Original paper

The Mirsini Syncline of eastern Crete, Greece: a key area for understanding pre-Alpine and Alpine orogeny in the eastern Mediterranean

Zulauf, Gernold; Klein, Thomas; Kowalczyk, Gotthard; Krahl, Jochen; Romano, Sandra S.

Abstract

A new geodynamic model is presented for the Phanerozoic evolution of the Cretan nappe pile. The model is based on published data and on new mapping results obtained from eastern Crete. The mapped rocks are located north of the Orno Oros, where Permian-Triassic sediments/volcanics and a pre-Alpine basement are preserved in the ENE-WSW trending Mirsini Syncline. The Permian-Triassic rocks are either free from metamorphism or underwent Alpine high-pressure/low-temperature metamorphism, the latter with very low grade. The basement, on the other hand, underwent pre-Alpine (Carboniferous-Triassic) high-grade Barrovian-type metamorphism succeeded by the Alpine imprints. We suggest the following tectonostratigraphic concept for these rocks which are situated between the Plattenkalk and the Tripolitza Unit. From base to top there are: Trypali Unit, Phyllite-Quartzite Unit, Pre-Alpine Basement Unit and Tyros Unit. As the axis of the Mirsini Syncline is dipping towards the east, all of these units disappear SW of Mochlos where the Plattenkalk Unit shows centroclinal strike. The Tyros Unit, on the other hand, is particularly widespread in the eastern part of the syncline. Based on the new and published data, the following model is suggested for the Phanerozoic evolution of the Cretan part of the External Hellenides. After having been detached from Gondwana in Early Paleozoic times, the pre-Alpine basement complexes (Vai, Kalavros, Mirsini and Chamezi Crystalline Complex) were relocated and accreted to Gondwana in Carboniferous to Triassic times. This process of terrane accretion was related to south-directed subduction of Paleotethys lithosphere and subsequent microplate collision resulting in Cimmeria, a new composite terrane. In Permian times there were two different basins between Cimmeria and Gondwana. The Plattenkalk Basin in the south was shallow, whereas the Phyllite-Quartzite Basin in the north was deep forming a major constituent of the Neotethys due to its back-arc position above the south-dipping subduction zone. Permian accretion of the Kalavros Crystalline Complex to Cimmeria resulted in slab rollback and a northward shift of the Cimmerian arc. The latter produced andesitic volcanics which belong to a Lower Triassic shallow marine volcanosedimentary sequence (Tyros Unit). The Tyros Basin was situated in a fore-arc setting where Triassic sediments and volcanics were deposited on top of the accreted Carboniferous-Permian basement. The Cimmerian arc, on the other hand, was situated on top of Gondwana-derived basement. The Tyros Basin was closed in Upper Triassic times due to accretion of the Vai Crystalline Complex. At the same time the Tripolitza and Pindos Basins subsided inside the remnants of the Vai Crystalline Complex further to the north. At the Triassic/Jurassic boundary a further shallow basin, referred to as Trypali Basin, was present between the Plattenkalk and the Phyllite-Quartzite Basins. Cenozoic convergence led to northward subduction and accretion of Cimmeria to Pelagonia. In Paleocene to Eocene times the Pindos and Tripolitza rocks were accreted to the Pelagonian basement. During this phase of nappe stacking the Tripolitza rocks underwent metamorphism, whereas the Pindos rocks were not deeply buried. As the major constituents of the Trypali Unit were gypsum and salt, this unit acted as weak detachment horizon between the Plattenkalk and the Phyllite-Quartzite Unit. The upper part of the Triassic Tyros Unit is unmetamorphic and overlain by Neogene conglomerates. The Miocene emplacement of the metamorphic Tripolitza Unit, unmetamorphic Pindos Unit and uppermost Pelagonian Unit on top of the unmetamorphic Tyros and Neogene rocks was related to thrusting at suprastructural levels.

Kurzfassung

Ein neues geodynamisches Modell wird für die phanerozoische Entwicklung des kretischen Deckenstapels vorgestellt. Das Modell basiert auf neuen Kartierergebnissen sowie auf publizierten Daten aus Ostkreta. Die kartierten Einheiten befinden sich nördlich des Orno-Gebirges, wo permotriassische Sedimente und Vulkanite sowie ein präalpines Grundgebirge in der ENE-WSW verlaufenden Mirsini-Mulde erhalten sind. Die permotriassischen Gesteine sind entweder unmetamorph oder zeigen druckbetonte Anchimetamorphose. Das Grundgebirge hingegen zeigt karbonische bis triassische amphibolitfazielle mitteldruckmetamorphe Mineralparagenesen, die durch die alpinen Ereignisse überprägt werden. Für die zwischen der Plattenkalk- und Tripolitza-Einheit eingeschalteten Gesteine wird das folgende tektonostratigrafische Konzept vorgeschlagen. Von der Basis zum Hangenden werden unterschieden: Trypali-Einheit, Phyllit-Quarzit-Einheit, präalpines Basement, Tyros-Einheit. Da die Achse der Mirsini-Mulde nach E abtaucht, verschwinden diese Einheiten südwestlich von Mochlos, wo Gesteine der Plattenkalk-Einheit umlaufendes Streichen aufweisen. Die Tyros-Einheit hingegen ist besonders weit verbreitet im östlichen Teil der Mulde. Aufgrund der neuen sowie publizierten Daten wird das folgende Modell für die phanerozoische Entwicklung des kretischen Anteils der Externen Helleniden vorgeschlagen: Nach der frühpaläozoischen Abtrennung der präalpinen Grundgebirgskomplexe (Vai-, Kalavros-, Mirsini- und Chamezi-Kristallin) von Gondwana wurden diese als Mikroplatten im Zuge von karbonischer bis triassischer südgerichteter Subduktion und Kollision wieder an den Nordrand von Gondwana akkretioniert. Dabei entstand Cimmeria. Im Perm existierten zwei unterschiedliche Becken zwischen Cimmeria und Gondwana. Das im Süden gelegene Plattenkalk-Becken war flach, wohingegen das im Norden gelegene Phyllit-Quarzit-Becken deutlich tiefer war. Es bildete einen wesentlichen Bestandteil der Neotethys aufgrund seiner Position im ,,Back-Arc-Bereich oberhalb der nach S abtauchenden Subduktionszone. Permische Akkretion des Kalavros-Kristallins an Cimmeria ging einher mit ,,Slab-Rollback und einer Verlagerung des cimmerischen Bogens nach Norden. Der cimmerische vulkanische Bogen produzierte Andesite, die zu einer frühtriassischen flachmarinen, vulkanosedimentären Abfolge gehören (Tyros-Einheit). Das Tyros-Becken befand sich in einer ,,Fore-Arc-Position, wo triassische Sedimente und Vulkanite auf akkretioniertem permokarbonischem Grundgebirge abgelagert wurden. Der cimmerische vulkanische Bogen hingegen entwickelte sich auf Gondwana-Grundgebirge. Akkretion des Vai-Kristallins führte dazu, dass das Tyros-Becken in der Obertrias geschlossen wurde. Zur gleichen Zeit sanken Tripolitza- und Pindos-Becken weiter im Norden ein. An der Grenze Trias/Jura befand sich ein weiteres flachmarines Becken (Trypali-Becken) zwischen dem Plattenkalk- und dem Phyllit-Quarzit-Becken. Känozoische Konvergenz führte zu nordgerichteter Subduktion und Akkretion von Cimmeria an Pelagonia. Im Zeitraum Paläozän bis Eozän wurden Gesteine der Pindos- und Tripolitza-Einheit an das pelagonische Grundgebirge akkretioniert. Hierbei wurden die Tripolitza-Gesteine metamorph überprägt. Die weichen Salzgesteine der Trypali-Einheit fungierten als Abscherhorizont zwischen der Plattenkalk- und Phyllit-Quarzit-Einheit. Der obere Teil der triassischen Tyros-Einheit ist unmetamorph und wird zum Teil überlagert von neogenen Konglomeraten. Die miozäne Platznahme der metamorphen Tripolitza-Einheit und der überlagernden Decken auf der unmetamorphen Tyros-Einheit und auf neogenen Konglomeraten ereignete sich in einem hohen unmetamorphen Stockwerk.

Keywords

mirsini synclinecretephyllite-quartzite unittyros unithellenideseastern mediterranean