Geodynamic evolution of the Pan-African orogenic belt: A new interpretation of the Hoggar shield (Algerian Sahara)

Zusammenfassung

Der panafrikanische Orogen-Gürtel des Hoggar-Gebirges in Südalgerien erstreckt sich über eine Breite von ca. 800 km und entspricht einer extrem eingeengten, aus komplexen geologischen Einheiten aufgebauten mobilen Zone. In seinem westlichen Teil zeugen bereits die untersten mächtigen metasedimentären Ablagerungen sowie die alkalischen und hyperalkalischen Intrusionen des mittleren Proterozoikums von der frühen Mobilität eines N-S streichenden ensialischen Bereiches. Vor ca. 800 M. J. wurden die etwa 800–1000 M. J. alten Kratonsedimente von großen Mengen basischen und ultrabasischen Materials aus dem oberen Erdmantel intrudiert. Volumenmäßig noch bedeutender sind Vulkanite und Vulkanoklastite von andesitischer bis rhyodazitischer Zusammensetzung sowie zahlreiche batholitische Intrusivkörper kalkalkalischer Natur. Als Ursprung dieser Gesteine wird eine Zone vom Typus Inselbogen auf basischer (ozeanischer) Kruste sowie ein Orogen vom andinen Typus auf granulitischem Untergrund in Betracht gezogen. Dieses der Kruste vor ca. 650–800 M. J. neu zugeführte Material steht möglicherweise in Zusammenhang mit nach Osten einfallenden Subduktionszonen, und wir nehmen daher die Existenz einer tief abgetragenen Sutur am Ostrand des westafrikanischen Kratons an.

Der zentrale Hoggar besteht hauptsächlich aus prä-panafrikanischen Gneisen, die dem eburnischen und teilweise auch dem kibaridischen Zyklus angehören; ferner enthält er schmale ensialische, mit spätproterozoischen Schiefern aufgefüllte Grabenzonen. Diese verschiedenen Elemente werden in unterschiedlichem Maße von der panafrikanischen Tektogenese und Metamorphose beansprucht.

Der östliche Hoggar besteht ebenfalls aus Gneisen und Graniten prä-panafrikanischen Alters, wogegen die schmale Kette des Tiririne-Gebirges während der Endphase der panafrikanischen Faltung entlang einer N-S streichenden bedeutenden Scherzone gebildet wurde.

Deckentektonik, liegende Falten, Anatexis sowie ca. 650 M. J. alte syntektonische Granitoide charakterisieren die frühe Phase der panafrikanischen Orogenese im Hoggar und können als Resultat von Krustenverdickung und Krustenaufschmelzung infolge von Plattenkollision interpretiert werden. Die spät-panafrikanische Tektonik beruht auf einer O-W gerichteten Einengung der gesamten Hoggar-Gebirgskette, wodurch N-S streichende Falten entstanden, die geometrisch mit einem Mega-System von Scherzonen und Brüchen in Verbindung stehen. Dabei wurden die alten Massive in langgestreckte N-S orientierte Blöcke zerschnitten, bei denen seitliche Verschiebungen bis zu mehreren hundert km vorkommen. Dieses Strukturbild ist das Ergebnis eines äußerst starken O-W gerichteten Zusammenschubs der mobilen Zone zwischen zwei starren Platten: dem westafrikanischen Kraton und dem Ostsahara-Kraton, die unter Linksdrehung aufeinander stießen. Während dieser Phase (550–600 M. J.) trat ferner eine quantitativ noch nicht abschätzbare O-W-Verkürzung der Gebirgskette ein, die möglicherweise durch seitliche Verschiebung entlang konjugierter Scherzonen mit dominierender Linkskomponente absorbiert wurde. Mineralalter sowie Diagenese-Alter der panafrikanischen Molasseablagerungen stellen die letzte post-orogene Hebung im Hoggar deutlich in das Post-Kambrium.

Abstract

The Pan-African orogenic belt of Hoggar, 800 km wide, represents an extremely tightened complex and composite mobile zone. In the western part, the earlier thick meta-sedimentary units and alkaline-peralkaline intrusives, both of middle Proterozoic age, account for the early mobility of a N-S trending ensialic domain. Later, large scale upper-mantle contribution was responsible for many magmatic complexes of basic to ultrabasic rocks intruded at c. a. 800 m. y. in cratonic platform sediments 1000 to 800 m. y. old. A very important volume of volcanoclastic deposits, andesites to dacites, and widespread calc-alkaline batholiths are supposed to derive from two assemblages of island-arc type upon basic crust and of Andean type upon granulite basement and this newly accreted material 800 to 650 m. y. old, may be related to subduction zones dipping East. A cryptic suture ist postulated along the margin of the West African craton. The central Hoggar is mainly composed of pre-Pan-African gneisses belonging to the Eburnean cycle andpro parte formed during a “Kibaran” cycle, and ensialic upper Proterozoic schist belts, which were subjected at varying degrees to the Pan-African deformation and metamorphism. Eastern Hoggar includes also pre-Pan-African gneisses and granites, and the narrow ensialic upper Proterozoic Tiririne belt formed during the late Pan-African along a N-S trending major shear zone. High structural level nappes, recumbent folding, anatexis and syn-kinematic granites emplaced at c. a. 650 m. y. define the early Pan-African, related to crustal thickening and crustal melting during the early stage of a continental collision. The late Pan-African E-W compression produced in the whole shield N-S trending folds geometrically linked to a mega-system of shear belts and strike-slip faults, which dissect the earlier edifices into N-S trending branches and blocks of many hundred kilometres lateral displacement. This pattern is the result of an extreme E-W tightening of the belt between two rigid plates: the West African craton and the East Saharian craton colliding with a sinistral confrontation. During this stage (600–550 m. y.) an unquantified E-W shortening may have been absorbed by lateral movements along conjugate shear zones with a main sinistral component. Mineral ages and diagenesis of molassic deposits point out to a post-Cambrian uplift of the belt.

Résumé

La chaine Pan-Africaine affleure sur 800 km de large au Hoggar. Elle représente une zone mobile complexe et composite extrêmement raccourcie. Dans la partie Ouest, les premiers dépôts méta-sédimentaires épais, ainsi que des intrusions alcalines et hyperalcalines d'âge Protérozoique moyen témoignent de la mobilité précoce d'un domaine sud-méridien ensialique. Plus tard vers 800 Ma, la contribution à grande échelle du manteau supérieur est remarquable sous la forme d'intrusions basiques et ultrabasiques mises en place dans des sédiments cratoniques déposés entre 1000 et 800 Ma. Plus importants encore en volume, les dépôts volcano-détritiques, les roches volcaniques allant des andésites aux rhyo-dacites et de nombreux batholites calco-alcalins peuvent provenir de zones de type arc insulaire établies sur croûte basique et de type cordillére andine sur croûte granulitique. Ce matérial témoigne d'importants phénomènes d'accrétion continentale probablement liés à des zones de subduction pentées à l'Est ayant fonctionné entre environ 800 et 650 Ma. La bordure du craton Ouest-Africain correspondrait à une suture océanique. Le Hoggar central est principalement constitué par des gneiss pré-Pan-Africains appartenant à l'Eburnéen, et en partie au cycle «Kibarien» ainsi que par d'étroits sillons ensialiques de Protérozoique supérieur. Les déformations et le métamorphisme Pan-Africain affectent ces unités de manière variable. Le Hoggar oriental comprend des gneiss et granites d'âge pré-Pan-Africain, et l'étroite chaîne de Tiririne plissée au Pan-Africain tardif est controlée par une zone majeure de cisaillement. Chevauchements, plis couchés, anatexie et granites syn-tectoniques mis en place à 650 Ma sont en relation avec les premiers stades de collision continentale pendant le Pan-Africain précoce, engendrant un épaississement crustal important et des fusions anatectiques profondes. Le Pan-Africain tardif implique une compression globale E-W de la chaîne qui a produit des plis Nord-Sud géométriquement liés à un méga-systéme de cisaillements et de décrochements, qui découpent les édifices antérieurs en branches et blocs longitudinaux Nord-Sud avec des déplacements latéraux de plusieurs centaines de kilométres. Cette disposition résulte d'un serrage E—W extrême de la chaîne entre deux plaques rigides: le craton Ouest-Africain et le craton Est-Saharien qui s'affrontaient avec une composante sénestre. Au cours de ce stade (600–550 Ma) un raccourcissement E-W encore non quantifié a aussi été absorbé par le jeu de mouvements latéraux le long des zones de cisaillement conjuguées. Les âges des minéraux, et ceux de la diagenése des dépôts molassiques soulignent l'âge post-Cambrien du dernier soulévement de la chaîne.

Краткое содержание

Пан-африканский орог енный пояс гор Hoggar в южно й части Алжира простирается в широтном направлен ии на 800 км и соответств ует сдавленной подвижной зоне, сложе нной из сложных геоло гических структур. Подстилающ ие мощные метаседимент ные отложены со щелоч ными и ультращелочными интрузиями среднепа леозойского возраст а свидетельствуют о ра нней подвижности простир ающегося энсиаличес кого района западной части пояса. Примерно 800–1000 миллионо в лет тому назад, во вся ком случае до 800 миллионов лет тому назад, имели м есто интрузии больши х количеств базического и ультрабазического материала верхней ма нтии в осадочные породы кра тона. Ешё большим был объем вулканитов и вулкано кластитов андезитно-риодацито вого состава и многочисле нных батолитных интр узивных тел щелочнокальциевого происхождения. Выска зывают предположени я, что эти породы происходили из зоны т ипа островных дуг на б азической океанической коре и орогена типа Анд на гр анулитовом основани и. Этот новый материал, интрудиров анный примерно 650–800 миллионо в лет тому назад в кору возможно связан с спадающей на восток зоной субдакц ии материка, поэтому предполагаю т существование шва на восточном крае западно-африканског о кратона, сейчас уже в значител ьной мере снесенного. Центральная часть го р Hoggar состоит гл. обр. из гн ейсов до-панафриканского орогена, принадлежащ их эбурнитскому и, час тично, кибаридскому циклам; кроме того это т пояс имеет узкую, энсиалическую зону г рабена, заполненного поздне-палеозойскими сланц ами. Эти различные элементы подвергались в разли чной степени степени влиянию пан-африканского тек тогенеза и метаморфизма. Восточная часть гор Hoggar состоит также из гней сов и гранитов до-панафрик анского возраста, причем узка я цепь тириринских го р образовалась во время заключительно й фазы пан-африканско го складкообразования вдоль зоны сдвига, простира ющейся а северо-восто чном направлении. Тектоника покрова, за легающие складки, ана таксис и синтектонические гранитоиды возраста примерно в 650 миллионов лет характеризуют ранню ю стадию пан-африканск ого орогенеза в район е Hoggar и могут рассматриваться, как результат утолще ния и расплавления ко ры в следствие столкнове ния глыб. Поздняя пан-афри канская тектоника характеризуется суж ением всей цепи гор Hoggar, прости рающихся в восточно-з ападном направлении, в результате чего появ ились складки, направ ленные на северо-юг, находящиес я в геометрической свя зи с гигантской систе мой зоны сдвига и разломов. При этом древние массивы в блоках, вытянутые и ориентированные на с еверо-юг, распались и дали боко вое смещение до неско льких сот километров. Такая картина распределен ия структур является следствием чрезвычайно мощной, направленной с восто ка на запад коллизии д вух застывших глыб подви жной зоны: кратона западно й Африки и восточной ч асти Сахары, которые при эт ом совершали поворот вл ево. Во время этой фазы — 550 до 600 миллионов лет имело место, ещё количестве нно не оцененное, укор очение горной цепи в восточно-западном пр остирании, которая, во зможно, оказалась абсорбиро ванной боковыми смещениями вдоль сопряженной зо ны сдвига с господствующей левой компонентой. Во зраст минералов и вре мя процессов диагенеза отложений пан-африкансуих моля ссов разрешает отнес ти последнее после-орогенное поднятие гор Hoggar к после кембрийскому период у.