Research Collection Doctoral Thesis Regionale Metamorphose in der Ivrea Zone (Nord-Italien) Author(s): Zingg, André Publication Date: 1978 Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-000164012 Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library Diss ETH 6255 REGIONALE METAMORPHOSE IN DER IVREA ZONE ( Nord - Italien ) ABHANDLUNG zur Erlangung des Titels eines Doktors der Naturwissenschaften der EIDGENOESSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE ZUERICH vorgelegt von ANDRE ZINGG Dipl. Natw. ETH Zurich geboren am 19. Juni 1946 von Busswil/BE Angenommen auf Antrag von Prof. Dr. V. Trommsdorff, Referent Prof. Dr. A.B. Thompson, Korreferent 1978 Inhaltsverzeichnis Abstract Zusammenfassung Vorwort und Verdankungen Teil I; FELDUNTERSUCHUNGEN UND MIKROSKOPISCHE BEOBACHTUNGEN 1 1. NOMENKLATUR, ABKUERZUNGEN UND LOKALITAETENVERZEICHNIS 1 1.1. Begriffe aus der regionalen Geologie 1 1.2. Begriffe aus der allgemeinen Geologie 2 1.3. Weitere Bemerkungen 2 1.4. Abkiirzungen 3 1.5. Definition der Komponenten 3 1.6. Geographische Namen 4 2. REGIONALER UEBERBLICK 9 3. PROBLEMSTELLUNG UND VORGEHEN 11 4. PROFIL DURCH DAS UNTERE V. SESIA 14 4.1. Die mesozoischen Sedimente 14 4.2. Die permischen Vulkanite 15 4.3. Die permischen Plutonite 20 4.4. Die Cremosina Linie 21 4.5. Die Pogallo Linie 22 4.6. Der Kontakt Basischer Hauptzug - Metapelite 22 4.7. Die Insubrische Linie 28 4.8. Die Sesia Zone 29 5. REGIONALE VERBREITUNG DER LITHOTYPEN UND BEOBACHTUNGEN IM AUFSCHLUSS 30 5.1. Die Metapelite 30 5.2. Die Metabasite 36 5.3. Die Metakarbonate 37 6. DUENNSCHLIFF-BEOBACHTUNGEN 38 6.1. Vorbemerkungen 38 6.2. Die Metapelite 39 6.2.1. Mineralbestand und Strukturen 39 6.2.2. Bemerkungen zu den einzelnen Mineralen 44 6.2.3. Hinweise auf Ungleichgewicht 52 6.3. Die Metabasite 53 6.3.1. Bemerkungen zu den einzelnen Mineralen 54 6.3.2. Ungleichgewichtsstrukturen in den Metabasiten 60 6.4. Die Metakarbonate 62 6.4.1. Das Fluid 63 6.4.2. Retrograde Reaktionen und Umwandlungen 63 7. REGIONALE MINERALVERTEILUNG 68 7.1. Ziel und Vorgehen 68 7.2. Die Metakarbonate 70 7.2.1. Kalksilikatmarmore vom Btindnerschiefertyp 70 7.2.2. Olivin-Dolomit-Marmore 71 7.2.3. Kalksilikatfelsen 72 7.3. Die Metabasite 72 7.3.1. V. d'Ossola und V. Strona di Omegna 72 7.3.2. V. Sesia 72 7.3.3. V. Strona di Postua 73 7.4. Die Metapelite 73 7.4.1. Die Alumosilikate 73 7.4.2. Die Muskovit-Kalifeldspat Isograde 74 7.4.3. Weitere Minerale 77 7.5. Vergleich mit den Altersproben 79 7.6. Schlussfolgerungen aus Feldbeobachtungen und mikroskopischen Untersuchungen 83 Teil II:: UNTERSUCHUNG DER METAPELITE MIT DER ELEKTRONENMIKROSONDE 8. PROBLEMSTELLUNG, PROBENMATERIAL UND METHODIK 86 8.1. Problemstellung 86 8.2. Probenauswahl und Beschreibung der Proben 87 8.3. Arbeitsbedingungen, Standards und Fehlerrechnungen 90 8.4. Definition der verwendeten Molenbruche 94 9. PROFILE DURCH GRANAT UND CORDIERITE 96 9.1. Isolierte Granate und Cordierite 96 9.2. Granat-Cordierit und Granat-Biotit Paare 102 9.3. Isolierte Granate und Granat-Biotit Paare aus der V. Strona di Omegna 103 9.4. Vergleich mit den Proben der herzynischen Isochrone 106 10. DISKUSSION DER MINERALANALYSEN 108 10.1. Vergleich mit den Proben der herzynischen Isochrone 108 10.2. Granat 108 10.3. Biotit 118 10.4. Cordierit 119 10.5. Plagioklas 120 10.6. Kalifeldspat 121 10.7. Muskovit 121 10.8. Einzelanalysen 122 11. GLEICHGEWICHT UND UNGLEICHGEWICHT 122 11.1. Daten zu dieser Fragestellung 123 11.2. Interpretation und Modell 127 12. GEOTHERMOMETRIE UND GEOBAROMETRIE 130 12.1. Bisherige Arbeiten 130 12.2. Probleme der Geothermometrie und Geobarometrie an Proben des Kalifeldspat-Feldes 131 12.3. Temperaturbestimmungen 132 12.3.1. Granat-Biotit Austauschreaktion 132 12.3.2. Granat-Cordierit Austauschreaktion 135 12.4. Druckbestimmungen 136 ir.4.1. Ca-Verteilung auf Granat und Plagioklas 136 12.4.2. Mg-Fe Verteilung auf Granat und Cordierit 138 12.5. Diskussion der Resultate und Schlussfolgerungen 154 12.5.1. V. d'Ossola und V. Strona di Omegna 154 J_ £t * +J 4 /> «• V. Sesia und V. Strona di Postua 156 JL ^a * J J * Die * Altersproben 157 13. HISTORISCHE ENTWICKLUNG UND MODELLE 159 LITERATURVERZEICHNIS 168 ANHANG 177 I Fundortverzeichnis der untersuchten Proben 177 II Modalbestand der untersuchten Proben (Tabellen 3-8) 193 III Tafel I, II und III (regionale Mineralverteilung) 217 LEBENSLAUF 220 ABSTRACT The Ivrea zone consists of a sequence of pelitic, mafic, ultra- mafic and carbonate rocks metamorphosed under conditions of amphibolite and granulite facies, during the Caledonian oroge¬ ny (about 460 m.y. ago). In an area between Val d'Ossola and Val Strona di Postua mine¬ ral distribution in, and modes and textures of, pelites, mafics and impure carbonates were studied. Based on these data the following mineral isograds were identified: - muscovite-potassic feldspar in sillimanite- and quartz- bearing pelites - amphibole-clinopyroxene in impure carbonates with calcite and quartz. - the first appearance of clinopyroxene or of orthopyroxene in mafic rocks. The isograds and the distribution of the Al2SiOc.-polymorphs and of cordierite, not only indicate increasing pressure and temperature across the Ivrea zone towards the Insubric Line, but also increasing pressure parallel to the Insubric Line to¬ wards Val d'Ossola. The regular isograd zonation indicative of amphibolite to gra¬ nulite facies metamorphism in Val d'Ossola, are affected in Val Sesia by the synmetamorphic intrusion of the "Basischer Hauptzug" into amphibolite facies rocks. Microprobe work on pelite samples showed that the minerals are quite homogeneous even where the textures in thin section suggest different episodes of mineral growth. Appreciable Mg-Fe zonation was observed only in garnet-cordierite and garnet- biotite pairs within some 10 ji of their common grain boundary indicating cation exchange during slow cooling. Comparison of the compositions of isolated garnets with those in contact with cordierite or biotite indicates a two-stage cooling history for the Ivrea zone. In the first phase, cooling was slow enough that the whole garnet was affected by this retrograde cation exchange. In the second phase, cooling was faster and temperatures lower so that the Mg-Fe exchange was reduced to a zone of about 30 p from the common grain boundary. The change of cooling rate might be correlated with the Hercy- nian radiometric ages, which appear to date a tectonic and not a crystallisation phase. ZUSAMMENFASSUNG Auf Grund gravimetrischer und seismischer Daten wird die Ivrea Zone als abgescherter und aufgeschuppter Teil der tiefsten Erdkruste interpretiert.. Sorait konnen Bedingungen und Prozesse, die sich in der tiefsten Kruste abspielen, in der Ivrea Zone studiert werden, vorausgesetzt, dass die Zone nicht von einer spateren Metamorphose iiberpragt wurde. In der Literatur wird die Metamorphose der Ivrea Zone sowohl als ein einphasiges, wie auch als zweiphasiges Ereignis be- schrieben. Radiometrische Altersbestimmungen ergaben kaledo- nische und herzynische Alter. Die .regionale Metamorphose der Ivrea Zone im Gebiet zwischen der V.d'Ossola und der V.Strona di Postua wurde studiert, wobei folgenden Fragen besondere Aufmerksamkeit geschenkt wurde: - 1st die Ivrea Zone polymetamorph Oder nicht? - Welches waren die PT-Bedingungen der regionalen Meta¬ morphose? - Wie ist die Beziehung zwischen dem Basischen Haupt- zug und der restlichen Ivrea Zone? Metapelite, Metabasite und Metakarbonate aus dem Gebiet zwischen der V.d'Ossola und der V.Strona di Postua wurden gesammelt und mikroskopiert. Auf Grund dieser Daten wurden Mineralverteilungskarten gezeichnet und durch Literaturdaten erganzt. Anschliessend wurden die Metapelite mit der Elektro- nenmikrosonde analysiert, urn die Gleichgewichtsbedingungen zu bestimmen. Bei all diesen Untersuchungen wurden die Al- tersproben einbezogen. Feld- und Diinnschliffuntersuchungen lieferten folgende Er- gebnisse: Die Ivrea Zone wurde nur von einer Metamorphosephase iiber¬ pragt, die von der Amphibolit- zur Granulitfazies reicht. Die regelmassige Mineralabfolge, die in der V.d'Ossola und in der V.Strona di Omegna beobachtet werden kann, wird vom Basischen Hauptzug gestort. Die Muskovit-Kalifeldspat Iso- grade biegt urn und folgt dem Rand der Metagabbromassen bis nach Varallo. Im Gebiet der V. Sesia ist der Basische Haupt¬ zug mit seinen orthopyroxenfuhrenden, granoblastischen Serien ein Fremdkorper in einem Gebiet der Amphibolitfazies. Die Randserien haben sich teilweise an die neuen Bedingungen an- gepasst und zeigen manchmal Hydratationsreaktionen (Orthopy- -> roxen Hornblende) . Weiter im SW, in der V.Strona di Postua, fehlen diese Hydra- tationsreaktionen, da hier das Rahmengestein einen Metamor- phosegrad der hoheren Amphibolit- bis Granulitfazies auf- weist. Wodurch diese (scheinbare?) Zunahme des Metamorphose- grades am Uebergang von der V.Sesia in die V.Strona di Postua, also im Streichen der Zone, bedingt ist, ist vorlaufig nicht bekannt. Steilgestellte, magmatische Strukturen zeigen, dass der Basi- sche Hauptzug, und damit die ganze Ivrea Zone nach der Intru¬ sion verkippt wurde. In der Dachpartie der Intrusion sind die Serien dioritisch bis granodioritisch, bedingt durch magmatische Differenzia- tion und durch die partielle Aufschmelzung und Assimilation des pelitischen Rahmengesteins. Die Verteilung der Alumosilikate und des Cordierits weisen auf einen Druckgradienten im Streichen der Zone