Geometry of deformation and kinematic analysis in mesohellenic trough

The Mesohellenic Trough (MHT) is a basin of more than 200 km length and 30-40 km width, located in northern Greece and Albania. The MHT developed from Middle Eocene to Upper Miocene time, related to the Alpine orogenic processes, and is sited parallel to the structural fabric of the Hellenides (i.e. NNW-SSE), and between the Apulian microplate (External Hellenides, non-metamorphic) and the Pelagonian block (Internal Hellenides, metamorphic). The trough is described by its large size, great thickness of the sedimentary sequences (i.e., of 4km in single sections and much more in accumulative thickness), complicated structures, and numeral variations both in facies and thicknesses along and across the basin axis, comprising fan-delta conglomerates, alluvial and submarine fans (turbiditic sandstones and shales), deltaic and flood-plain sandstones and siltstones, and sandy shelf sediments. All these establish the Mesohellenic Trough as the largest and the most important late orogenic (“molasse-type”) basin in the Hellenides. Most of the previous works on MHT was focused on mapping (e.g., Brunn, 1956, 1960; Savoyat and Lalechos, 1969, 1972; Mavridis and Matarangas, 1979), sediment and facies analysis (e.g., Desprairies, 1979; Papanikolaou et al. 1977, 1988; Wilson, 1993; Doutsos et al. 1994; Zelilidis et al. 2002), paleontological dating (e.g., Zygogiannis and Muller, 1982; Barbieri, 1992; Zelilidis et al. 1997), and more recently on hydrocarbon potential and interpretation of seismic data (Kontopoulos et al. 1999; Zelilidis et al. 2002). Some provenance analysis has been made in the sedimentological studies relating to the occurring lithologies and provenance indicators in the sediments, but still no correlation of the sedimentation to the tectonic situation at the surrounding basement rocks has been made. Main aim of this PhD thesis is the examination of the structural data of the Mesohellenic Trough and the bordering basement area in order to understand the structural evolution of the area through time. The recent thermal history of the Pelagonian basement and the provenance of the detrital material in the clastic sediments of the MHT were studied by fission track dating. Apatite and zircon fission track (AFT, ZFT) analysis is applied to samples from the Pelagonian microcontinent along the eastern border of the MHT, and AFT analysis to the sedimentary rocks in the southern MHT, where the whole stratigraphic sequence of the sediment fill is exposed, reaching from the Eocene to the Miocene. Areas near the western border of the trough were also sampled in order to check the provenance of those sediments and/ or any thermal overprint related to tectonic activity. The rapid sedimentation, indicated by the significant thickness of deposits accumulated in the short MHT history, is here examined in means of both the exhumation history of Pelagonian microcontinent (tectonic and erosional denudation) and the subsidence history of the trough. Correlation of the results from the basement and the sediment fill help to unravel the relationship between source and depositional area and to shed light on the evolution of the Pelagonian Zone after the Eocene (“Neo-Hellenic”) orogenic period. FT data from the detrital apatite from the MHT is characterized by two main age populations (i.e. Eocene and Upper Cretaceous to Paleocene ages) and confirm the adjacent to MHT Pelagonian microcontinent as the source of the detrital material. Eocene AFT age populations (between 50 and 30 Ma) in the Eocene (up to Miocene) sedimentary strata indicate a proximal position of the Pelagonian microcontinent, which shows the same or even younger AFT ages. Upper Cretaceous to Paleocene age populations (between ~60 and ~100 Ma) point to a more distant or structurally higher (now eroded) source area. This is concluded from the FT age pattern in the relevant units in the southern F.Y.R.O.M. (Former Yugoslavia, Republic of Macedonia), where a clear AFT age gradient from higher ages in the east to lower ages in the west is documented (Most et al. 2001, Most 2003). The inadequate amount and the bad quality of apatite crystals of the samples in the western part of the trough, led only to an exemplary result. However, the same two main AFT age components (around 40 and 70 Ma) were also recognised in this sample, coming from Upper Oligocene sediments not far from the western MHT margin, showing the Pelagonian microcontinent as the probable, at least partly, source area of those deposits since that time. No correlation with AFT ages of the western bordering basement rocks was available due to inappropriate lithology. The Eocene orogenic event caused only weak thermal overprinting in the rocks of the Pelagonian microcontinent. .................................................................................................................................................................................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. Η λεκάνη είναι συνδεδεμένη με τις διεργασίες της Αλπικής ορογένεσης. Αναπτύχθηκε από το Μέσο Ηώκαινο έως το Άνω Μειόκαινο, παράλληλα στις Ελληνίδες ζώνες ΒΒΔ-ΝΝΑ διεύθυνσης, μεταξύ των Εξωτερικών μη μεταμορφωμένων ζωνών (Απούλια μικρο-πλάκα) και των Εσωτερικών μεταμορφωμένων Ελληνίδων ζωνών (Πελαγονικό ηπειρωτικό τέμαχος). Η λεκάνη χαρακτηρίζεται από τη σημαντική σε έκταση ανάπτυξη, το μεγάλο πάχος των ιζηματογενών σχηματισμών (περίπου έως 4 χιλιόμετρα σε κατακόρυφες τομές), τις πολύπλοκες δομές, και τις πολυάριθμες μεταβολές στις ιζηματογενείς φάσεις και τα πάχη των αποθέσεων κατά μήκος και εγκάρσια του άξονα της λεκάνης. Οι ιζηματογενείς φάσεις περιλαμβάνουν δελταϊκά κροκαλοπαγή, αλλουβιακά κορήματα, ψαμμίτες και αργίλους υποθαλάσσιων ριπιδίων (τουρβιδίτες), δελταϊκούς και πλημμυρικού πεδίου, και αμμούχα ιζήματα υφαλοκρηπίδας. Όλα αυτά καθιστούν τη Μεσοελληνική Αύλακα ως τη μεγαλύτερη και πιο σημαντική λεκάνη του τελευταίου ορογενετικού σταδίου («μολασσικού-τύπου» λεκάνη) των Ελληνίδων. 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 ιζηματογενών φάσεων (π.χ. Desprairies, 1979; Papanikolaou et al. 1988; Wilson, 1993; Doutsos et al. 1994; Zelilidis et al. 2002), τη χρονολόγηση των σχηματισμών μέσω παλαιοντολογικών στοιχείων (π.χ. Zygogiannis and Muller 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. Ο κύριος στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής 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 σε 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 αποκαλύπτεται ολόκληρη η στρωματογραφική ακολουθία των σχηματισμών της Μεσοελληνικής αύλακας, από το Ηώκαινο έως το Μειόκαινο. Δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε επίσης και στο δυτικό τμήμα της λεκάνης, με σκοπό τη μελέτη της προέλευσης των ιζημάτων και σε αυτήν την περιοχή, καθώς και τον έλεγχο κάποιας πιθανής αναθέρμανσης συνδεδεμένης με τεκτονική δραστηριότητα. Η ταχεία ιζηματογένεση, τουλάχιστον κατά περιόδους, όπως αυτή υποδεικνύεται από το μεγάλο όγκο των αποθέσεων που συγκεντρώθηκαν κατά την περιορισμένη διάρκεια ανάπτυξης της λεκάνης, εξετάζεται εδώ σε σχέση με την εκταφή του Πελαγονικού ηπειρωτικού τεμάχους (τεκτονική δραστηριότητα και τη διάβρωση των πετρωμάτων του υποβάθρου) και την ιστορία βύθισης της λεκάνης. Η συσχέτιση μεταξύ των αποτελεσμάτων από τα ΙΣΑ από το υπόβαθρο (Πελαγονική ζώνη) και από 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. Τα στοιχεία που προκύπτουν από την ανάλυση των ιχνών σχάσης στους απατίτες των ιζημάτων της ΜΑ (ηλικίας απόθεσης Ηωκαίνου έως και Μειοκαίνου), χαρακτηρίζονται από δύο κύριες ομάδες ηλικιών ΙΣΑ (Ηωκαίνου και Ανώτερου Κρητιδικού-Παλαιοκαίνου), και επιβεβαιώνουν το γειτονικό στη ΜΑ Πελαγονικό ηπειρωτικό τέμαχος ως τη πηγή προέλευσης των κλαστικών υλικών. ....................................................................................................................................................................................................

Thermochronology data from Pearya Terrane, Ellesmere Island, North Canadian Margin

Thermochronology data suggest Eocene high-latitude rapid exhumation and topography formation. Enhanced exhumation of northern Ellesmere Island occurred ~67-59 Ma, ~55-48 Ma, 44-38 Ma, and 34-26 Ma. These exhumation periods largely correlate with changes of spreading rates and movement directions of the Norwegian-Greenland Sea. Main topographic growth along the Eurekan belt was temporally coincident with deposition of ice-rafted debris off eastern Greenland. We suggest that Eurekan topography growth was an important trigger for glacier formation in Greenland. Exhumation of northern Ellesmere Island was episodic and was presumably controlled by strike-slip movements along the De Geer Fracture Zone between Svalbard and Greenland. The cessation of rapid exhumation at ~26 Ma can be explained by continental separation between Greenland and Svalbard, which decoupled northern Ellesmere Island from strike-slip movements along the De Geer Fracture Zone, eventually leading to the opening of the Fram Strait

Exhuming the Top End of North America: Episodic Evolution of the Eurekan Belt and Its Potential Relationships to North Atlantic Plate Tectonics and Arctic Climate Change

We present the first low-temperature thermochronology data from northernmost Ellesmere Island (Canadian Arctic), along with palynological data from Paleogene sediments. Our study area is part of the >2,500-km-long Eurekan deformation belt that formed across the High Arctic during the Eocene. The aim of this study is to investigate the exhumation of the Eurekan belt and potential relationships with the opening of the North Atlantic, as well as with environmental changes of the Arctic. Our data show that the Canadian Arctic margin was characterized by stretching and basin formation during the Paleocene. Sediment deposition occurred in a coastal swamp environment under a warm and humid climate that lasted into the early Eocene. Exhumation of northern Ellesmere Island was episodic and was presumably controlled by strike-slip movements along the De Geer Fracture Zone between Svalbard and Greenland. Enhanced exhumation of northern Ellesmere Island occurred ~66–60 Ma, ~55–48 Ma, 44–38 Ma, and 34–26 Ma. These exhumation periods largely correlate with changes of spreading rates and movement directions of the Norwegian-Greenland Sea. Main topographic growth along the Eurekan belt was temporally coincident with deposition of ice-rafted debris off eastern Greenland. We suggest that Eurekan topography growth was an important trigger for glacier formation in Greenland. The cessation of rapid exhumation at ~26 Ma can be explained by continental separation between Greenland and Svalbard, which decoupled northern Ellesmere Island from strike-slip movements along the De Geer Fracture Zone, eventually leading to the opening of the Fram Strait