The Aegean is a classic setting for studying exhumation of high-pressure (HP) metamorphic rocks. Two end-member models are proposed to explain the uplift of these rocks: core-complex style extension along low-angle normal faults and extrusion-wedge uplift. Extrusion-wedge underplating is the mechanism that exhumed HP rocks on Evia whereas Tinos hosts several detachments varying in age from 30-9 Ma. Andros, situated between them, may be the geological manifestation of the interplay of these processes and provides an opportunity to test these models. Detachments on NW Tinos and on Andros and the enigmatic low-angle Makrotantalon Unit contact on Andros were insufficiently dated prior to this study. Geo- and thermochronometrycombined with structural observations from sampling transects in the transport direction from (1) lower plate Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos, (2) middle plate Makrotantalon Unit on Andros, and (3) hanging wall Upper Unit address these issues. Maximum depositional ages from detrital zircon U-Pb geochronometry and structures reveal Paleocene-Eocene syn-HP metamorphism thrusting resulted in an inversed-age relationship between the Permian Makrotantalon Unit and the underlying Triassic-Eocene Cycladic Blueschist Unit on Andros. The Makrotantalon Unit has an internal inversed stratigraphy whereas the Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos appear stratigraphically intact. Structures and zircon and apatite (U-Th)/He ages in transects from NW Tinos (~12-8 Ma) and central Andros Cycladic Blueschist Unit (~13-7 Ma) indicate rapid cooling due to exhumation associated with the Livada Detachment. Older cooling ages (~16-10 Ma) and structures in the Makrotantalon Unit indicate later brittle strain localization on the Makrotantalon Thrust contact is accommodated by rheologically weaker serpentinites and calc-schists, resulting in slivering of the footwall under the Livada Detachment on Andros. Estimated mean cooling slip rates of the Livada Detachment on Andros of ~3.8 (+1.2/-1.3) km/Myr and 2.1 (+0.2/-0.2) km/Myr on NW Tinos resulted in minimum vertical exhumations of 15 km and 4 km, respectively. The NCDS here accommodated ~12-25% of 60 km of HP-rock exhumation from ~30-7 Ma. We present a tectonic model to elucidate the evolution of the Makrotantalon Unit and the magnitude, temporal, and spatial variability of exhumation via detachments on these islands. / text

The Aegean is a classic setting for studying exhumation of high-pressure (HP) metamorphic rocks. Two end-member models are proposed to explain the uplift of these rocks: core-complex style extension along low-angle normal faults and extrusion-wedge uplift. Extrusion-wedge underplating is the mechanism that exhumed HP rocks on Evia whereas Tinos hosts several detachments varying in age from 30-9 Ma. Andros, situated between them, may be the geological manifestation of the interplay of these processes and provides an opportunity to test these models. Detachments on NW Tinos and on Andros and the enigmatic low-angle Makrotantalon Unit contact on Andros were insufficiently dated prior to this study. Geo- and thermochronometrycombined with structural observations from sampling transects in the transport direction from (1) lower plate Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos, (2) middle plate Makrotantalon Unit on Andros, and (3) hanging wall Upper Unit address these issues. Maximum depositional ages from detrital zircon U-Pb geochronometry and structures reveal Paleocene-Eocene syn-HP metamorphism thrusting resulted in an inversed-age relationship between the Permian Makrotantalon Unit and the underlying Triassic-Eocene Cycladic Blueschist Unit on Andros. The Makrotantalon Unit has an internal inversed stratigraphy whereas the Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos appear stratigraphically intact. Structures and zircon and apatite (U-Th)/He ages in transects from NW Tinos (~12-8 Ma) and central Andros Cycladic Blueschist Unit (~13-7 Ma) indicate rapid cooling due to exhumation associated with the Livada Detachment. Older cooling ages (~16-10 Ma) and structures in the Makrotantalon Unit indicate later brittle strain localization on the Makrotantalon Thrust contact is accommodated by rheologically weaker serpentinites and calc-schists, resulting in slivering of the footwall under the Livada Detachment on Andros. Estimated mean cooling slip rates of the Livada Detachment on Andros of ~3.8 (+1.2/-1.3) km/Myr and 2.1 (+0.2/-0.2) km/Myr on NW Tinos resulted in minimum vertical exhumations of 15 km and 4 km, respectively. The NCDS here accommodated ~12-25% of 60 km of HP-rock exhumation from ~30-7 Ma. We present a tectonic model to elucidate the evolution of the Makrotantalon Unit and the magnitude, temporal, and spatial variability of exhumation via detachments on these islands.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εστιάζεται στην γεωδυναμική εξέλιξη της Αττικής. Η Αττική συνίσταται από τους μεταμορφωμένους σχηματισμούς της Αττικοκυκλαδικής Μάζας στους οποίους επωθούνται οι αμεταμόρφωτοι έως χαμηλά μεταμορφωμένοι σχηματισμοί της Υποπελαγονικής Ζώνης. Στην Αττική η Αττικοκυκλαδική Μάζα διαχωρίζεται σε Ενότητα Κυανοσχιστολίθων και Ενότητα Βάσης. Η μεγασκοπική, μεσοσκοπική και μικροτεκτονική ανάλυση που εφαρμόστηκε κυρίως στα μεταμορφωμένα πετρώματα, οδήγησε στην αναγνώριση τεσσάρων κύριων παραμορφωτικών φάσεων. Η πρώτη παραμορφωτική φάση D1 έλαβε χώρα σε πλαστικές συνθήκες και είναι σύγχρονη με την Ηωκαινική Μ1 μεταμόρφωση υψηλών πιέσεων - χαμηλών θερμοκρασιών που προέκυψε από την καταβύθιση του πρωτόλιθου της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων κάτω από την Υποπελαγονική Ζώνη σε βάθη περίπου 40χλμ. σε ένα καθεστώς ηπειρωτικής σύγκρουσης. Στη ζώνη καταβύθισης εισήλθε προοδευτικά κατά το Ολιγόκαινο ο πρωτόλιθος της Ενότητας Βάσης ο οποίος βρισκόταν παλαιογεωγραφικά ανατολικότερα από την Ενότητα Κυανοσχιστολίθων. Κατά τη διάρκεια της καταβύθισης ένα μικρό τμήμα της επωθημένης Υποπελαγονικής Ζώνης, γνωστή ως Ενότητα Τουρκοβουνίων, αποσπάστηκε, ενταφιάστηκε σε βάθος περίπου 10 Χλμ. και παραμορφώθηκε σε εύθραυστες συνθήκες. Η παραμόρφωση των πετρωμάτων της Ενότητας Τουρκοβουνίων χαρακτηρίζεται από εύθραυστες πτυχές και C-S δομές με ροπή προς ΝΑ. Στο όριο Ολιγόκαινου – Μειόκαινου και σε συνθήκες ανάδρομης πρασινοσχιστολιθικής φάσης μεταμόρφωσης Μ2, έλαβε χώρα μία δεύτερη πλαστική παραμορφωτική φάση D2 που σηματοδοτεί την έναρξη του εκταφιασμού της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων και την τοποθέτηση τους επί της Ενότητας Βάσης μέσω μιας φλοιικής κλίμακας πλαστικής επώθησης, της «Επώθησης Βάσης». Στην Επώθηση Βάσης πραγματοποιήθηκε λεπτομερής κινηματική ανάλυση σε περίπου 1200 θέσεις σε όλη την έκταση της Αττικής χρησιμοποιώντας πληθώρα μεσοσκοπικών και μικροσκοπικών κινηματικών δεικτών. Οι μεσοσκοπικοί κινηματικοί δείκτες προέκυψαν από την ανάλυση 554 F2 πτυχών πλαστικού τύπου, 20 boudinages και 25 πορφυροκλαστών. Οι μικροσκοπικοί κινηματικοί δείκτες προέρχονται από την ανάλυση 187 λεπτών τομών και αριθμούν στη κινηματική εκτίμηση πλάγιων φολιώσεων σε 65 λεπτές τομές, C’ ταινιώσεων διάτμησης σε 43 λεπτές τομές, πορφυροκλαστών σε 23 λεπτές τομές, ιχθυόσχημων μαρμαρυγιών σε 12 λεπτές τομές, C-S ταινιωτών δομών σε 11 λεπτές τομές και την μέτρηση 14096 [c]-αξόνων χαλαζία, 4809 [c]-αξόνων ασβεστίτη και 3289 διδυμιών ασβεστίτη. Ο συνδυασμός των παραπάνω και η κατασκευή χαρτών των πορειών των κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης που προκύπτουν από την μέτρηση 2720 κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης, έδειξαν κίνηση των μεταμορφωμένων καλυμμάτων με ροπή προς ΑΒΑ κατά την D2 φάση. Από συνολικά 59 δείγματα υπολογίστηκε το ποσό της παραμόρφωσης στο επίπεδο που είναι παράλληλο στη διεύθυνση κίνησης, ενώ σε 19 από αυτά προσδιορίστηκε το ελλειψοειδές της παραμόρφωσης. Η ποσοτική τεκτονική ανάλυση για τον προσδιορισμό του ποσού της παραμόρφωσης και του κινηματικού αριθμού στροβίλισης (Wm) έδειξε ότι η τεκτονική τοποθέτηση της ενότητας Κυανοσχιστόλιθων επί της Ενότητας Βάσης έλαβε χώρα σε συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης (k≈1,02) και γενικής διάτμησης εκφραζόμενης από τιμές Wm μεταξύ 0,22 και 0,97. Με βάση τα στοιχεία αυτά υπολογίζεται ότι η πλαστική λέπτυνση και η αντίστοιχη πλαστική επιμήκυνση παράλληλα στην διεύθυνση κίνησης του καλύμματος των Κυανοσχιστολίθων είναι 20-50% και 30-90%, αντίστοιχα. Οι τιμές αυτές οι οποίες είναι συγκρίσιμες με αυτές που έχουν υπολογιστεί σε άλλες ορογενετικές ζώνες (π.χ. Εξωτερικές Ελληνίδες, Ιμαλάια) φανερώνουν ότι ο εκταφιασμός της Ενότητας Κυανοσχιστόλιθων πιθανότατα πραγματοποιήθηκε με ένα μηχανισμό πλαστικής διαφυγής. Με τη συνεχή άνοδο σε ανώτερους δομικούς ορόφους (~10Χλμ.), τα μεταμορφωμένα καλύμματα της Αττικής υπεισήλθαν κατά τη διάρκεια του Κ. έως Α. Μειόκαινου, σε μία τρίτη παραμορφωτική φάση D3 και υπέστησαν παραμόρφωση σε καθεστώς συμπίεσης κάτω από εύθραυστες συνθήκες. Η ποιοτική και κινηματική ανάλυση από 531 F3-πτυχές και 30 C-S δομές δείχνει κίνηση με ροπή προς τα Α-ΑΒΑ. Η κατασκευή χαρτών πορειών φολιώσεων από την μέτρηση 3500 φολιώσεων που φανερώνουν τους άξονες της D3 μεγαπτύχωσης, σε συνδυασμό με τους χάρτες πορειών κρυσταλλικών γραμμώσεων έκτασης δηλώνουν ότι η Επώθηση Βάσης κατά την D3 φάση, απόκτησε μία δεξιόστροφη συνιστώσα και πλαγιοανάστροφο χαρακτήρα κίνησης. Τα αλλεπάλληλα συμπιεστικά γεγονότα στα μεταμορφωμένα πετρώματα της Αττικοκυκλαδικής Μάζας, διαδέχτηκε ένα καθεστώς διαστολής D4 που αντιπροσωπεύεται από κανονικά ρήγματα και το σχηματισμό ρηξισχισμού που λειτούργησαν κατά το Α. Μειόκαινο και δείχνουν στο τελικό τους στάδιο Β-Ν διεύθυνση εφελκυσμού. Η D4 φάση παραμόρφωσης παρατηρείται σε όλα τα πετρώματα της Αττικής και υπερτίθεται όλων των προγενέστερων παραμορφωτικών φάσεων. / The present PhD thesis focuses on the geodynamic evolution of Attica. Attica consists of the metamorphic rocks of the Attico-Cycladic Massif and the low- or non-metamorphosed formations of Subpelagonian Zone. In Attica the Attico-cycladic Massif is represented by the "Blueschist Unit" and the "Basal Unit". Mesoscopic structural data coupled with microtectonic analyses, applied mainly on the metamorphic rocks, enabled the distinction of four deformation phases which took place from Eocene to middle Miocene. The ductile D1 phase was synchronous to Eocene blueschist facies metamorphism and is associated with the continent–continent collision and subduction of the protolith of the Blueschist Unit beneath the Subpelagonian Zone to a depth of c. 40 km. The protolith of the Basal Unit, which was paleogeographically located eastwards of the Blueschist Unit, entered in the subduction channel via progressive underthrusting at Oligocene. During the subduction, a small part of the overthrust Subpelagonian Zone, also known as Tourkovounia Unit buried in a depth of c. 10 km and affected by penetrative brittle deformation expressed by brittle folds and C-S structures indicating a consistent top-to-the-SE sense of shear. At the Oligocene – Miocene boundary a ductile deformation phase (D2) took place coeval with the greenschist facies retrogression and the exhumation of the Blueschist Unit. This was commenced with the emplacement of the Blueschist Unit over the Basal Unit via a crustal scale ductile thrust, named hereinafter the “Basal Thrust”. Detailed kinematic analysis has been performed in c. 1200 locations using a plethora of mesoscopic and microscopic kinematic indicators. The mesoscopic indicators are represented by the analysis of c. 600 F2 folds, asymmetric boudinages and porphyroclasts. Microstructural analysis on 187 thin sections resulted to the designation of oblique foliation, shear bands, C-S structures, porphyroclasts, mica-fish and the measurement of 3289 e-lamellae and c. 19000 c-axes of quartz and calcite. The combination of the aforementioned data and the projection of the stretching lineation trajectories on geological maps indicate dominant top-to-the-ENE sense of shearing during D1 phase. Strain analysis was performed on 59 samples where Rxz values were obtained, while Ryz values were calculated in 19 representative samples. The observed variation in strain geometry indicates that the emplacement of the Blueschist Unit took place under approximately plane strain conditions (k≈1,02) that experienced a general shear deformation history with kinematic vorticity number, Wm, between 0,22 and 0,97. Integration of the vorticity and strain data indicates ductile thinning and transport-parallel elongation by 20–50% and 30–90%, respectively, during exhumation. These values are comparable with ductile thinning in other metamorphic sequences in orogenic belts (e.g. Himalaya and the External Hellenides) and reveal that formation and stacking of the studied units probably occurred under a mechanism of solid-state ductile extrusion. The continuous exhumation of metamorphic rocks at relatively shallow crustal levels (≈10 km) is associated with the third deformation D3 phase, which corresponds to a compression regime occurring under brittle conditions (L. to U. Miocene). Kinematic analysis of 531 F3-folds and 30 C-S structures manifests a top-to-the-A-ABA sense of shear. The projection of the foliation trajectories, that reveal the curved hinge lines of the anticlines/sinclines of the area, in combination with the stretching lineation trajectories, possibly documents a dextral transpressional shearing of the Basal Thrust. The last observed D4 phase occurred during the upper Miocene and is characterized by the formation of normal faults and joints resulted by an N-S extensional regime.