ad un determinato momento temporale. Un affidabile elemento diagnostico per riconoscere le diverse fasi deformative è rappresentato dal criterio di sovrapposizione. A tale scopo la compilazione della carta geologico-strutturale in cui vengono raffigurate linearmente le tracce di tutte le superfici penetrative è utile al fine di ottenere una corretta interpretazione delle strutture dalla micro alla macro-scala. Successivamente
datazioni geocronologiche sui minerali radiogenici (Mnz-Zr) è stato possibile arrivare ad una ricostruzione realistica della storia strutturale che ha interessato l'area rilevata.
6.2 Descrizione delle fasi deformative
Nella valle del Kali Gandaki in prossimità dei villaggi di Lete e Kalopani il Cristallino Alto Himalayano è costituito da ortogneiss, calco-silicati, e metapeliti in facies anfibolitica caratterizzati da una morfologia (macroscopica) costituita da estese strutture monoclinali strutturalmente omogenee (Fig. 6.1) con un'immersione media ~verso NE. In questo capitolo verranno descritte le strutture deformative osservate sul terreno alle diverse scale di indagine. Alla scala dell'affioramento la presenza di micropieghe isoclinali indicano intensa deformazione tra le unità (taglio semplice)
(Vannay et Hodges, 1996). La foliazione di seconda fase Sp (2) si sviluppa lungo i piani
assiali delle pieghe isoclinali di prima fase è pervasiva e traspone la foliazione di prima fase S1 alla meso e micro-scala. Attraverso il lavoro di campagna e le analisi microstrutturali sono state osservate e descritte 4 fasi deformative: tre a carattere duttile ed una tardiva a carattere fragile. È stata inoltre osservata sul terreno una fitta rete di filoni leucocratici a tormalina e granato che registrano diversi stadi deformativi. Le deformazioni di questi filoni e sills verranno descritti insieme alla fase deformativa D2 che risulta essere strutturalmente la più importante.
Fig. 6.1- Morfologia definita da strutture monoclinali dei versanti ad ovest del fiume Kali Gandaki, la foto è scattata verso SW nei pressi del villaggio di Titigaon.
6.2.1 Fase deformativa D1
La fase deformativa D1 è completamente trasposta nella maggior parte delle litologie osservate. Sporadiche evidenze della fase D1 sono state osservate come relitte alla micro e alla meso -scala. Per quanto riguarda gli ortogneiss dell'unità 3 questa fase deformativa è totalmente obliterata alla scala dell'affioramento dalla trasposizione della foliazione milonitica di seconda fase ed è stata riconosciuta solo in pochi campioni alla scala microscopica.
-Pieghe F1
Le pieghe di prima fase F1 sono state osservate in un solo affioramento nella valle del fiume Lete in calco-silicati; queste pieghe di spessore pluri-centimetrico presentano
-Foliazione S1
La foliazione S1 è stata riconosciuta nei calco-silicati ed in tutti i casi osservati si presenta piegata o totalmente obliterata e trasposta dalle fasi deformative posteriori. Negli ortogneiss campionati nelle zone di Lete, Kalopani, Choya e del Nimek Danda è l' alternanza composizionale tra gneiss grossolani, a grana fine che può favorirne il riconoscimento. Negli ortogneiss dell'unità 3 campionati in prossimità della KSZ le testimonianze della fase D1 sono preservate in maniera assai più sporadica. Alla scala macroscopica negli ortogneiss a grana grossolana la S1 è totalmente trasposta, tuttavia sono stati riconosciuti isolati archi poligonali di Bt nei livelli granoblastici ricchi in quarzo e plagioclasio (fig. 6.2 c) e sporadiche tracce di inclusioni di Bt e Ms all' interno di cristalli di feldspato. Un indizio inequivocabile per riconoscere la foliazione di prima fase è stato riscontrato in un campione (KL 19.11.13) raccolto in prossimità del versante ovest del Nimek Danda ad una quota di ~3200 m. In questo campione si osserva la foliazione S1 relitta all'interno dei porfiroclasti di granato (Fig.6.2 b). Nella maggior parte dei porfiroclasti presenti nella sezione sottile del campione Kl 19.11.13 si osserva una foliazione interna evidenziata dall’orientazione di cristalli di quarzo euedrali ed isolata biotite e muscovite discordante (forma un angolo variabile tra 60-90°) rispetto alla foliazione principale del campione marcata da biotite e muscovite.
20 cm
SW NE
5 μm
5 μm 20 cm
Fig. 6.2-a) S1 piegata nei calco silicati in affioramento(spessore circa 50 cm). b) S1 relitta marcata
dal quarzo all'interno di un granato (campione KL-19.11.13, 2 nicol, ingr. 45x). c) archi poligonali di biotite entro un calco-silicato marcano la S1 (campione KL4.11.5, 2 nicol, ingr. 20x. d) pieghe F1 ripiegate in un calcosilicato (spessore circa 20 cm).
6.2.2 Fase deformativa D2
Questa fase deformativa rappresenta sicuramente il principale evento deformativo riconosciuto nelle unità metamorfiche analizzate, e si manifesta tramite lo sviluppo di una foliazione penetrativa Sp(2) che rappresenta l'elemento planare più diffuso in tutta l'area indagata. Nell'unità 3 la D2 è associata ad un importante evento milonitico con sviluppo della zona di taglio KSZ.
Fig. 6.3- tabella delle proiezioni stereografiche suddivise per evento deformativo: Sp(2), foliazione pervasiva di seconda fase deformativa (D2); Lp (2) lineazione di estensione di fase D2; F3 asse A3 di piega F3 calcolato tramite StereoWin 1.2.; F4 piani di faglia.
-Pieghe F2
Le pieghe F2 sono state documentate in tutta l'area del settore di catena indagato fatta eccezione per l' area ad alta deformazione della KSZ in cui la deformazione duttile è tale da aver obliterato le pieghe di seconda fase. Le caratteristiche delle pieghe F2 e della foliazione Sp (2) variano in funzione delle litologie analizzate. Nei calco-silicati, nei marmi e nelle metapeliti che affiorano a contatto con gli ortogneiss a
grana grossolana, queste strutture sono osservabili alla scala dell'affioramento e sono maggiormente preservate rispetto alle rocce affette dalla deformazione delle zone di taglio. Le pieghe di seconda fase hanno spessore variabile da centimetrico a pluri- decimetrico e presentano geometrie isoclinali generalmente simmetriche con fianchi variabili da dritti a blandamente curvi, generalmente paralleli. L'orientazione dei piani assiali è circa NW-SE. Nei calco-silicati le pieghe F2 hanno spessore variabile da centimetrico a pluri-decimetrico, presentano fianchi paralleli ed isoclinali e zone di cerniera variamente ispessite e curvilinee (Fig. 6.4 a). I differenti contrasti di competenza tra le litologie a contatto permettono, localmente, lo sviluppo di pieghe disarmoniche asimmetriche lungo i fianchi delle F2. Le pieghe F2 nei calco-silicati sviluppano una foliazione di piano assiale Sp (2) accentuata dal contrasto di viscosità tra livelli leucocratici (bianchi) e livelli ricchi in anfibolo e diopside (verdi) (Fig.6.4b). In prossimità della zona di taglio (KSZ) sono state riconosciute pieghe F2 con geometrie a guaina con spessore pluri-centimetrico. L'orientazione degli assi A2 è NW-SE con inclinazione di 20°-25° verso E-SE (Fig.6.4 c). Nei calcosilicati, nelle metapeliti e negli ortogneiss a grana fine dell' unità 3 le F2 sono caratterizzate da geometrie tipo chevron serrate, con fianchi dritti, curvatura ed ispessimento della cerniera (Fig.6.4d). Negli ortogneiss a grana fine campionati nella zona del Nimek Danda le pieghe F2 sono intrafoliari ed il contrasto di competenza tra i livelli leucocratici e melanocratici ha permesso lo sviluppo di pieghe parassite, interpretabili come pieghe di trascinamento. I fianchi sono leggermente curvilinei, le cerniere leggermente ispessite ed i piani assiali blandamente curvi (Fig.6.4e). Nei marmi foliati le F2 hanno spessore centimetrico, fianchi asimmetrici e cerniere ispessite (Fig. 6.4f).
a) NW SE PA2 Sp (2) 20 cm SW NE b) c) NW SE SE 5 cm 5 cm 5 cm d) SE NW e) NW SE SE 20 cm f) NE SW 2 cm
Fig. 6.4 - a) sill leuco granitico piegato (F2) di spessore decimetrico in un calco-silicato. b)
ispessimento di una cerniera di fase D2 con e sviluppo della foliazione di piano assiale Sp (2), in alto a sinistra si vede un filone leucocratico sin-cinematico allo sviluppo della F2. c) sheet fold in un'ortogneiss a grana fine. d) pieghe F2 in un marmo foliato. e) pieghe intrafoliari F2 decimetriche in gneiss calco-silicatico. f) pieghe asimmetriche F2 di spessore centimetrico in un marmo foliato.
-Foliazione Sp (2)
La foliazione di seconda fase Sp (2) rappresenta il principale elemento strutturale riconosciuto in questa porzione dell'HHC. Questa foliazione ha caratteristiche milonitiche connesse allo sviluppo in particolare nella zona di Kalopani di strutture tipo S-C e un'orientazione a scala regionale più o meno costante NW-SE con inclinazione media verso nord-est (Fig.6.3)(fatta eccezione per l'area di Choya-Deorali in cui la Sp (2) ha una dip direction verso SW) ed è stata definita, sulla base delle osservazioni fatte sui calco-silicati, come una foliazione di piano assiale (PA2). Per quanto riguarda gli ortogneiss difficilmente sono state osservate le cerniere delle F2. La Sp (2) è una foliazione milonitica penetrativa alla meso-scala, ed è marcata da domini a quarzo e feldspato a grana grossolana (spessore centimetrico), e letti di biotite e muscovite con spessore da millimetrico a pluri-millimetrico. Microscopicamente negli ortogneiss la Sp (2) risulta essere continua e anastomizzata (Fig. 6.7 2). La spaziatura dei livelli è meglio osservabile alla mesoscala in tutte le litologie indagate (Fig. 6.8 a).
In sezione sottile sono stati riconosciuti differenti meccanismi deformativi e di ricristallizzazione che riguardano in particolare quarzo e plagioclasio negli ortogneiss e calcite, anfiboli e pirosseno nei calco silicati. Lungo i bordi dei cristalli di quarzo ci sono arricchimenti di minerali opachi con lo sviluppo lungo le microfratture di livelli stilolitici che evidenziano fenomeni di dissoluzione per pressione. Questo processo di deformazione intracristallina è regolato da fasi fluide che circolano in regimi tensionali ad alto stress lungo i bordi dei grani. La dissoluzione per pressione agisce maggiormente dove i grani a contatto e le loro superfici sono posizionate ad alto angolo rispetto alla direzione di raccorciamento istantaneo (Paschier & Throw
2005).
calcite (dei calco-silicati) lamelle di geminazione anch'esse ondulate (Fig 6.7 4). Questi parametri ottici sono diagnostici (qualitativamente) per indicare un meccanismo di deformazione intra-cristallina. Nei lithons agiscono, localmente, meccanismi di ricristallizzazione dinamica quali il grain boundary migration (GBM): negli ortogneiss cristalli di quarzo e plagioclasio sono deformati omogeneamente e presentano forme allungate e nastriformi. Gli aggregati di quarzo e feldspato presentano contatti tra i grani irregolari che variano da interlobati ad ameboidi, e strutture mirmechitiche a spese dei cristalli di k-feldspato (Fig. 6.7 1) indicando deformazione in condizioni di medio-alto grado (Fig.6.7 2-3). I meccanismi di ricristallizzazione e i sistemi di scorrimento del quarzo, del feldspato e di altri minerali sono dipendenti dalla temperatura e per tale motivo possono essere utilizzati per determinare le condizioni metamorfiche durante i processi deformativi (Passchier & Trouw, 2005). La temperatura di ricristallizzazione stimata sulla base dell' associazione mineralogica a muscovite + quarzo e k-feldspato + al., per gli ortogneiss dell'unità 3 è inserita in un intervallo di temperatura compreso tra 650°-700° (Vannay e Hodges., 1996). Queste rocce registrano un picco di pressione di 8-10 kbar a profondità di circa 35 km (Vannay et Hodges, 1996). Nei micascisti a granato si osserva una foliazione relitta di prima fase marcata dall'orientazione preferenziale del quarzo nei granati che forma un alto angolo con la foliazione di seconda fase S2 (Fig 6.2 b). La S2 in questi campioni è spaziata e definita da domini di clivaggio anastomizzati.
Intorno ai porfiroclasti di granato si sviluppano ombre di pressione e strain cap composti da cristalli di biotite e di subordinata muscovite. Nei mantled object prevalentemente di tipo Θ le ali, a composizione micacea, sono in prevalenza simmetriche e perciò risulta difficile determinare il senso di taglio.L'analisi dei dati giaciturali ha messo in luce come l'orientazione di questa foliazione
sia variabile a seconda del settore di catena indagato a causa di una fase deformativa posteriore alla D2 che la deforma con lo sviluppo di pieghe F3 che verranno descritte nel paragrafo successivo. Nella proiezione stereografica di (Fig. 6.3) la Sp (2) presenta due orientazioni preferenziali: la concentrazione di poli nel settore SW dello stereo net indica una direzione NW-SE ed inclinazione media compresa tra 20°-60° verso NE. Nello stereo net della foliazione Sp (2) in figura 6.3 la concentrazione di poli presente nel settore NE della proiezione stereografica rappresenta le misure effettuate nell'area del villaggio di Choya in un affioramento pluri-ettometrico di gneiss minuti. L'andamento dei piani di foliazione Sp (2) rimane costante NW-SE mentre troviamo inclinazioni molto diverse in questo caso verso SW, questa eterogeneità di valori giaciturali verrà discussa in relazione alla fase deformativa D3.
Una fitta rete di leucograniti a tormalina e granato è stata riconosciuta e descritta in associazione ai differenti eventi deformativi. Per quanto riguarda questa fase deformativa (D2) localmente si osservano filone con spessore variabile da centimetrico a pluri-metrico orientati lungo la foliazione penetrativa Sp (2) che sono da considerarsi da pre a sin-cinematici rispetto a questa fase deformativa (Fig.6.8 e). Si è osservato come, localmente, i leucosomi a tormalina siano piegati dalla pieghe F2 entro livelli di calco-silicati. In alcuni affioramenti di gneiss minuti è stata osservata la presenza di leucosomi che intersecano la Sp (2) (Fig.6.8 f) che indicano come la messa in posto di questi corpi sia posteriore rispetto alla sviluppo della foliazione di seconda fase deformativa.
-Lineazione Lp(2)
Il riconoscimento sul terreno della lineazione di estensione è fondamentale per determinare la geometria ed il senso di movimento delle zone di taglio. Piazolo e
Passchier (2002), definiscono su base geometrica due gruppi principali di lineazioni: object lineation e trace lineation e considerano la possibilità che una lineazione possa
essere sia mineralogica che effettivamente di stretching. La object lineation può essere suddivisa in due tipi: aggregate e grain lineation (Fig 6.6). La grain lineation è definita da singoli grani prolati di una singola specie mineralogica con orientazione simile dell'asse maggiore dell'ellissoide di deformazione. Per quanto riguarda la aggregate
lineation è definita da Piazolo e Passchier, (2002) come sviluppata grazie a processi di
deformazione e di ricristallizzazione dinamica di aggregati di grani, o di grani di grosse dimensioni, che nelle rocce di alto grado, quali quelle dell'HHC, continuano anche dopo che la deformazione sia conclusa grazie a processi di ricristallizzazione statica. Per questo motivo nelle rocce di alto grado è più importante l'individuazione della grain lineation.
Nei calcosilicati la lineazione Lp(2) è marcata dall'allungamento dei cristalli di diopside ed anfibolo. Negli ortogneiss la lineazione di estensione Lp(2) è definita dall' allungamento di porfiroclasti di feldspato, di spessore centimetrico, e dall'isorientazione dei minerali biotite e muscovite. La lineazione Lp presenta una direzione prevalente NE-SW sub-parallela agli assi di seconda fase (è più inclinata) e perpendicolare all'andamento della catena. Com' è possibile osservare nello stereo net di figura 6.3 la lineazione di estensione Lp si presenta fortemente inclinata da 70° a 85° verso NE(Fig 6.3).
65 a) b) c) 100 μm c) 50 μm 100 μm 50 μm a) 50 μm b) 100 μm
Fig. 6.6- a) Rappresentazione schematica delle tipologie di lineazione di estensione. b)block
diagrami di una object lineation in prossimità di una Shear band.
d)
Fig. 6.7- a) struttura mirmechitica quarzo-feldspatica (campione Kl 69-b, foto a 2 nicol,
ingrandimento 40 x) b) aggregati di quarzo nastriformi in un ortogneiss. (Kl 3.11.1, 2 nicol, ingrandimento 16x. c) particolare di contatti interlobati ameboidi in aggregato di quarzo di un ortogneiss (Kl 14 11.2, 2 nicol, ingrandimento 16x) d) geminazione ondulata nella calcite in un calcosilicato (Kl 8.11.8, 2 nicol, ingrandimento 40x).
20 cm 20 cm 20 cm SW NE ENE WSW SW NE SW NE SW 20 cm NE
Fig. 6.8- a) Sp(2) negli ortogneiss a grana grossolana, intrusi da numerosi sills leuco granitici a tormalina (cristalli circa pluri-centimetrici. b).foliazione Sp(2) in un affioramento di calco-silicati c) leucogranito syn D2. d) filoncello leucogranitico post fase D2 che taglia la foliazione Sp(2).
6.2.3 Fase deformativa D3
Questa fase deformativa è stata definita in seguito alle analisi condotte sulle
variazioni di orientazione della foliazione Sp (2) nei pressi di Choya e Thaglung (Fig. 6.3). Lo studio tramite le proiezioni stereografiche ha permesso di individuare due fianchi di una grande piega F3.
-Pieghe F3
Nell'area di Kalopani, collocata strutturalmente sotto il STDS non sono state osservate cerniere di pieghe F3 a grande scala. Le pieghe asimmetriche a grande scala che si osservano nelle vicine cime del Dhaulaghiri e Nilghiri sono descritte in letteratura come pieghe F2 attribuibili alla seconda fase deformativa e sono posizionate strutturalmente sopra l'AD (Godin et al., 1999b). I piani assiali relativi alle pieghe sviluppatesi durante la fase deformativa D3 sono stati misurati in un isolato affioramento di gneiss calco-silicatici nella zona del Nimek Danda: si presentano poco inclinati con un orientazione circa NE-SW.
Analizzando la proiezione stereografica dei poli delle superfici Sp(2) (Fig. 6.3) si osservano due maggiori concentrazioni di punti (nella porzione SW e NE) che delineano i fianchi di una piega chiusa con un angolo di apertura variabile tra 25° e 50°. L'asse di questa piega F3 di spessore pluri-ettometrico è stato calcolato tramite
software StereoWin 1.2 e risulta poco inclinato (5°) con direzione circa NW-SE. L'
andamento dell'asse calcolato per questo piegamento presenta una direzione analoga a quella descritta per le pieghe F2.
6.2.4 Fase de formativa D4
Questa fase deformativa tardiva è caratterizzata da fratture e faglie normali (Fig 6.9- Fig 6.10 a) sub-verticali con spessore variabile da metrico a pluri-metrico. La direzione dello spostamento del tetto lungo questi piani di faglia è diretto verso NE- SW (Hodges, 2000) ed ha un'inclinazione compresa tra 30° e 60° (Fig. 6.3). Nella valle del Kali Gandaki questa fase deformativa fragile è associata alla formazione del graben di Thakkhola in seguito ad una fase estensionale con direzione est-ovest datata tra 14 Ma (40Ar/39Ar su muscovite idrotermale estratta da una vena di calcite.
Coleman & Hodges, 1995) e 11-10 Ma (magnetostratigrafia sulle unità più profonde del graben: Tetang Formation da Garzione et al., (2000). Questo evento deformativo è
caratterizzato da faglie normali pluri-metriche correlate al sistema del graben di Thakkhola (Brown & Nazarchuk, 1993;). Queste faglie normali potrebbero rappresentare le attuali terminazioni meridionali del graben di Thakkhola (Godin et al., 1999; 2001). Nella zona situata a circa un due chilometri verso nord-est di Titi (lake) (Cfr carta geologicain allegato) è stata rilevata una faglia normale descritta da Hurtado et al.
(2001) (faglia di Dangardzong). Questo lineamento tettonico è di difficile
riconoscimento a causa della fitta vegetazione che interessa l'area ed è stata tracciata tramite il supporto di immagini SPOT. Questa faglia normale mette a contatto le metapeliti e gli ortogneiss (al footwall) dell'unità 3 con i marmi foliati a muscovite dell'Annapurna Yellow Fm. (Fig. 6.9 a-b).
A questa fase deformativa è associata la circolazione di fluidi idrotermali apparentemente iniettati durante le fasi estensionali. (Coleman & Hodges, 1995). La loro presenza è testimoniata, in particolare nelle litologie a contatto con l'AD
(metapeliti e marmi calcosilicatici), da vene con spessore pluri-decimetrico riempite da matrice quarzoso-carbonatica con fenocristalli pluri-centimetrici di muscovite (Coleman & Hodges, 1995) (Fig. 6.10 a). Questo sistema di faglie estensionali osservato nella zona di Taglung coinvolgerebbe le porzioni del footwall del STDS non coinvolgendo direttamente le rocce dell'HHC (Coleman & Hodges, 1995; Hurtado et al.,
2001; Godin, 2003,). Gli ortogneiss non presentano faglie a grande scala, tuttavia in
sezione sottile sono state osservate fratture che coinvolgono grani di feldspato e quarzo che non sono ricristallizzati durante l'evento metamorfico Eohimalayano (Fig.
6.7 c). Queste osservazioni sono in favore dell'ipotesi che l'AD delimiti il margine
meridionale del graben di Thakkhola (Brown & Nazarchuk, 1993; Godin et al.,1999a;
a)
b)
Kalopani
Fig. 6.9- a) Carta geologica del graben di Thakkhola nella valle del Kali Gandaki b) carta con le tracce dei principali lineamenti presenti nell'area di kalopani; AD: Annapurna Detachment; DHD Dhampu detachment; KSZ Kalopani Shear zone; AYF Annapurna Yellow; F III Unità 3; Qal, Qgm, Qls-alluvi quaternari, morene glaciali, depositi di frana. Modificato da Hurtado et al., (2001).
b) c)
WNW
a) b) ENE
SW NW
c)
Fig. 6.10- a) vena pegmatoide leucocratica a tormalina e muscovite (pluri-centimetrica). b-c) esempi
