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New 40Ar/39Ar age constraints on the timing of magmatic events in the Panagyurishte region, Bulgaria

Abstract

Amphibole and mica 40Ar/39Ar ages have been determined from Late Cretaceous plutonic and volcanic successions from the Panagyurishte region (Bulgaria), which is part of the calc-alkaline to alkaline Banatite belt spreading from the Apuseni Mountains to the Black Sea and hosting world-class Cu-Au-deposits. The post-collisional magmatism is younger than early Late Cretaceous orogenic events and contemporaneous with formation of the collapse-type Srednogorie sedimentary basin. Three volcanic intercalations within the oldest sedimentary succession of the Srednogorie zone exposed along the Tolponitsa river show 40Ar/39Ar ages between 93 and 89 Ma and at ca. 86 Ma. Biotites from the Elshitsa granodiorite give an age of 86 Ma. Muscovite from an alteration zone at Elshitsa yield an age of 88 Ma. Amphiboles from a dacite porphyry from Vlaykov Vruh yield an age at 80 Ma. Biotites from the Velichkovo granodiorite give ages at 78–80 Ma.

Amphibole ages in part date hydrothermal alteration as the ages are clearly similar to U-Pb zircon ages from the same plutons, i.e. subvolcanic intrusions. Together with previous 40Ar/39Ar amphibole and mica and numerous U-Pb zircon ages from mainly Late Cretaceous plutonic rocks of the Srednogorie area, the new ages display the following major trends: Magmatism lasted over a long period ranging from ca. 93 to 78 Ma. Both the plutonic and volcanic successions yield similar age groups, which are: 93–89 Ma, 86–84 Ma and 80–78 Ma. The age groups and their distribution show that magmatism was discontinuous and shifted southwards. Older subvolcanic rocks (93–89 Ma) developed in a regime of ca. N–S extension. They show that the southward prograding magmatism is older than dextral shearing, which developed between 86–78 Ma within ca. N–S compressional tectonic conditions. The geodynamic setting of the late Cretaceous magmatism in the Srednogorie zone is still controversial. The relationships within the Panagyurishte region, specifically the early stage of extension combined with calc-alkaline magmatism, could be explained by either retreat of a subduction zone or by slab break-off. The subsequent compressional phase is likely related to intra-orogenic shortening following collision.

Zusamenfassung

40Ar/39Ar Alter wurden bestimmt für Amphibole und Glimmer aus spätkretazischen plutonischen und vulkanischen Abfolgen der Panagyurishte Region (Bulgarien), die Teil des kalkalkalischen bis alkalischen Banatitgürtels ist, der sich von den Apuseni Bergen bis zum Schwarzen Meer erstreckt und Weltklasse Cu-Au-Lagerstätten enthält. Der Magmatismus war aktiv nach der Kollision und den orogenen Ereignissen in der frühen Oberkreide und gleichzeitig zur Entstehung des Srednogorie Sedimentbeckens vom Kollapstyp. Drei vulkanische Einschaltungen in den ältesten Sedimentabfolgen der Srednogorie Zone, die entlang des Flusses Tolponitsa aufgeschlossen sind, zeigen 40Ar/39Ar Alter zwischen 93 und 89 Ma, sowie ca. 86 Ma. Biotite aus dem Elshitsa-Granodiorit ergeben ein Alter von 86 Ma. Muskovite aus einer Alterationszone in Elshitsa ergeben ein Alter von 88 Ma. Amphibole eines Dazitporphyrs von Vlaykov Vruh ergeben ein Alter von 80 Ma. Biotite des Velichkovo-Granodiorits ergeben Alter von 78–80 Ma.

Die Amphibolalter datieren teilweise die hydrothermale Alteration, da die Alter ähnlich den U-Pb Zirkonaltern aus denselben Plutonen (subvulkanische Intrusionen) sind. Zusammen mit früheren 40Ar/39Ar Amphibol- und Glimmeraltern sowie zahlreichen U-Pb Zirkonaltern von spätkretazischen, plutonischen Gesteinen des Srednogorie-Gebietes, zeigen die neuen Daten folgende Haupttrends: Der Magmatismus hielt über eine längere Zeit zwischen 93 und 78 Ma an. Die plutonischen und vulkanischen Abfolgen zeigen ähnliche Altersgruppen: 93–89 Ma, 86–84 Ma und 80–78 Ma. Die Altersgruppen zeigen durch ihre Verteilung, dass der Magmatismus unterbrochen war und nach Süden wanderte. Die älteren subvulkanischen Gesteine (93–89 Ma) entstanden in einem N–S gerichteten Extensionsregime. Sie zeigen, dass der nach Süden fortschreitende Magmatismus älter ist als die dextrale Scherbewegung, welche zwischen 86 und 78 Ma unter N–S gerichteter Kompression entstanden war. Die Geodynamik des spätkretazischen Magmatismus in der Srednogorie Zone wird immer noch kontrovers diskutiert. Die Beziehung der Panagyurishte-Region, vor allem das frühe Extensions-Stadium mit kalkalkalinem Magmatismus, kann durch einen Rückzug der Subduktionszone oder Abreissen der subduzierten Lithosphäre erklärt werden. Die folgende Kompressionsphase dürfte auf die intra-orogene Kürzung in Folge der Kollision zurückzuführen sein.

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Correspondence to Andrea B. Rieser.

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Edtitorial handling: U. Schaltegger

Manuscript received January 4, 2007. Revision accepted October 4, 2007

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Rieser, A.B., Neubauer, F., Handler, R. et al. New 40Ar/39Ar age constraints on the timing of magmatic events in the Panagyurishte region, Bulgaria. Swiss J. Geosci. 101, 107–123 (2008). https://doi.org/10.1007/s00015-007-1243-z

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