Geological and petrological investigation of the western North Makran ophiolites (SE Iran): new constraints for the Late Jurassic – Cretaceous tectono-magmatic and geodynamic evolution of the Neo-Tethys Ocean

Il Prisma di Accrezione del Makran (Iran meridionale) è legato alla convergenza tra la placca Araba e quella Euroasiatica, che è accomodata, a partire dal Cretacico, dalla subduzione verso Nord dell’oceano della Neo-Tetide. Nel dominio tettonico del North Makran sono preservate ofioliti mesozoiche, successioni sedimentarie e minori resti di rocce di derivazione continentale. La presente tesi è focalizzata sui complessi di Bajgan e Durkan, sull’unità di Band-e-Zeyarat e sul complesso di Ganj e comprende un dettagliato studio geologico di queste unità sul terreno così come un dettagliato studio geochimico-petrologico delle rocce magmatiche. Le unità studiate fanno parte del dominio del North Makran e sono state interpretate come i resti del bacino oceanico Mesozoico, noto in letteratura come Oceano del North Makran, e il suo margine continentale meridionale. Lo scopo di questa tesi è di presentare nuovi dati per meglio comprendere il significato geodinamico dei complessi di Bajgan e Durkan, dell’unità di Band-e-Zeyarat e del complesso di Ganj e vincolare l’evoluzione geodinamica dell’Oceano del North Makran. I dati presentati nella presente tesi documentano una complessa evoluzione tettono-magmatica per le diverse unità tettoniche. Il complesso di Ganj rappresenta una successione di arco vulcanico del Cretacico Superiore, probabilmente formatasi vicino alla placca Euroasiatica. L'ofiolite di Band-e-Zeyarat mostra un’architettura crostale, un’affinità geochimica delle rocce magmatiche e la composizione chimica delle fasi mineralogiche compatibile con la genesi in una dorsale medio oceanica durante il Cretacico Inferiore. I nuovi dati petrologici suggeriscono che l’ofiolite di Band-e-Zeyarat si sia formata durante l’interazione tra dorsale e plume di mantello. Il complesso di Durkan registra magmatismo alkalino coevo con sedimentazione pelagica e in ambiente di piattaforma carbonatica durante il Cretacico Superiore. La combinazione dei dati stratigrafici e petrologici indica che il Complesso di Durkan rappresenta i resti di una catena di seamounts deformata nel prisma di accrezione del Makran. Il complesso di Bajgan è costituito da meta-serpentiniti, varie tipologie di rocce metamorfiche da protoliti magmatici e rocce meta-sedimentarie. Questa tipologia di associazione litologica e la composizione chimica delle rocce magmatiche sono confrontabili con le ofioliti di tipo MOR (mid ocean ridge). Le datazioni di zirconi separati da meta-gabbri e meta-plagiograniti hanno fornito età comprese tra il Giurassico Superiore e il Cretacico Inferiore. I nuovi dati sul Complesso di Bajgan suggeriscono che corrisponda a un insieme di scaglie tettoniche di ofioliti Mesozoiche. I dati strutturali sull’ofiolite di Band-e-Zeyarat e il Complesso di Durkan indicano che queste unità hanno subito una storia deformativa polifasica tra il tardo Cretacico Superiore e il Paleocene-Eocene inferiore durante la loro accrezione e successiva esumazione nei settori frontali del prisma del Makran. In conclusione, i risultati della presente tesi forniscono importati vincoli per comprendere l’evoluzione geodinamica dell’Oceano del North Makran durante il tardo Giurassico e il Cretacico, così come il suo ruolo nella tettonica convergente attiva a partire dal tardo Cretacico Superiore. Il risultato principale è che i nuovi dati multidisciplinari suggeriscono che l’Oceano del North Makran rappresentasse un bacino oceanico maturo piuttosto che un bacino marginale o un back-arc come precedentemente suggerito in letteratura. Sono inoltre discusse le implicazioni dei nuovi dati nel contesto dell’evoluzione a scala regionale della Neo-Tetide durante il Cretacico.

The Makran Accretionary Prism (South Iran) is related to the convergence between the Arabia and Eurasia plates accommodated by the northward subduction of the Neo-Tethys Ocean since the Cretaceous. Mesozoic ophiolites, sedimentary successions, and minor continental-derived tectonic units are preserved in the North Makran domain. This thesis is focused on field-based geological study, as well as petrological and geochemical characterization of the magmatic rocks of the Bajgan and Durkan Complexes, the Band-e-Zeyarat ophiolitic unit, and the Ganj Complex The studied units are included in the North Makran domain and they are up to now interpreted as the remnants of a Mesozoic oceanic basin (the North Makran Ocean) and its southern continental margin. The aim of this thesis is to provide data for understanding the geodynamic significance of these units and new constraints for the Mesozoic geodynamic history of the North Makran Ocean. The new multidisciplinary data documented a complex tectono-magmatic evolution for the different tectonic units. The Ganj Complex was interpreted in literature as an ophiolitic unit. The new data indicate that it represents a Late Cretaceous volcanic arc succession. The Ganj arc was likely built close or onto the southern margin of Eurasia plate. The Band-e-Zeyarat ophiolitic unit display crustal architecture, geochemical fingerprints of magmatic rocks, and mineral chemistry of rock-forming minerals indicating its formation in a mid-oceanic ridge tectonic setting during Early Cretaceous. Petrogenetic evidence suggests a ridge-mantle plume interaction during the formation of this unit. The Bajgan and Durkan Complexes were up to now considered as the remnants of a microntinental block deformed in the Makran. The multidisciplinary data provided by this thesis point out for a different interpretation of these complexes. The Durkan Complex records the interplay of alkaline magmatism and shallow water and pelagic sedimentation during the Late Cretaceous. The combination of stratigraphic and petrological data and mineral chemistry data suggest that the Durkan Complex represents the remnants of a Late Cretaceous seamounts chain tectonically disrupted in the Makran. The Bajgan Complex include meta-serpentinites, meta-intrusive rocks, meta-volcanic rocks and meta-sedimentary rocks. This type of tectono-stratigraphic architecture is comparable with that of a typical subduction-unrelated oceanic succession. Whole-rock geochemistry of meta-magmatic rocks and petrogenetic study indicate a subduction-unrelated chemical affinity. Dating of magmatic zircon from meta-intrusive rocks testify for Late Jurassic – Early Cretaceous age. These data indicate that the Bajgan Complex corresponds to an assemblage of Mesozoic meta-ophiolitic tectonic slices. Structural data on the Band-e-Zeyarat ophiolitic unit and Durkan Complex provide evidence for a multiphase deformation history occurred during the latest Late Cretaceous – Paleocene-earliest Eocene accretion and subsequent exhumation within the frontal accretionary wedge. In conclusion this thesis provides significant constraints for the understanding of the Late Jurassic - Cretaceous geodynamic and tectono-magmatic significance of the North Makran Ocean and its role during the convergent tectonic stages starting from the latest Late Cretaceous. The outstanding conclusion is that, in contrast to any previous interpretation, this ocean likely represented a mature and wide oceanic basin rather than a marginal basin or a back-arc basin as previously thought. The implications of these new findings are also discussed in the framework of the regional-scale Cretaceous evolution of the Neo-Tethys realm.