Lattice preferred orientation in omphacite: Examples from the Tauern Window, Austria and the Western Gneiss Region, Norway

It is lively debated how eclogites find their way from deep to mid-crustal levels during exhumation. Different exhumation models for high-pressure and ultrahigh-pressure rocks were suggested in previous studies, based mainly on field observations and less on microstructural studies on the exhumed rocks. The development and improvement of electron microscopy techniques allows it, to focus interest on direct investigations of microstructures and crystallographic properties in eclogites. In this case, it is of importance to study the applicability of crystallographic measurements on eclogites for exhumation processes and to unravel which processes affect eclogite textures. Previous studies suggested a strong relationship between deformation and lattice preferred orientation (LPO) in omphacite but it is still unclear if the deformation is related to the exhumation of eclogites. This study is focused on the questions which processes affect omphacite LPO and if textural investigations of omphacite are applicable for studying eclogite exhumation. Therefore, eclogites from two examples in the Alps and in the Caledonides were collected systematically and investigated with respect to omphacite LPO by using the electron backscattered diffraction (EBSD) technique. Omphacite textures of the Tauern Window (Austria) and the Western Gneiss Region (Norway) were studied to compare lattice preferred orientation with field observations and suggested exhumation models from previous studies. The interpretation of omphacite textures, regarding the deformation regime is mainly based on numerical simulations in previous studies. Omphacite LPO patterns of the Eclogite Zone are clearly independent from any kind of exhumation process. The textures were generated during omphacite growth on the prograde path of eclogite development until metamorphic peak conditions. Field observations in the Eclogite Zone show that kinematics in garnet mica schist, surrounding the eclogites, strongly indicate an extrusion wedge geometry. Stretching lineations show top-N thrusting at the base and a top-S normal faulting with a sinistral shear component at the top of the Eclogite Zone. The different shear sense on both sides of the unit does not affect the omphacite textures in any way. The omphacite lattice preferred orientation patterns of the Western Gneiss Region can not be connected with any exhumation model. The textures were probably generated during the metamorphic peak and reflect the change from subduction to exhumation. Eclogite Zone and Western Gneiss Region differ significantly in size and especially in metamorphic conditions. While the Eclogite Zone is characterized by constant P-T conditions (600-650°C, 20-25 kbar), the Western Gneiss Region contains a wide P-T range from high- to ultrahigh pressure conditions (400-800°C, 20-35 kbar). In contrast to this, the omphacite textures of both units are very similar. This means that omphacite LPO is independent from P-T conditions and therefore from burial depth. Further, in both units, omphacite LPO is independent from grain and subgrain size as well as from any shape preferred orientation (SPO) on grain and subgrain scale. Overall, omphacite lattice preferred orientation are generated on the prograde part of omphacite development. Therefore, textural investigations on omphacite LPO are not applicable to study eclogite exhumation.

Die Exhumierung von Eklogiten ist ein vieldiskutiertes Problem im Bereich der Tektonik und der Strukturgeologie. Zahlreiche Exhumierungsmodelle basieren im Wesentlichen auf Geländebeobachtungen und weniger auf mikrostrukturellen Untersuchungen der exhumierten Gesteine. Die Entwicklung und ständige Verbesserung elektronenmikroskopischer Methoden rückt kristallographische Untersuchungen an Eklogiten verstärkt in den Blickpunkt des Interesses. Frühere Studien zeigen einen deutlichen Zusammenhang zwischen Deformation von Eklogiten und den kristallographischen Texturen in deren Omphazitmineralen. Allerdings ist unklar ob die Deformation mit der Exhumierung der Gesteine in Zusammenhang steht. In der vorliegenden Arbeit werden die Entwicklung kristallographischer Texturen in Omphaziten sowie sich daraus ergebende mögliche Rückschlüsse zu Exhumierungsprozessen untersucht. Hierfür wurden die Eklogitzone des Tauernfensters in Österreich sowie die Western Gneis Region in Norwegen systematisch beprobt. Die Untersuchungsgebiete umfassen einen weiten Bereich von Hochdruck- und Ultrahochdruckbedingungen, wodurch ein möglicher Zusammenhang zwischen Druck- und Temperaturbedingungen und Omphazittextur untersucht werden kann. Kristallographische Orientierung sowie Orientierungskontraste wurden mittels Elektronenrückstrahlbeugung (Electron Backscatterred Diffraction, EBSD) gemessen und mit Exhumierungsmodellen verglichen. Die Interpretation der Texturen basiert dabei im Wesentlichen auf numerischen Simulationen aus früheren Untersuchungen an Omphazittexturen. Die kristallographischen Texturen der Eklogitzone des Tauernfensters sind eindeutig nicht durch die Exhumierung beeinflusst. Die Texturen spiegeln Signaturen wieder, die sich dem prograden Pfad der Omphazitentwicklung zuordnen lassen. Die Texturen entwickelten sich während des Omphazitwachstums bis hin zum metamorphen Maximum. Geländebeobachtungen in der Eklogitzone zeigen, dass kinematische Indikatoren in Granatglimmerschiefern, welche die Eklogite umschliessen, deutlich eine Extrusionskeilgeometrie implizieren. Streckungslineationen verdeutlichen eine nordgerichtete Aufschiebung an der Basis sowie eine südgerichtete Abschiebung mit einer sinistralen Scherungskomponente am hangenden Kontakt der Eklogitzone. Der unterschiedliche Schersinn auf beiden Seiten der Eklogitzone hat keinen Einfluss auf die kristallographischen Texturen der Omphazite. Die zum Vergleich untersuchten Omphazittexturen der Western Gneis Region können ebenfalls keinem Exhumierungsmodell zugeordnet werden. Die Texturen bildeten sich vermutlich während des metamorphen Maximums und repräsentieren den Wechsel von Subduktion zu Exhumierung. Eklogitzone und Western Gneis Region unterscheiden sich signifikant in ihrer Größe sowie in den metamorphen Bedingungen. Während die Eklogitzone durch konstante Hochdruckbedingungen (600-650°C, 20-25 kbar) gekennzeichnet ist, umfasst die Western Gneis Region einen wesentlich weiteren Hochdruck- und Ultrahochdruckbereich (400-800°C, 20-35 kbar). Trotz dieser deutlichen Unterschiede sind die Omphazittexturen in beiden Gebieten vergleichbar und demnach unabhängig von den Druck- und Temperaturbedingungen und damit von der Versenkungstiefe. Außerdem zeigt sich eine Unabhängigkeit der Texturen von Korn- und Subkorngrößen sowie von Korn- und Subkornorientierung in Omphaziten. Diese Beobachtungen gelten sowohl für die Eklogitzone als auch für die Western Gneis Region. Insgesamt wird deutlich, dass kristallographische Texturen in Omphaziten auf den prograden Pfad der Omphazitentwicklung beschränkt sind und damit keine Rückschlüsse auf mögliche Exhumierungsprozesses zulassen.