Contribution to the geology of Thailand and implications for the geodynamic evolution of Southeast Asia

Abstract The purpose of this study is to unravel the geodynamic evolution of Thailand and, from that, to extend the interpretation to the rest of Southeast Asia. The methodology was based in a first time on fieldwork in Northern Thailand and Southernmost Myanmar, using a multidisciplinary approach, and then on the compilation and re-interpretation, in a plate tectonics point of view, of existing data about the whole Southeast Asia. The main results concern the Nan-Uttaradit suture, the Chiang Mai Volcanic Belt and the proposition of a new location for the Palaeotethys suture. This led to the establishment of a new plate tectonic model for the geodynamic evolution of Southeast Asia, implying the existence new terranes (Orang Laut and the redefinition of Shan-Thai) and the role of the Palaeopacific Ocean in the tectonic development of the area. The model proposed here considers the Palaeotethys suture as located along the Tertiary Mae Yuam Fault, which represents the divide between the Cimmerian Sibumasu terrane and the Indochina-derived Shan-Thai block. The term Shan-Thai, previously used to define the Cimmerian area (when the Palaeotethys suture was thought to represented by the Nan-Uttaradit suture), was redefined here by keeping its geographical location within the Shan States of Myanmar and Central-Northern Thailand, but attributing it an East Asian Origin. Its detachment from Indochina was the result of the Early Permian opening of the Nan basin. The Nan basin closed during the Middle Triassic, before the deposition of Carnian-Norian molasse. The modalities of the closure of the basin imply a first phase of Middle Permian obduction, followed by final eastwards subduction. The Chiang Mai Volcanic Belt consists of scattered basaltic rocks erupted at least during the Viséan in an extensional continental intraplate setting, on the Shan-Thai part of the Indochina block. The Viséan age was established by the dating of limestone stratigraphically overlying the basalts. In several localities of the East Asian Continent, coeval extensional features occur, possibly implying one or more Early Carboniferous extensional events at a regional scale. These events occurred either due to the presence of a mantle plume or to the roll-back of the Palaeopacific Ocean, subducting beneath Indochina and South China, or both. The Palaeopacific Ocean is responsible, during the Early Permian, for the opening of the Song Ma and Poko back-arcs (Vietnam) with the consequent detachment of the Orang Laut Terranes (Eastern Vietnam, West Sumatra, Kalimantan, Palawan, Taiwan). The Late Triassic/Early Jurassic closure of the Eastern Palaeotethys is considered as having taken place by subduction beneath its southern margin (Gondwana), due to the absence of Late Palaeozoic arc magmatism on its northern (Indochinese) margin and the presence of volcanism on the Cimmerian blocks (Mergui, Lhasa). Résumé Le but de cette étude est d'éclaircir l'évolution géodynamique de la Thaïlande et, à partir de cela, d'étendre l'interprétation au reste de l'Asie du Sud-Est. La méthodologie utilisée est basée dans un premier temps sur du travail de terrain en Thaïlande du nord et dans l'extrême sud du Myanmar, en se basant sur une approche pluridisciplinaire. Dans un deuxième temps, la compilation et la réinterprétation de données préexistantes sur l'Asie du Sud-est la été faite, dans une optique basée sur la tectonique des plaques. Les principaux résultats de ce travail concernent la suture de Nan-Uttaradit, la « Chiang Mai Volcanic Belt» et la proposition d'une nouvelle localité pour la suture de la Paléotethys. Ceci a conduit à l'établissement d'un nouveau modèle pour l'évolution géodynamique de l'Asie du Sud-est, impliquant l'existence de nouveaux terranes (Orang Laut et Shan-Thai redéfini) et le rôle joué par le Paléopacifique dans le développement tectonique de la région. Le modèle présenté ici considère que la suture de la Paléotethys est située le long de la faille Tertiaire de Mae Yuam, qui représente la séparation entre le terrain Cimmérien de Sibumasu et le bloc de Shan-Thai, d'origine Indochinoise. Le terme Shan-Thai, anciennement utilise pour définir le bloc Cimmérien (quand la suture de la Paléotethys était considérée être représentée par la suture de Nan-Uttaradit), a été redéfini ici en maintenant sa localisation géographique dans les états Shan du Myanmar et la Thaïlande nord-centrale, mais en lui attribuant une origine Est Asiatique. Son détachement de l'Indochine est le résultat de l'ouverture du basin de Nan au Permien Inférieur. Le basin de Nan s'est fermé pendant le Trias Moyen, avant le dépôt de molasse Carnienne-Norienne. Les modalités de fermeture du basin invoquent une première phase d'obduction au Permien Moyen, suivie par une subduction finale vers l'est. La "Chiang Mai Volcanic Belt" consiste en des basaltes éparpillés qui ont mis en place au moins pendant le Viséen dans un contexte extensif intraplaque continental sur la partie de l'Indochine correspondant au bloc de Shan-Thai. L'âge Viséen a été établi sur la base de la datation de calcaires qui surmontent stratigraphiquement les basaltes. Dans plusieurs localités du continent Est Asiatique, des preuves d'extension plus ou moins contemporaines ont été retrouvées, ce qui implique l'existence d'une ou plusieurs phases d'extension au Carbonifère Inférieur a une échelle régionale. Ces événements sont attribués soit à la présence d'un plume mantellique, ou au rollback du Paléopacifique, qui subductait sous l'Indochine et la Chine Sud, soit les deux. Pendant le Permien inférieur, le Paléopacifique est responsable pour l'ouverture des basins d'arrière arc de Song Ma et Poko (Vietnam), induisant le détachement des Orang Laut Terranes (Est Vietnam, Ouest Sumatra, Kalimantan, Palawan, Taiwan). La fermeture de la Paléotethys Orientale au Trias Supérieur/Jurassique Inférieur est considérée avoir eu lieu par subduction sous sa marge méridionale (Gondwana), à cause de l'absence de magmatisme d'arc sur sa marge nord (Indochinoise) et de la présence de volcanisme sur les blocs Cimmériens de Lhassa et Sibumasu (Mergui). Résumé large public L'histoire géologique de l'Asie du Sud-est depuis environ 430 millions d'années a été déterminée par les collisions successives de plusieurs continents les uns avec les autres. Il y a environ 430 millions d'années, au Silurien, un grand continent appelé Gondwana, a commencé à se «déchirer» sous l'effet des contraintes tectoniques qui le tiraient. Cette extension a provoqué la rupture du continent et l'ouverture d'un grand océan, appelé Paléotethys, éloignant les deux parties désormais séparées. C'est ainsi que le continent Est Asiatique, composé d'une partie de la Chine actuelle, de la Thaïlande, du Myanmar, de Sumatra, du Vietnam et de Bornéo a été entraîné avec le bord (marge) nord de la Paléotethys, qui s'ouvrait petit à petit. Durant le Carbonifère Supérieur, il y a environ 300 millions d'années, le sud du Gondwana subissait une glaciation, comme en témoigne le dépôt de sédiments glaciaires dans les couches de cet âge. Au même moment le continent Est Asiatique se trouvait à des latitudes tropicales ou équatoriales, ce qui permettait le dépôt de calcaires contenant différents fossiles de foraminifères d'eau chaude et de coraux. Durant le Permien Inférieur, il y a environ 295 millions d'années, la Paléotethys Orientale, qui était un relativement vieil océan avec une croûte froide et lourde, se refermait. La croûte océanique a commencé à s'enfoncer, au sud, sous le Gondwana. C'est ce que l'on appelle la subduction. Ainsi, le Gondwana s'est retrouvé en position de plaque supérieure, par rapport à la Paléotethys qui, elle, était en plaque inférieure. La plaque inférieure en subductant a commencé à reculer. Comme elle ne pouvait pas se désolidariser de la plaque supérieure, en reculant elle l'a tirée. C'est le phénomène du «roll-back ». Cette traction a eu pour effet de déchirer une nouvelle fois le Gondwana, ce qui a résulté en la création d'un nouvel Océan, la Neotethys. Cet Océan en s'ouvrant a déplacé une longue bande continentale que l'on appelle les blocs Cimmériens. La Paléotethys était donc en train de se fermer, la Neotethys de s'ouvrir, et entre deux les blocs Cimmériens se rapprochaient du Continent Est Asiatique. Pendant ce temps, le continent Est Asiatique était aussi soumis à des tensions tectoniques. L'Océan Paléopacifique, à l'est de celui-ci, était aussi en train de subducter. Cette subduction, par roll-back, a déchiré le continent en détachant une ligne de microcontinents appelés ici « Orang Laut Terranes », séparés du continent par deux océans d'arrière arc : Song Ma et Poko. Ceux-ci sont composés de Taiwan, Palawan, Bornéo ouest, Vietnam oriental, et la partie occidentale de Sumatra. Un autre Océan s'est ouvert pratiquement au même moment dans le continent Est Asiatique : l'Océan de Nan qui, en s'ouvrant, a détaché un microcontinent appelé Shan-Thai. La fermeture de l'Océan de Nan, il y a environ 230 millions d'années a resolidarisé Shan-Thai et le continent Est Asiatique et la trace de cet événement est aujourd'hui enregistrée dans la suture (la cicatrice de l'Océan) de Nan-Uttaradit. La cause de l'ouverture de l'Océan de Nan peut soit être due à la subduction du Paléopacifique, soit aux fait que la subduction de la Paléotethys tirait le continent Est Asiatique par le phénomène du « slab-pull », soit aux deux. La subduction du Paléopacifique avait déjà crée de l'extension dans le continent Est Asiatique durant le Carbonifère Inférieur (il y a environ 340-350 millions d'années) en créant des bassins et du volcanisme, aujourd'hui enregistré en différents endroits du continent, dont la ceinture volcanique de Chiang Mai, étudiée ici. A la fin du Trias, la Paléotethys se refermait complètement, et le bloc Cimmérien de Sibumasu entrait en collision avec le continent Est Asiatique. Comme c'est souvent le cas avec les grands océans, il n'y a pas de suture proprement dite, avec des fragments de croûte océanique, pour témoigner de cet évènement. Celui-ci est visible grâce à la différence entre les sédiments du Carbonifère Supérieur et du Permieñ Inférieur de chaque domaine : dans le domaine Cimmérien ils sont de type glaciaire alors que dans le continent Est Asiatique ils témoignent d'un climat tropical. Les océans de Song Ma et Poko se sont aussi refermés au Trias, mais eux ont laissé des sutures visibles

Depleted arc volcanism in the Alboran Sea and shoshonitic volcanism in Morocco: geochemical and isotopic constraints on Neogene tectonic processes

Samples of volcanic rocks from Alboran Island, the Alboran Sea floor and from the Gourougou volcanic centre in northern Morocco have been analyzed for major and trace elements and Sr-Nd isotopes to test current theories on the tectonic geodynamic evolution of the Alboran Sea. The Alboran Island samples are low-K tholeiitic basaltic andesites whose depleted contents of HFS elements (similar to0.5xN-MORB), especially Nb (similar to0.2xN-MORB), show marked geochemical parallels with volcanics from immature intra-oceanic arcs and back-arc basins. Several of the submarine samples have similar compositions, one showing low-Ca boninite affinity. Nd-143/Nd-144 ratios fall in the same range as many island-arc and back-arc basin samples, whereas Sr-87/Sr-86 ratios (on leached samples) are somewhat more radiogenic. Our data point to active subduction taking place beneath the Alboran region in Miocene times, and imply the presence of an associated back-arc spreading centre. Our sea floor suite includes a few more evolved dacite and rhyolite samples with (Sr-87/Sr-86)(0) up to 0.717 that probably represent varying degrees of crustal melting. The shoshonite and high-K basaltic andesite lavas from Gourougou have comparable normalized incompatible-element enrichment diagrams and Ce/Y ratios to shoshonitic volcanics from oceanic island arcs, though they have less pronounced Nb deficits. They are much less LIL- and LREE-enriched than continental arc analogues and post-collisional shoshonites from Tibet. The magmas probably originated by melting in subcontinental lithospheric mantle that had experienced negligible subduction input. Sr-Nd isotope compositions point to significant crustal contamination which appears to account for the small Nb anomalies. The unmistakable supra-subduction zone (SSZ) signature shown by our Alboran basalts and basaltic andesite samples refutes geodynamic models that attribute all Neogene volcanism in the Alboran domain to decompression melting of upwelling asthenosphere arising from convective thinning of over-thickened lithosphere. Our data support recent models in which subsidence is caused by westward rollback of an eastward-dipping subduction zone beneath the westemmost Mediterranean. Moreover, severance of the lithosphere at the edges of the rolling-back slab provides opportunities for locally melting lithospheric mantle, providing a possible explanation for the shoshonitic volcanism seen in northern Morocco and more sporadically in SE Spain. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Oceanic intraplate volcanoes exposed: Example from seamounts accreted in Panama

Two Paleogene ocean islands are exposed in the Azuero Peninsula, west Panama, within sequences accreted in the early-Middle Eocene. A multidisciplinary approach involving litho-logic mapping, paleontological age determinations, and petrological study allows reconstruction of the stratigraphy and magmatic evolution of one of these intraplate oceanic volcanoes. From base to top, the volcano's structure comprises submarine basaltic lava flows locally interlayered with hemipelagic sediments, basaltic breccias, shallow-water limestones, and subaerial basaltic lava. Gabbros and basaltic dikes were emplaced along a rift zone of the island. Geochemical trends of basaltic lavas include decreased Mg# {[Mg/(Mg + Fe)] * 100} and, with time, increased incompatible element contents thought to be representative of many poorly documented intraplate volcanoes in the Pacific. Our results show that, in addition to deep drilling, the roots of oceanic islands can be explored through studies of accreted and subaerially exhumed oceanic sequences.

The tectonically controlled emplacement of a vertically sheeted gabbro-pyroxenite intrusion: Feeder-zone of an ocean-island volcano (Fuerteventura, Canary Islands)

The Miocene PX1 gabbro-pyroxenite pluton, Fuerteventura, Canary Islands, is a 3.5 x 5.5 km shallow-level intrusion (0.15-0.2 GPa and 1100-1120 degrees C), interpreted as the feeder-zone to an ocean-island volcano. It displays a vertical magmatic banding expressed in five 50 to 100 metre-wide NNE-SSW trending alkaline gabbro sequences alternating with pyroxenites. This emplacement geometry was controlled by brittle to ductile shear zones, generated by a regional E-W extensional tectonic setting that affected Fuerteventura during the Miocene. At a smaller scale, the PX1 gabbro and pyroxenite bands consist of metre-thick differentiation units, which suggest emplacement by periodic injection of magma pulses as vertical dykes that amalgamated, similarly to a sub-volcanic sheeted dyke complex. Individual dykes underwent internal differentiation following a solidification front parallel to the dyke edges. This solidification front may have been favoured by a significant lateral/horizontal thermal gradient, expressed by the vertical banding in the gabbros, the fractionation asymmetry within individual dykes and the migmatisation of the wall rocks. Pyroxenitic layers result from the fractionation and accumulation of clinopyroxene +/- olivine +/- plagioclase crystals from a mildly alkaline basaltic liquid. They are interpreted as truncated differentiation sequences, from which residual melts were extracted at various stages of their chemical evolution by subsequent dyke intrusions, either next to or within the crystallising unit. Compaction and squeezing of the crystal mush is ascribed to the incoming and inflating magma pulses. The expelled interstitial liquid was likely collected and erupted along with the magma flowing through the newly injected dykes. Clinopyroxene mineral orientation - as evidenced by EBSD and micro X-ray tomography investigations - displays a marked pure-shear component, supporting the interpretation of the role of compaction in the generation of the pyroxenites. Conversely, gabbro sequences underwent minor melt extraction and are believed to represent crystallised coalesced magma batches emplaced at lower rates at the end of eruptive cycles. Clinopyroxene orientations in gabbros record a simple shear component suggesting syn-magmatic deformation parallel to observed NNE-SSW trending shear zones induced by the regional tensional stress field. This emplacement model implies a crystallisation time of 1 to 5 years for individual dykes, consistent with PX1 emplacement over less than 0.5 My. A minimum amount of approximately 150 km(3) of magma is needed to generate the pluton, part of it having been erupted through the Central Volcanic Centre of Fuerteventura. If the regional extensional tectonic regime controls the PX1 feeder-zone initiation and overall geometry, rates and volumes of magma depend on other, source-related factors. High injection rates are likely to induce intrusion growth rates larger than could be accommodated by the regional extension. In this case, dyke intrusion by propagation of a weak tip, combined with the inability of magma to circulate through previously emplaced and crystallised dykes could result in an increase of non-lithostatic pressure on previously emplaced mushy dyke walls; thus generating strong pure-shear compaction within the pluton feeder-zone and interstitial melt expulsion. These compaction-dominated processes are recorded by the cumulitic pyroxenite bands. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Podoconiosis in the Ethiopian Rift Valley - Role of beryllium and zirconium

A geogenic origin has been proposed in the aetiology of non-filarial elephantiasis of the feet and legs, recently renamed podoconiosis. Soil collected in an area of the Ethiopian Rift Valley, the borough of Ocholo, known for its high prevalence of podoconiosis (5.06%), has been submitted to mineral analysis. High values of sulphur (S), cerium (Ce), lanthanum (La) and neodymium (Nd), typical for basaltic bedrocks, were found. Of special interest were the values for zirconium (Zr) and beryllium (Be), 618 +/- 87 ppm and 4.6 +/- 0.5 ppm respectively, twice as high as those recorded for soils sampled in neighbouring areas where the prevalence of podoconiosis is low. To be noted also, a high content in vanadium, above 250 ppm, in half of the soil samples collected in this region. Year-long exposure of unprotected feet to Zr and Be, known for their ability to induce granuloma formation in the lymphoid tissue of man, and present in a clay rich in colloidal silica particle, highly abrasive to skin, is doubtlessly a factor involved in the development of lymph node sclerosis leading to elephantiasis.

The newly defined "Greenstone Unit'' of the Aiguilles Rouges massif (western Alps): remnant of an Early Palaeozoic oceanic island-arc ?

In the southwestern part of the Aiguilles Rouges massif (pre-Alpine basement of the Helvetic realm, western Alps), a metavolcanic sequence, newly defined as the ``Greenstone Unit'',is exposed in two NS trending belts of several 100 metres in thickness. It consists of epidote amphibolites, partly epidote and/or calcic amphibole-bearing greenschists, and small amounts of alkali feldspar-bearing greenschists, which underwent low- to medium-grade metamorphism during Visean oblique collision. Metamorphic calcic amphiboles and epidotes show strong chemical zoning, whereas metamorphic plagioclase is exclusively albitic in composition (An 1-3). The SiO2 content of the subalkaline tholeiitic to calc-alkaline suite ranges continuously from 44 wt% to 73 wt%,but andesitic rocks predominate. The majority of samples have chemical compositions close to recent subduction-related lavas; some are even restricted to recent oceanic arcs (extremely low Ta and Nb contents, high La/Nb and Th/Ta ratios). But several basaltic to basalto-andesitic samples resemble continental tholeiites (low Th/Ta, La/Nb ratio). As it is very probable that both lava types are to some extent contemporaneous, it is proposed that the Greenstone Unit represents a former oceanic volcanic are which temporarily underwent extension during which emplacement of continental tholeiite-like rocks occurred. The cause of the extension remains ambiguous. Considering palaeotectonic significance and age of other metavolcanic units in the Aiguilles Rouges massif, the Greenstone Unit most likely formed in the Early Palaeozoic.