ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ (1) ΜΕ ΤΙΤΛΟ: «Γεωμετρία της παραμόρφωσης και κινηματική ανάλυση της Μεσοελληνικής Αύλακας» Η Μεσοελληνική Αύλακα (ΜΑ) είναι μία λεκάνη που εκτείνεται στη Βόρεια Ελλάδα και Αλβανία, με μήκος μεγαλύτερο των 200 χλμ. και πλάτος 30-40 χιλιομέτρων (Σχ. 1). Η λεκάνη είναι συνδεδεμένη με τις διεργασίες της Αλπικής ορογένεσης. Αναπτύχθηκε από το Μέσο Ηώκαινο έως το Άνω Μειόκαινο, παράλληλα στις Ελληνίδες ζώνες (διεύθυνσης ΒΒΔ-ΝΝΑ) και καλύπτει την τεκτονική επαφή μεταξύ των Εξωτερικών μη μεταμορφωμένων ζωνών (Απούλια μικρο-πλάκα) και των Εσωτερικών μεταμορφωμένων Ελληνίδων ζωνών (Πελαγονικό ηπειρωτικό τέμαχος). Η λεκάνη χαρακτηρίζεται από το μεγάλο της μέγεθος και πάχος των ιζηματογενών σχηματισμών (περίπου 4 χιλιομέτρων σε μεμονωμένες τομές), τις πολύπλοκες δομές και τις πολυάριθμες μεταβολές στις ιζηματογενείς φάσεις (περιλαμβάνουν δελταϊκά κροκαλοπαγή, αλλουβιακά κορήματα, τουρβιτικούς ψαμμίτες και αργίλους, δελταϊκούς και πλημμυρικού πεδίου ψαμμίτες και πηλούς, και αμμούχα ιζήματα υφαλοκρηπίδας) και τα πάχη των ιζημάτων κατά μήκος και εγκάρσια του άξονα της λεκάνης. Όλα αυτά εγκαθιστούν τη Μεσοελληνική Αύλακα ως τη μεγαλύτερη και πιο σημαντική λεκάνη του τελευταίου ορογενετικού σταδίου (μολασσικού-τύπου) των Ελληνίδων. Ο κύριος στόχος της παρούσης εργασίας είναι η μελέτη των τεκτονικών στοιχείων στην ευρύτερη περιοχή της Μεσοελληνικής Αύλακας, ώστε να κατανοηθεί η τεκτονική της εξέλιξη από το χρόνο σχηματισμού της λεκάνης έως σήμερα. Η νεότερη θερμική ιστορία του Πελαγονικού τεμάχους που οριοθετεί τη λεκάνη στα ανατολικά, καθώς και η προέλευση των κλαστικών ιζημάτων της ΜΑ, μελετήθηκαν με τη μέθοδο θερμοχρονολόγησης των ιχνών σχάσης στους απατίτες και ζιρκόνια (ΙΣΑ και ΙΣΖ). Η ανάλυση των ιχνών σχάσης εφαρμόστηκε σε δείγματα του Πελαγονικού καλύμματος κατά μήκος του ανατολικού περιθωρίου της λεκάνης, και στους ιζηματογενείς σχηματισμούς στο νότιο τμήμα της λεκάνης όπου οι σχηματισμοί καλύπτουν το χρονικό εύρος ολόκληρης της ανάπτυξης της Μεσοελληνικής αύλακας. Δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε επίσης και στο δυτικό τμήμα της λεκάνης, με σκοπό τη μελέτη της προέλευσης των ιζημάτων και σε αυτήν 1
την περιοχή, καθώς και τον έλεγχο κάποιας πιθανή αναθέρμανσης συνδεδεμένης με τεκτονική δραστηριότητα. Σχήμα 1. Γεωλογικός χάρτης της Μεσοελληνικής Αύλακας (βάσει γεωλογίας Brunn, 1956; Savoyat et αl. 1969; 1971; 1972; Vamvaka et αl. 2004). Στο χάρτη φαίνονται τα σημαντικότερα ρήγματα που παίξανε ρόλο στην εξέλιξη της Μ.Α. στο χρόνο. Οι προηγούμενες εργασίες πάνω στη ΜΑ ασχολήθηκαν κυρίως με τη χαρτογράφηση των σχηματισμών (π.χ. Brunn, 1956, 1960; Savoyat and Lalechos, 1969, 1972; Mavridis and Matarangas, 1979), την αναγνώριση και ανάλυση των 2
ιζηματογενών φάσεων (π.χ. Desprairies, 1979; Papanikolaou et al., 1988; Wilson, 1993; Zelilidis et al., 2002), χρονολόγηση των σχηματισμών μέσω παλαιοντολογικών στοιχείων (π.χ. Zygogiannis and Müller, 1982; Barbieri, 1992; Zelilidis et al., 1997), και σχετικά πιο πρόσφατα με το δυναμικό υδρογονανθράκων και την ερμηνεία γεωφυσικών δεδομένων (Kontopoulos et al., 1999; Zelilidis et al., 2002). Έτσι έχει ήδη λάβει χώρα κάποια μελέτη πάνω στην προέλευση των ιζημάτων της λεκάνης, σχετικά με τις παρατηρούμενες λιθολογικές φάσεις και ιζηματολογικούς δείκτες προέλευσης, αλλά παρόλα αυτά, δεν έχει πραγματοποιηθεί κανένας συσχετισμός μεταξύ της ιζηματογένεσης και της υφιστάμενης τεκτονικής στα πετρώματα του υποβάθρου που περιβάλλουν τη λεκάνη. Η ταχεία ιζηματογένεση που υποδεικνύεται από το σημαντικό πάχος των αποθέσεων, εδώ εξετάζεται σε σχέση με την τεκτονική κατάσταση και τη διάβρωση των πετρωμάτων του υποβάθρου. Η συσχέτιση μεταξύ των αποτελεσμάτων από το υπόβαθρο (Πελαγονική ζώνη) και το ιζηματογενές υλικό πλήρωσης της λεκάνης συντέλεσε στον έλεγχο της σχέσης μεταξύ περιοχής προέλευσης και απόθεσης των ιζημάτων, και έδωσε στοιχεία για την εξέλιξη της Πελαγονικής ζώνης για την περίοδο μετά το Παλαιόκαινο - Ηώκαινο που χαρακτηρίζει την «Ελληνική ορογένεση». Ομάδες ηλικιών του Ηωκαίνου στα ιζήματα (μεταξύ 50 και 30 εκ.χρ.) που προέκυψαν από την ανάλυση ίχνων σχάσης σε απατίτες, καταδεικνύουν το Πελαγονικό ηπειρωτικό τέμαχος ως πηγή προέλευσης των ιζημάτων και μάλιστα ότι αυτό βρισκόταν σε κοντινή απόσταση από τα αποτιθέμενα ιζήματα, καθότι παρουσιάζει ίδιες έως και νεότερες ηλικίες απατιτών με τη συγκεκριμένη μέθοδο. Ομάδες παλιότερων ηλικιών ΙΣΑ, του Άνω Κρητιδικού-Παλαιόκαινου (μεταξύ 60 και 100 εκ.χρ.), υποδεικνύουν τροφοδοσία από μία πιο απομακρυσμένη ή τεκτονικά ανώτερη (τώρα πλέον διαβρωμένη) πηγή. Αυτό συμπεραίνεται από τη διάταξη των σχετικών ηλικιών των αντίστοιχων ενοτήτων στη νότια Π.Γ.Δ.Μ. (συνέχεια της Πελαγονικής ζώνης και των πιο ανατολικών ζωνών στο Βορρά), όπου παρατηρείται μία ξεκάθαρη διαβάθμιση από μεγαλύτερες ηλικίες ΙΣΑ στα ανατολικά προς μικρότερες ηλικίες στα δυτικά (Most, 2001 et al., Most, 2003). Ο ανεπαρκής αριθμός κρυστάλλων απατιτών καθώς και η κακή τους ποιότητα σε δείγματα ιζημάτων και υποβάθρου από το δυτικό τμήμα της Μεσοελληνικής αύλακας, κατέστησαν σχεδόν αδύνατη την ανάλυση των δειγμάτων και οδήγησαν μόνο σε κάποιο υποδειγματικό αποτέλεσμα. Παρόλα αυτά, οι ίδιες ομάδες ηλικιών ΙΣΑ (γύρω στα 40 και 70 εκ.χρ.) αναγνωρίστηκαν στα ιζήματα του Ολιγοκαίνου κοντά στο δυτικό περιθώριο της 3
λεκάνης, φανερώνοντας έτσι τη Πελαγονική ζώνη ως τη πιθανή, τουλάχιστον εν μέρει, πηγή προέλευσης των ιζημάτων. Δυστυχώς δεν ήταν δυνατή η συσχέτιση μεταξύ ηλικιών ΙΣΑ μεταξύ του υποβάθρου στο δυτικό περιθώριο της λεκάνης και των γειτονικών ιζηματογενών αποθέσεων λόγω ακατάλληλων πετρολογικών τύπων. Το ορογενετικό γεγονός του Ηωκαίνου προκάλεσε μόνο μία αδύναμη αναθέρμανση στα πετρώματα του Πελαγονικού ηπειρωτικού τεμάχους. Στο ανατολικό του τμήμα, οι ηλικίες ΙΣΑ φανερώνουν μόνο μία μερική αναθέρμανση, ενώ στο δυτικό του τμήμα οι ηλικίες ΙΣΑ έχουν ξεκάθαρα επαναπροσδιοριστεί κατά το Ηώκαινο. Σχέσεις μεταξύ ηλικιών ΙΣΑ και υψομέτρου, συσχετίσεις μεταξύ των ηλικιών ΙΣΑ και ΙΣΖ στα ίδια δείγματα, και θερμικά μοντέλα που βασίζονται στις ηλικίες ΙΣΑ και τις κατανομές των μηκών των ιχνών σχάσης, χρησιμοποιήθηκαν όλα για την ανάπλαση της θερμικής ιστορίας χαμηλών θερμοκρασιών του Πελαγονικού υποβάθρου που βρίσκεται στα περιθώρια της Μεσοελληνικής Αύλακας. Τα αποτελέσματα δηλώνουν μία ταχεία ψύξη και εκταφή των πετρωμάτων κατά το Ηώκαινο (ενδεχομένως λόγω των επωθήσεων και της συνδεδεμένης διάβρωσης), την οποία ακολούθησε μία αργή ψύξη και εκταφή κατά το Ολιγόκαινο-Μειόκαινο. Αυτό το σενάριο επιβεβαιώνεται από τα δεδομένα ΙΣΑ στα ιζήματα της ΜΑ. Η ομάδα ηλικιών ΙΣΑ των 40 εκ.χρ. στο σχηματισμό του Ηωκαίνου, ίδιες σχεδόν με τις αντίστοιχες ηλικίες που παρατηρούνται στο Πελαγονικό υπόβαθρο, δείχνουν μία γρήγορη εκταφή και αποκάλυψη των πετρωμάτων στα ανώτερα στρώματα του φλοιού και συνάμα μία ταχεία διάβρωση και ιζηματογένεση. Η παρουσία της ίδιας ομάδας ηλικιών ΙΣΑ στους νεότερους σχηματισμούς αποκαλύπτει την βαθμιαία πιο αργή εκταφή και αποσάθρωση των πετρωμάτων του υποβάθρου. Η περίοδος της αργής ψύξης (μεταξύ 30 και 10 εκ.χρ.) συμπίπτει με μία περίοδο αδράνειας ή έκτασης του φλοιού πιθανώς και αναθέρμανσης, η οποία μπορεί επίσης να συνδέεται με τη μερική μετατόπιση των ηλικιών των κρυστάλλων των απατιτών του παλιότερου (ηωκαινικού) σχηματισμού της ΜΑ προς νεότερες ηλικίες. Η Μεσοελληνική Αύλακα είχε χαρακτηριστεί από τον Brunn (1956) ως «μολασσική» λεκάνη, όμως παρατηρείται ότι οι διαστρώσεις των αποθέσεών της δεν παρουσιάζονται στην τυπική οριζόντια θέση και χωρίς παραμόρφωση, στο πίσω τμήμά μίας ορογενετικής σειράς. Η κλίση των στρωμάτων, η τοποθέτηση και ακολουθία των ιζηματογενών σχηματισμών στο χώρο και χρόνο, και οι δομές της ευρύτερης περιοχής, δείχνουν ότι αυτή υπέστησε μία πολύπλοκη ιστορία με 4
διαφορετικά τεκτονικά γεγονότα που έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη της λεκάνης. Στην παρούσα εργασία, δίνεται ένας χαρακτηρισμός της ΜΑ βάσει της ταξινόμησης των λεκανών σε διάφορους τύπους, σύμφωνα με τις παρατηρούμενες δομές και του χώρου όπου η λεκάνη μπορεί να τοποθετηθεί γεωδυναμικά. Πολυάριθμα τεκτονικά δεδομένα που προέκυψαν από παρατηρήσεις πάνω στη γεωμετρία των δομών, την κινηματική ανάλυση, τα κριτήρια αλληλοεπηρεασμού μεταξύ των δομών και τις στρωματογραφικές σχέσεις, έκαναν δυνατή τη διάκριση επιμέρους τεκτονικών γεγονότων που επηρέασαν την περιοχή μελέτης και οδήγησαν στην ανάπτυξη της σύγχρονης γεωλογικής δομής. Τα τεκτονικά γεγονότα έλαβαν χώρα σε θραυσιγενείς συνθήκες από το Ηώκαινο έως σήμερα. Οι κύριες τάσεις που επικρατούσαν σε κάθε γεγονός παραμόρφωσης υπολογίστηκε από πληθώρα μετρήσεων τεκτονικών ρηγμάτων. Τελικά, με τον συνδυασμό όλων των δεδομένων και των αποτελεσμάτων που συνάχθηκαν, προτείνεται ένα νέο γεωδυναμικό μοντέλο για την εξέλιξη της Μεσοελληνικής Αύλακας. Τα τεκτονικά στοιχεία δείχνουν ότι η ΜΑ αναπτύχθηκε σε διαδοχικά τεκτονικά γεγονότα, τα οποία συμπεριλαμβάνουν ισοστατική κάμψη του φλοιού, οριζόντιες μετατοπίσεις και κανονική ρηγμάτωση, όλα συνδεδεμένα με τη σύγκλιση, πιθανώς πλάγια, της Απούλιας μικροπλάκας με το Πελαγονικό ηπειρωτικό τέμαχος. Η ΜΑ εξελίχθηκε γεωδυναμικά ως μία piggy-back λεκάνη σε μία εμπρόσθια θέση, πάνω από την προς δυτικά τεκτονική τοποθέτηση των οφιολίθων και του υπερκείμενου Πελαγονικού καλύμματος. Αυτή η ερμηνεία διαφέρει από τις προγενέστερες που προτάθηκαν, οι οποίες προέβλεψαν μία εμπρόσθια κάμψη συνδεδεμένη με αντιθετικές επωθήσεις των ανώτερων ενοτήτων προς τα ανατολικά (west-dipping back-thrusting; Doutsos et αl. 1994), ή βύθιση του χώρου συνδεδεμένη με ασύμμετρες κάμψεις του φλοιού (Ferrière et αl. 1998), και/ ή κανονικά ρήγματα (Ferrière et αl. 2004). Στην εξέλιξη της Μεσοελληνικής Αύλακας, έχει δοθεί ιδιαίτερη σημασία στο ρόλο των ρηγμάτων οριζόντιας μετατόπισης. Στοιχεία όπως η μεταβολή των τεκτονικών καθεστώτων με επαναλαμβανόμενα επεισόδια ταχείας βύθισης και ανύψωσης, τα διαφορετικά βάθη κατά μήκος του άξονα της λεκάνης, η ασυμμετρία της λεκάνης και ο μεγάλος λόγος μήκους προς πλάτους (4:1), η μετατόπιση της ιζηματογένεσης υποπαράλληλα με τις κύριες τεκτονικές ζώνες, οι απότομες πλευρικές και κατακόρυφες μεταβολές των ιζηματογενών φάσεων, και οπωσδήποτε η οριοθέτηση 5
της λεκάνης από ρήγματα οριζόντιας μετατόπισης στο δυτικό της τουλάχιστον περιθώριο, τα οποία είναι κάποια τυπικά χαρακτηριστικά της Μεσοελληνικής Αύλακας, αποτελούν ενδεικτικά κριτήρια για την αναγνώριση διαχρονικών ζωνών οριζόντιας μετατόπισης και λεκανών συνδεδεμένων με αυτά. Έτσι, και καθότι η λεκάνη αναπτύχθηκε σε εξαιτίας διαδοχικών και διαφορετικών τεκτονικών γεγονότων όπως αναφέρθηκαν νωρίτερα, πέρα από τον παραπάνω χαρακτηρισμό της, επίσης καθρεφτίζει το μοντέλο μίας «πολύ-ιστορικής» λεκάνης οριζόντιας μετατόπισης. Το πρώτο στάδιο ανάπτυξης της λεκάνης, κατά το Μέσο-Άνω Ηώκαινο, πραγματοποιήθηκε ταυτόχρονα με το τελική τοποθέτηση των ενοτήτων βαθιάς θάλασσας της Πίνδου στις ενότητες των Εξωτερικών Ελληνίδων, και έληξε με την παραμόρφωση και ανύψωση των ηωκαινικών αποθέσεων. Η υπο-λεκάνη του Ηωκαίνου αναπτύχθηκε με κάμψη και βύθιση του φλοιού εξαιτίας της φόρτισης των πεπαχυνμένου πρίσματος προσαύξησης. Κατά το επακόλουθο κλείσιμο αυτής της υπολεκάνης, της έντονης παραμόρφωσης και ανύψωσης, τα ιζήματα του Ηωκαίνου στο δυτικό τμήμα της Μεσοελληνικής Αύλακας παραμορφώθηκαν και τοποθετήθηκαν με μεγάλη γωνία κλίσης σύμφωνα με το παρακείμενο οφιολιθικό υπόβαθρο. Η αντίστοιχη παραμόρφωση στα συνήλικα ιζήματα στο ανατολικό τμήμα της αύλακας ήταν λιγότερο έντονη. Αυτό εξηγείται με τη μετανάστευση της κύριας συμπίεσης από τα ανατολικά προς τα δυτικά κατά τη διάρκεια δράσης της τριτογενούς ορογενετικής φάσης, που στη συγκεκριμένη περιοχή πραγματοποιήθηκε στο διάστημα του Ηωκαίνου. Στο δεύτερο στάδιο ανάπτυξης, που έλαβε χώρα κατά τη διάρκεια του Ολικαίνου- Κάτω Μειοκαίνου, κυριάρχησε η δράση ρηγμάτων οριζόντιας μετατόπισης, τα οποία έπαιξαν κύριο ρόλο στη βύθιση και εξέλιξη της ΜΑ αυτήν την περίοδο. Η ανάπτυξη των ρηγμάτων οριζόντιας μετατόπισης είναι πιθανό να ξεκίνησε ήδη κατά το Ηώκαινο υπό καθεστώτος εντονότερης συμπίεσης, εξαιτίας της πλάγιας σύγκλισης της Απούλιας και Πελαγονικής μικρο-πλάκας, εφόσον τέτοια ρήγματα παρατηρούνται σε πολλά σημεία στην επαφή μεταξύ των οφιολιθικών ενοτήτων και των Ηωκαινικών ιζημάτων. Το τρίτο στάδιο χαρακτηρίζεται από τη δράση κανονικών ρηγμάτων μικρής γωνίας κλίσης στο ανατολικό περιθώριο της ΜΑ κατά το Κάτω- Μέσο Μειόκαινο. Η εξέλιξη της ιζηματογενούς αύλακας έληξε γύρω στο Άνω Μειόκαινο, με ταχεία ανύψωση της περιοχής και ταυτόχρονη απόσυρση της θάλασσας. Ένα συμπιεστικό γεγονός διαπιστώθηκε κατά το τέλος του Μειοκαίνου, το 6
οποίο συνδέεται με τη δράση ρηγμάτων ανάστροφων και οριζόντιας μετατόπισης. Τελικά, εκτατική τεκτονική κυριάρχησε στην περιοχή κατά τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια, από το Άνω Μειόκαινο έως σήμερα. Το γεγονός του Ηωκαίνου, όπως και η μετέπειτα αλλαγή στο τεκτονικό καθεστώς, συμφωνεί με τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από τα αποτελέσματα των ιχνών σχάσης στους απατίτες και τα ζιρκόνια, τα οποία υποδεικνύουν ταχεία ψύξη και εκταφή κατά το Ηώκαινο, και την επακόλουθη αλλαγή προς αργή ψύξη και εκταφή κατά το Ολιγόκαινο Μειόκαινο. Η περίοδος έκτασης του Μειοκαίνου επίσης ενδεικνύεται από θερμικό μοντέλο εξέλιξης της περιοχής, στο οποίο διακρίνεται μία παρατεταμένη παραμονή στο ίδιο εύρος θερμοκρασιών (ή ακόμα και μία μικρή αναθέρμανση) γύρω στα 30 με 10 εκ.χρ., η οποία μπορεί να οφείλεται σε λέπτυνση του φλοιού και άνοδο της ισόθερμων καμπύλων. Στο τελευταίο θερμικό μοντέλο προβλέπεται και μία εντεταμένη ανύψωση κατά τα τελευταία 10 εκ.χρ., η οποία, αν και είναι περιορισμένης βαρύτητας, συμφωνεί με τη γεωλογία της περιοχής, το κλείσιμο και την ανύψωση της ΜΑ κατά το τέλος του Μειοκαίνου. 7