Till Heinrichs, Siegfried Siegesmund, Dirk Frei, Malte Drobe & Bernhard Schulz
Provenance signatures from whole-rock geochemistry and detrital zircon ages of metasediments from the Austroalpine basement south of the Tauern Window (Eastern Tyrol, Austria)

Geo.Alp 9, 2012, p. 156–185

Abstract
We present a study of the bulk-rock geochemistry including Nd and Pb isotopes of siliciclastic metasedimentary rocks of the Austroalpine basement south of the Tauern Window in combination with detrital zircon U-Pb-dating by LA-SF-ICP-MS.
Source-area composition signals show a strong contrast of the granitoid-detritus dominated older pre-Early- Ordovician metasediments against the younger Thurntaler Phyllite Group. The trace elements of the latter indicate various mafic and felsic, possibly volcanogenic admixtures to a very mature pelite background sedimentation that seems to be derived from an evolved source possibly with more mafic components than the former. A continental arc is clearly indicated by major and stable trace element characteristics for the tectonic setting of deposition of immature wacke-type metapsammites of the pre-Early-Ordovician units while the high maturity of the Thurntaler Group metapelites points to stable platform-type sedimentation.
In most meta-arenites of the pre-Early-Ordovician units older well-recycled crustal components with high average crustal residence ages near 2 Ga and lowest εNd(t) (-10) are predominant, while metapelites and many metawackes contain variable proportions of more juvenile components with lower model ages, ranging from 2.0 to 1.5 Ga, and less negative εNd(t) up to -4. The Thurntaler Phyllite Group pelites are special in showing a very narrow spread of model ages around 1.85 Ga and a systematic trend of εNd(t) increasing from -10 to -7 with the 147Sm / 144Nd ratio, probably due to more juvenile admixtures. The narrow range of lead isotope ratios 207Pb / 204Pb and 208Pb / 204Pb against 206Pb / 204Pb indicates old cratonic reservoirs as sources for all the studied metasediments. According to the youngest detrital zircons observed in this study, and considering the Ordovician zircon protolithages of intercalated orthogneisses established earlier, the age of sedimentation of the Defereggen Group and Gailtal Metamorphic basement paragneisses may be bracketed between Early Cambrian and pre-Early Ordovician. The age distribution in detrital zircons is dominated by populations of 600 - 700 Ma, probably delivered from the eroding Avalonian-Cadomian Belt and/or the Pan-African orogens. A very prominent „Grenvillian age“ detrital zircon population (950 - 1050 Ma) is interpreted to have been supplied from Eastern Gondwanan source regions. The age gap between 1100 -1700 Ma indicates that Baltica can be almost ruled out as a source region. Following the conclusions from studies in other peri-Gondwanan units, the Saharan Metacraton/Trans-Saharan Basement and the West-African craton can be considered as the sources for Paleoproterozoic and Neoarchean sub-populations at 1700 - 2300 Ma, 2550 Ma and 2750 Ma in the Austroalpine metasediments.

Zusammenfassung
Wir untersuchten die Gesamtgesteinszusammensetzung inklusive der Nd- und Pb-Isotopie von siliziklastischen Metasedimenten des Austroalpinen Basements südlich des Tauernfensters in Kombination mit U-Pb-Datierungen detritischer Zirkone durch LA-SF-ICP-MS.
Indikatoren für die Zusammensetzung der Herkunftsareale zeigen einen starken Kontrast zwischen den von Granitoid-Detritus dominierten älteren prä-frühordovizischen Metasedimenten und der jüngeren Thurntaler Phyllit Gruppe. Spurenelemente der letzteren Gruppe weisen auf verschiedene mafische und felsische, vermutlich vulkanogene Einträge in eine mature pelitische Hintergrundsedimentation, die von einer ausdifferenzierten Quellregion mit eventuell mehr mafischen Komponenten als die erstere stammt. Die Charakteristiken der Haupt- und stabilen Spurenelemente der prä-frühordovizischen unreifen Wacke-Typ Metapsammite zeigt deutlich die Sedimentation im tektonischen Milieu eines Kontinentalbogens an. Dagegen weist die große Reife der Metapelite der Thurntaler Gruppe auf Sedimentation im Bereich einer stabilen Plattform hin.
In den meisten Meta-Areniten der prä-frühordovizischen Einheiten herrschen ältere rezyklierte Krustenkomponenten vor, mit Nd-Krustenresidenzaltern nahe 2 Ga und niedrigen negativen εNd(t) -Werten bis -10, während Metapelite und viele Meta-Wacken wechselnde Anteile von juvenileren Komponenten mit niedrigeren Modellaltern zwischen 2.0 und 1.5 Ga und weniger negativem εNd(t) bis -4 enthalten. Die Metapelite der Thurntaler Phyllit Gruppe zeigen eine geringe Streuung der Modellalter um etwa 1.85 Ga und einen systematischen Anstieg der εNd(t) -Werte von -10 bis -7 mit dem 147Sm / 144Nd -Verhältnis, wahrscheinlich auf Grund juvenilerer Beimischungen. Die geringe Bandbreite der Blei-Isotopenverhältnisse 207Pb / 204Pb und 208Pb / 204Pb versus 206Pb / 204Pb belegt alte kratonische Reservoire als Quelle für alle untersuchten Metasedimente. Entsprechend den jüngsten hier beobachteten detritischen Zirkonen, und unter Einbeziehung der schon länger bekannten ordovizischen Eduktalter der eingeschalteten Orthogneise kann man das Sedimentationsalter der Paragneise der Defereggen Gruppe und des metamorphen Gailtal-Grundgebirges eingrenzen zwischen frühem Kambrium und vor dem frühen Ordovizium. Die Altersverteilungen der detritischen Zirkone werden dominiert von Populationen um 600 bis 700 Ma, die zumeist vom Avalonisch- Cadomischen Gürtel und/oder den Panafrikanischen Orogenen erodiert sein dürften. Eine sehr auffällige Population detritischer Zirkone mit „Grenvillian“- Alter (950 - 1050 Ma) wird als Indikator eines Ost- Gondwana-Liefergebietes interpretiert. Die durchgängige Lücke zwischen 1100 -1700 Ma zeigt, daß Baltica als Quelle fast auszuschließen ist. Wie in Studien anderer Peri-Gondwana-Einheiten werden für die paläoproterozoischen und neoarchaischen Zirkon-Teilpopulationen der Austroalpinen Metapsammite (1700 - 2300 Ma, 2550 Ma und 2750 Ma) das Sahara-Metakraton/Trans-Sahara-Basement und der West-Afrikanische Kraton als Quellen für möglich gehalten.


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