Lateral extrusion and exhumation of orogenic crust during indentation by rigid Adriatic continental lithosphere – tectonic evolution of the eastern Tauern Window (Eastern Alps, Austria)

Abstract

The eastern end of the Tauern Window exposes a Paleogene nappe stack that underwent coeval orogen-perpendicular shortening and eastward orogen-parallel extension in Neogene time. Most orogen-parallel extension was accommodated by the Katschberg Shear Zone system (KSZS). The central part of the KSZS comprises an up to 5 km wide belt of NNE-SSW striking, amphibolite-to-upper- greenschist-facies mylonites which dips moderately E-SE along the so-called Katschberg Normal Fault (KNF). In map view, the KNF bends into an orogen- parallel orientation at its northern and southern ends, thereby curving around the exhumed gneiss dome in the core of the eastern Tauern Window (the Eastern Tauern Subdome, ETD). The mylonitic foliation along these two orogen-parallel branches of the KSZS is subvertically dipping, and accommodated dextral and sinistral shear, respectively, in the north and south. These branches terminate toward the center of the Tauern Window and are therefore interpreted as stretching faults, with displacement decreasing to zero at their western ends. Tectonic omission is greatest along the southern part of the KNF, which accommodated a vertical throw of about 13.5 km and a horizontal displacement of some 26 km. Raman microspectroscopy on carbonaceous material (RSCM) yield the peak temperatures in three domains of the ETD that were affected by different tectonothermal events: Domain 1 in the northeastern Tauern Window preserves Penninic oceanic units (Glockner Nappe System, Matrei Zone) that attained 350-480° C during Eocene accretion. Domain 2 in the central part of the Tauern Window experienced peak temperatures of 500-535° C either within an exhumed Paleogene subduction channel or during Barrow-type thermal overprinting within the Alpine collisional orogen. Domain 3 has a roughly concentric peak-temperature pattern that reflects a combination of Eo- Oligocene nappe stacking of European continental units in and Miocene doming and extensional shearing along the KSZS. Due to this doming, maximum temperature decreased from the core of the ETD (c. 612° C) to its rims (c. 500° C) where the Subpenninic units are in contact with the Penninic nappes. Peak temperatures of ≤ 450° C are recorded along the KNF that overprints the contact of the Penninic units with the Austroalpine nappes. The highest field gradient within the KNF (70° C/km) occurs in the units with the greatest amount of tectonic omission. 40Ar/39Ar laser ablation ages on white micas from the northeastern part of the ETD and adjacent Penninic units in the footwall of the KSZS are interpreted to date the time (20-16 Ma) when the rocks passed the closure temperature of the 40Ar/39Ar white mica system (400-470° C). Microstructural investigations of these samples clearly indicate that most of the mylonitic shearing within the KSZS ended by 17 Ma, although a few data suggest that minor displacement may have continued until about 15 Ma. Rapid cooling of the ETD started at 21 Ma or earlier, certainly before the onset of rapid cooling of the Western Tauern Subdome (WTD) at 18 Ma. Rapid exhumation in the WTD started at 20 Ma, but it is not clear when rapid exhumation began in the ETD. If it began before 21 Ma, then indentation of the Adriatic microplate could not have started coevally within the entire window. Alternatively, indentation initiated south and east of the ETD, and then migrated westward to the WTD at around 21 Ma. The data above strongly support the idea that northward Miocene indentation of the Adriatic microplate was primarily responsible for doming, exhumation and lateral extrusion of the Tauern Window, as well as of parts of the Eastern Alps. East-directed pull from the Carpathian rollback subduction assisted orogen-parallel stretching only after 17 Ma, when activity of the KSZS was already in its final stages.

Das östliche Ende des Tauern Fensters besteht aus einem Paleogenen Deckenstapel welcher im Neogen gleichzeitig senkrecht zum Orogen gekürzt und ostwärts orogen-parallel gestreckt wurde. Die meiste orogen-parallele Extension wurde von dem Katschberg Scher Zonen System (KSZS) aufgenommen. Der zentrale Bereich des KSZS besteht aus einem bis zu 5 km weiten NNO-SSW streichendem Gürtel mit amphibolit-bis obere-grünschiefer faziellen Myloniten welcher moderat nach O-SE entlang der Katschberg Abschiebung (KNF) einfällt. In Kartenansicht biegt die KNF orogen-parallel entlang ihres nördlichen- und südlichen Endes ab. Es kurvt um den exhumierten Gneisdom im Zentrum des östlichen Tauern Fensters (Östliche Tauern Subdom, ETD) ab. Die mylonitische Foliation entlang dieser beiden orogen-parallelen Arme der KSZS ist fällt subvertikal ein und nimmt dextralen (im Norden) und sinistralen (im Süden) Scherung auf. Die Arme verschwinden westwärts zum Zentrum des Tauern Fensters und werden deshalb als stretching faults interpretiert, mit keinem Versatzgradienten an ihren westlichen Enden. Tektonische Omission ist im südlichen Bereich der KNF am Größten, mit einem vertikalen Versatz von 13.5 km und einem horizontalen Verasatz von ca. 26 km. Raman Mikrospektrokopy an kohlenstoffhaltigen Material (RSCM) zeigt Höchsttemperaturen in drei verschiedenen Domänen im ETD. Domäne 1 im nordöstlichen Tauern Fenster enthält Penninische ozeanische Einheiten (Glockner Nappe System, Matrei Zone) mit Temperaturen zwischen 350-480°C die erzeugt des Eozäns. Domäne 2 im zentralen Bereich des Tauern Fensters enthält Höchsttemperaturen von 500-535°C, die entweder während der Paleogenen Exhumierung oder durch die Barrow-artige thermale Überprägung innerhalb der Alpiden Kollisionszone entstanden sind. Domäne 3 hat ein konzentrisches Höchstemperaturmuster, die eine Kombination von Eo-Oligozönen Deckenstapelung von Europäischen kontinentalen Gesteinen und der Miozänen Aufdomung und extensionalen Scherung entlang des KSZS aufweist. Aufgrund der Aufdomung fällt die Höchsttemperatur von 612°C im Kern des ETD zum Rand (am Kontakt Subpenninikum/Penninikum) auf ca. 500°C hin. Die Höchsttemperaturen belaufen sich auf ca. 450°C am Kontakt Penninikum/Austroalpin. Der höchste Feldgradient innerhalb der KNF beläuft sich auf 70°C/km und ist an derselben Stelle wo die größte tektonische Omission ist. 40Ar/39Ar Laserablation Alter an Hellglimmer vom nordöstlichen Ende des ETD’s in der footwall der KSZS belaufen sich auf 20-16 Ma und werden als Abkühlalter interpretiert. Mikrostrukturelle Untersuchungen konnten klar zeigen, dass die meiste Bewegung entlang der KSZS älter als 17 Ma ist. Geringe Bewegungen können bis 15 Ma nicht ausgeschlossen werden. Schnelle Abkühlung des ETD’s begann bei 21 Ma oder früher, jedoch sicherlich früher als der Beginn der schnellen Abkühlung im westlichen Tauern Subdom (WTD) bei 18 Ma. Schnelle Exhumierung im WTD startete bei 20 Ma, es ist jedoch nicht klar wann die im Osten (ETD) anfing. Falls sie vor 21 Ma startete, dann kann die Indentation der Adriatischen Mikroplatte nicht gleichzeitig im gesamten Tauern Fenster stattgefunden haben. Alternativ startete die Indentation zuerst im Osten (südlich vom ETD) und schritt dann nach Westen fort. Die Daten geben gute Gründe zur Annahme, dass die nordwärts Bewegung der Adriatischen Mikroplatte der Auslöser für die Aufdomung, Exhumierung und lateral Extrusion im Tauern Fenster und Teile der Ostalpen ist. Ostwärts gerichteter Zug von den Karpaten ausgehend assistierte den orogen-parallelen stretch erst nach 17 Ma, während dieser Zeit war die Aktivität entlang des KSZS bereits überwiegend vorbei.