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Petrographic and geochemical investigation of impactites from the Carswell impact structure, Canada
Jennifer Epstein
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Erdwissenschaften
Betreuer*in
Christian Koeberl
DOI
10.25365/thesis.74635
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10047.21925.938591-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Identifizierung und Charakterisierung von schockmetamorphen Effekten sind entscheidend für die Erkennung terrestrischer Einschlagsstrukturen sowie für die Druckbestimmung geschockter Minerale. In dieser Arbeit werden solche Effekte der Schockmetamorphose mittels 24 Dünnschliffen verschiedener Impaktitproben analysiert, vor allem in Gneisen, Sueviten und Impaktschmelzgesteinen. Diese Proben stammen von sechs unterschiedlichen Bohrstellen im kristallinen Grundgebirge der Carswell-Impaktstruktur, diesich im westlichen Teil des proterozoischen Athabasca-Beckens in der kanadischen Provinz Saskatchewan erstreckt. Das Alter dieser rund 39 km durchmessenden Struktur ist nach wie vor umstritten, und sie ist noch weitgehend unerforscht, insbesondere im Zusammenhang mit der Schockmetamorphose. Diese Masterarbeit bietet eine umfassende petrographische Analyse mit Schwerpunkt auf den schockmetamorphen Effekten sowie geochemischen Eigenschaften der verschiedenen Lithologien. Die Verteilung der Proben erstreckt sich über radiale Entfernungen von 350 bis 8.180 Metern vom Zentrum der Struktur und umfasst Tiefen von 10 bis 600 Metern. Dadurch wird eine detaillierte Analyse der Schockbarometrie der Struktur ermöglicht. Die Entdeckungzahlreicher planarer Mikrostrukturen in Quarz, insbesondere dekorierter planarer Deformationsmerkmale (PDFs), sowie geschockten Monazit- und Zirkonkörnern zeigt signifikante Veränderungen und Schockeinwirkungen in den Gneisen aus dem Zentrum der Struktur. Darüber hinaus werden hier sogenannte „feather features“ (FFs) in Quarzkörnern, die als neuartiger Indikator für relativ geringe Schockdrucke innerhalb der Carswell-Strukturfungieren, beschrieben. Die „getoasteten“ Quarzkörner, sowie die mit Flüssigkeitseinschlüssen dekorierten planare Deformationsmerkmale (PDFs) in Quarz deuten auf ein post-schockbedingtes thermisches Ereignis hin, das sich auf die zentralen kristallinen Gneise ausgewirkt hat. In dieser Untersuchung werden zudem bedeutende metasomatische Veränderungen beschrieben, wie sie zum Beispiel durch das Auftreten von Myrmekit verdeutlicht werden. Suevite aus dem Zentrum der Struktur bestehen aus sowohl ungeschockten als auch geschockten Mineralen und Gesteinsfragmenten, die aus verschiedenen Teilen des Zielgesteins stammen. Geochemische Daten deuten auf Beiträge von Lithologien in der Nähe der inneren sedimentären Ringstruktur und den zentralen kristallinen Gneisen während der Suevitbildung hin. Der Gneis in der Nähe der sedimentären Ringstruktur zeigt geringe Schockniveaus mit nur wenigen Quarzkörnern, die PDFs aufweisen. Der Granodiorit und der Gneis mit Granat-Cordierit-Sillimanit weisen geochemische und petrografische Anzeichen von metasomatischen Alterationsprozessen im Zusammenhang mit post-impact hydrothermaler und/oder tektonischer Aktivität auf. Geochemische Eigenschaften ergänzen petrologische Daten und zeigen, dass die Impaktschmelzgesteine im Bohrkern CAR53 hauptsächlich aus einer Vermischung und Aufschmelzung von Grundgebirgsgesteinen resultieren. Nicht aufgelöste Klasten können relikthafte Fragmente benachbarter Sandsteine darstellen. Die Korrosion von prismatischen Siliciumdioxidkristallen, die auf Tridymit hinweisen, lässt auf alkalische hydrothermale Prozesse schließen. Das Vorhandensein von Ferropseudobrookit und körnigen neoblastischen Zirkonkörnern mit Einschlüssen von ZrO2 liefert weitere Hinweise auf hohe Temperaturen. Basierend auf den Universal-Tisch Ergebnissen und der Schockdruckbestimmungsmethode nach Holm-Alwmark et al. (2018) weisen die untersuchten Proben durchschnittliche Schockdrucke von ~18-20 GPa im Zentrum und ~11 GPa etwa 8 km vom Zentrum der Einschlagstruktur entfernt auf. Eine laterale Schockabschwächung von ~1 GPa pro km wird beobachtet, ohne Hinweis auf vertikale Abschwächung, vermutlich aufgrund des begrenzten vertikalen Abschnitts (insgesamt 120 m) der untersucht wurde. Zusammenfassend gesehen wird in der vorliegenden Arbeit, die bis heute die detaillierteste Untersuchung von Schockmetamorphose-Effekten in den Zielgesteinen der Carswell-Impaktstruktur beschrieben. Zusätzlich werden auch umfangreiche geochemische Daten für viele Impaktite und Grundgebirgsgesteine beschrieben. Diese Ergebnisse dienen als wertvolle Referenz für zukünftige Forschungen an dieser Impaktstruktur, insbesondere für den möglichen Beitrag eines Projektils in Impaktschmelzgesteinsproben.
Abstract
(Englisch)
The identification and characterization of shock metamorphic effects is crucial for the recognition of terrestrial impact structures, as well as for the pressure determination of shocked minerals. In this work, such shock metamorphic effects are studied using 24 thin sections of various impactite samples, including mainly gneisses, suevites, and impact melt rocks. These samples were obtained from six different drill sites situated within the crystalline core of the Carswell impact structure, located in the western part of the Proterozoic Athabasca Basin in Canada’s northern Saskatchewan province. With its age of formation still controversially discussed, the ~39-km-diameter structure is still largely unexplored, especially in relation to shock metamorphism. This master’s thesis provides a comprehensive petrographical analysis, with a primary focus on shock metamorphic effects, alongside geochemical characteristics of the different lithologies. Spanning radial distances from 350 to 8,180 meters from the structure's center and covering depths of 10 to 600 meters, the sample distribution facilitates a detailed shock barometric analysis of the structure. The findings of abundant planar microstructures in quartz, in particular decorated planar deformation features (PDFs), along with shocked monazite and zircon grains reveal significant alteration and shock effects in the gneisses from the center of the structure. Furthermore, the investigation introduces feather features (FFs) in quartz grains, serving as a novel indicator of low shock pressures within the Carswell structure. The "toasted appearance" of quartz grains and decorated (with fluid inclusions) PDFs in quartz imply a post-shock thermal event that affected the central crystalline gneisses. The study also identifies extensive metasomatic alteration, as for example indicated by myrmekite occurrences. Suevites from the center of the structure consist of both unshocked and shocked mineral and rock fragments, originating from various sections of the target rock. Geochemical data suggest contributions from lithologies near the inner sedimentary ring and central crystalline gneisses during suevite formation. The gneiss near the sedimentary ring exhibits low shock levels, with a limited number of PDF-bearing quartz grains. The granodiorite and garnetcordierite- sillimanite gneisses exhibit geochemical and petrographic indications of metasomatic alteration processes linked to post-impact hydrothermalism and/or tectonic activity. Geochemical characteristics supplement petrological data, demonstrating that impact melt rocks from drill core CAR53 result primarily from mixing and melting of basement lithologies. Undigested clasts may represent relict fragments from adjacent sandstones. The corrosion of prismatic silica crystals, indicative of tridymite, suggests alkaline hydrothermal processes. The presence of ferropseudobrookite and granular neoblastic zircon grains with inclusions of ZrO2 provide further evidence of high-temperature conditions. Based on universal-stage results and using the shock pressure estimation method from Holm-Alwmark et al. (2018), the investigated samples record average shock pressures of ~18- 20 GPa at the center and ~11 GPa at about 8 km from the center. A lateral shock attenuation of ~1 GPa per km is observed but no significant vertical shock attenuation due to the limited vertical section investigated (i.e., only 120 m in total). In summary, this thesis presents the most detailed investigation of shock-metamorphic effects within the target rocks of the Carswell impact structure to date. It also provides an extensive dataset of geochemical characteristics for a wide range of impactites and basement rocks. These findings serve as a valuable reference for future research on this structure, particularly the potential contribution of a projectile in impact melt rock samples.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Impaktstruktur Impaktite Schockmetamorphose Impaktpetrographie und -geochemie
Schlagwörter
(Englisch)
impact cratering impactites shock metamorphism impact petrography and geochemistry
Autor*innen
Jennifer Epstein
Haupttitel (Englisch)
Petrographic and geochemical investigation of impactites from the Carswell impact structure, Canada
Paralleltitel (Deutsch)
Petrographische und geochemische Untersuchung von Impaktiten aus der Carswell-Impaktstruktur, Kanada
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
X, 101 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Christian Koeberl
AC Nummer
AC16979899
Utheses ID
68976
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |