Analisi microstrutturale e datazione della zona di taglio High Himalayan Discontinuity in Sikkim (India NE): conseguenze sull’evoluzione tettonica della Greater Himalayan Sequence

The aim of the survey is the structural analysis of the shear zone called “Chungthang-Thambi thrust” (Chakraborty et al., 2019), and the dating of its activity within the metamorphic core of the Himalayan belt, in the Sikkim region (North-Eastern India). As documented by many other works, the metamorphic core of the Himalayan belt, represented by the Greater Himalayan Sequence (GHS), is delimited at the top and at the bottom by two main tectono-metamorphic discontinuities: respectively, the South Tibetan Detachment System (STDS) and the Main Central Thrust (MCT). However, recently, it has been shown that GHS is not an internally coherent tectonic unit, but it has a series of shear zones (or tectono-metamorphic discontinuities), which have played an important role in its tectonic evolution. During this thesis work, the study of the shear zone under consideration was deal with a multidisciplinary approach. The microstructural analysis, conducted on oriented rock samples, was accompanied by an in situ geochronological analysis, as well as it was proposed by Montomoli et al. (2015) and Carosi et al. (2018) for the study of similar shear zones outcropping in Central-Western Nepal. To achieve this purpose, some thin sections, taken from rock samples collected during a geological campaign carried out in 2005 in Sikkim, were analysed. The samples were selected parallel to the mineralogical lineation and perpendicular to the foliation, in order to approximate the XZ-section of the finite-strain ellipsoid. The microstructural analysis was carried out on 12 sections, from which the 3 most representative of the shear zone were subsequently selected. With the initial use of the optical microscope and, subsequently, of the scanning electron microscope (SEM-EDS, at the Department of Earth Sciences of the University of Turin), a petrographic and microstructural description of the sections was carried out, and some of the most suitable (in size and conditions) monazite crystals for subsequent studies were identified. Monazite, in fact, represents a common accessory phase rich in rare earths (REE) and, thanks to its compositional zoning, it is a useful tool for petrochronological analysis. About 70 grains of monazite (with dimensions from a few tens of μm to ~400 μm) were then analysed with the use of the electronic microprobe (EMPA, at the Department of Earth Sciences of the University of Milan), which allowed to obtain chemical and compositional mapping, defined by the variable concentration of elements, such as Y and Th. Based on the latter, the laser-ablation technique (LA-ICP-MS, at the CNR-Istituto di Geoscienze e Georisorse U.O. Pavia) was used and, thanks to this, an in situ U-Th-Pb analysis of 25 monazites (among the 70 previously selected) was carried out. There was a good match between age and zoning in HREE in monazites. The resulting dating (between ~31 to 15 Ma, in reference to the higher concentrations of Y) also appear in accordance with the ages (between ~28 to 18 Ma) found by Montomoli et al. (2015), regarding the activity of High Himalayan Discontinuity (HHD) in the rest of the Himalayan area. For this reason, the Chungthang-Thambi thrust in Sikkim may be correlated with the rest of the HHD in the Himalayan belt.

La presente tesi di laurea ha come obiettivo l’analisi strutturale della zona di taglio denominata “Chungthang-Thambi thrust” (Chakraborty et al., 2019), nonché la datazione della sua attività all’interno del nucleo metamorfico dell’Himalaya, nella regione del Sikkim (India nord-orientale). Come documentato da molti lavori, il nucleo metamorfico della catena himalayana, rappresentato dalla Greater Himalayan Sequence (GHS), risulta delimitato a tetto e a letto da due discontinuità tettono-metamorfiche principali: rispettivamente, il South Tibetan Detachment System (STDS) e il Main Central Thrust (MCT). Tuttavia, recentemente, è stato dimostrato che la GHS non è un’unità tettonica internamente coerente, ma presenta una serie di zone di taglio (o discontinuità tettono-metamorfiche), che hanno assunto un importante ruolo nella sua evoluzione tettonica. Durante questo lavoro di tesi, lo studio della shear zone in esame è stato affrontato con un approccio di tipo multidisciplinare. All’analisi microstrutturale condotta su campioni orientati è stata affiancata un’analisi geocronologica in situ, seguendo quanto proposto da Montomoli et al. (2015) e Carosi et al. (2018) per lo studio di zone di taglio analoghe affioranti in Nepal centro-occidentale. Per far ciò, sono state analizzate alcune sezioni sottili prelevate da campioni raccolti durante una campagna geologica svolta nel 2005 in Sikkim. I campioni sono stati selezionati parallelamente alla lineazione mineralogica e perpendicolarmente rispetto alla foliazione, in modo da approssimare la sezione XZ dell’ellissoide della deformazione finita. L’analisi microstrutturale è stata condotta su 12 sezioni, da cui sono state successivamente selezionate le 3 più rappresentative della zona di taglio. Con l’utilizzo iniziale del microscopio ottico e, successivo, del microscopio elettronico a scansione (SEM-EDS, Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università degli Studi di Torino), è stata svolta una descrizione petrografica e microstrutturale delle sezioni, nonché sono stati individuati i cristalli di monazite più adatti (per dimensioni e condizioni) per gli studi successivi. La monazite, infatti, rappresenta una comune fase accessoria ricca in terre rare (REE) e, grazie alle sua zonature composizionali, un efficace strumento in ambito petrocronologico. Sono stati quindi analizzati circa 70 grani di monazite (con dimensioni variabili da poche decine di μm a ~400 μm) con l’utilizzo della microsonda elettronica (EMPA, Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Milano), che ha permesso di ricavare mappe chimiche e composizionali, definite dalla variabile concentrazione di elementi, quali Y e Th. In base a queste ultime, si è operato con la metodologia del laser-ablation (LA-ICP-MS, Istituto del CNR di Geoscienze e Georisorse dell’Università di Pavia), grazie alla quale è stata eseguita un’analisi U-Th-Pb in situ di 25 monaziti (tra le 70 precedentemente selezionate). Si è riscontrata una buona corrispondenza tra età e zonature in HREE nelle monaziti. Le datazioni risultanti (tra ~31 a 15 Ma, in riferimento alle concentrazioni maggiori di Y) appaiono, inoltre, in accordo con le età riscontrate da Montomoli et al. (2015) per quanto concerne l’attività dell’High Himalayan Discontinuity (HHD) nel resto dell’area himalayana (tra ~28 a 18 Ma). Per questo motivo, il Chungthang-Thambi thrust in Sikkim può essere correlato con il resto dell’HHD in Himalaya