Geochronology and kinematics of crustal scale shear zones in the Himalayan collisional belt

L’Himalaya è classicamente considerata una catena orogenica strutturalmente cilindrica per l’impressionante continuità laterale, da ovest ad est, delle principali unità lito-tettoniche e zone di taglio, caratteristica peculiare di questa catena collisionale. L’esumazione del cuore metamorfico della catena, il Greater Himalayan Sequence (GHS), è favorita dall’attività di due zone di taglio regionali a cinematica opposta: la Main Central Thrust zone (MCTz) a cinematica compressiva e il South Tibetan Detachment System (STDS) a cinematica normale, rispettivamente alla base e al tetto del GHS stesso. In questa tesi ho studiato l’evoluzione strutturale e geocronologica del STDS e della MCTz, con particolare focus su quest’ultima, in due transetti nell’Himalaya indiana occidentale: le valli dell’Alaknanda – Dhauli Ganga e la valle del Bhagirathi – Gangotri nella regione del Garhwal. A questo scopo, ho adottato un approccio multidisciplinare che combina studi microstrutturali, chimici e geocronologici e stime di vorticità cinematica. Poiché le miche sono ubiquitarie nelle zone di taglio, il metodo geocronologico 40Ar/39Ar su biotitie e muscovite è stato ampiamente utilizzato in passato e viene utilizzato tutt’oggi per vincolare l’età della deformazione per taglio. Il metodo 40Ar/39Ar step-heating, il più adatto per questo tipo di studi, è un metodo chiave per risolvere complessità petrologiche e chimiche grazie al riconoscimento di età differenti dovute a un differente rilascio dell’Ar caratterizzato da diversi rapporti Cl/K e Ca/K. Ho applicato questo metodo, combinato con una nuova procedura, l’Ar Differential Release Plot (DRP), che permette di identificare chiaramente l’influenza della coesistenza di fillosilicati nel trend di rilascio dell’Ar durante gli step di riscaldamento, permettendo di selezionare gli step ottimali che corrispondono al degassamento delle miche in senso stretto. Questa nuova procedura permette di determinare l’età in modo molto più
The Himalaya is commonly regarded as a cylindrical belt from west to east due to the impressive lateral continuity of the main litho-tectonic units and faults/shear zones, which is a peculiar feature of this mountain range. The exhumation of the metamorphic core of the belt, the Greater Himalayan Sequence (GHS), was favored by two regional scale opposite-kinematics ductile to brittle shear zones: the contractional Main Central Thrust zone (MCTz) at the bottom and the normal-sense South Tibetan Detachment System (STDS) at the top of the GHS itself. In this thesis, I investigated the structural and geochronological evolution of the STDS and the MCTz, with a particular focus on the latter, in two transects in the Indian Western Himalaya: the Alaknanda – Dhauli Ganga Valleys and the Bhagirathi – Gangotri Valley in the Garhwal region. To this aim, I used a multidisciplinary approach, which combines microstructural, chemical and geochronological studies, as well as a kinematic estimate. As micas are ubiquitous in strongly deformed shear zones, the 40Ar/39Ar geochronological method on biotite and muscovite has commonly been employed to constrain the ages of mylonitization. The 40Ar/39Ar step-heating approach, the most useful for the present study, is a key procedure to unravel petrological and chemical complexities because of the recognition of different ages due to different steps of Ar release characterized by different Cl/K and Ca/K ratios. I applied this method, combined with a new methodological approach first developed in detail during this Ph.D. thesis work, to rocks coming from the bounding shear zones of the GHS. This new procedure, named Ar Differential Release Plot (DRP), that allows to clearly identify the influence of the co-existence of phyllosilicates on the trend of Ar release during the heating steps, allowing to select the optimal steps corresponding to the degassing of micas sensu stricto, which leads to more reliable age determinations in such metamorph