Strukturgeologie

Strukturgeologie

Lehrbcher

1. R.J. Twiss & E.M. Moores. Structural Geology. W.H. Freeman, 2nd edition 2007 (1st 1992).

2. B.A. van der Pluijm & S. Marshak. Earth Structure. WCB/McGraw-Hill, 1997.

3. G. H. Eisbacher. Einfhrung in die Tektonik. Enke, 1996.

4. J. Suppe. Principles of structural geology. Prentice-Hall, 1985.

5. D.D. Pollard & R.C. Fletcher, Fundamentals of Structural Geology. Cambridge University Press, 20056. Publications: Journal of Structural Geology, Tectonics, Tectonophysicsbersicht und EinfhrungDynamische Erde:Bewegungen ( Bewegungen starrer Krper (rigid body motion [motion = Deformationsgeschichte]) [Starrkrperrotation, Starrkrpertranslation ( keine Vernderung der Gestalt, nur Ortswechsel, Fig. 1.5 van der Pluijm]; Deformation ( permanente nderung ( nderung in Gestalt, Gre.

Beschreibung der Dynamik der Erde und Planeten: Strukturgeologie, Tektonik (struere - bauen, tektos - der Bauer). Was ist Tektonik heute? (Schaubild - Tektonik und ihre Subsparten). Unterschied zwischen Tektonik und Strukturgeologie: Strukturgeologie = Subsparte. Unterschied in der Grenordung; Interaktion der Subsparten

Anstze von SG und T

(1) Meistens ein Ansatz der Kontinuumsmechanik (Untersucht die Mechanik eines Kontinuums = deformierbares Material, dessen Eigenschaften sich konstant in alle Richtungen verhalten [im Bereich des Mastabs, den man betrachtet]). Beispiele eines Kontinuums: Korngrenzen in einem Handstck, Tibet im Bereich der Tektonik (Fig. Dislokationen Kalzitkrner in Dnnschliff - Tibet). Sinn der Vereinfachung: mathematisch einfache Beschreibung. Z.B. Experimentelle Gesteinsdeformation: Fliegesetze [= A(nexp(-E/RT); ( = K(1/nexp(E/nRT)] (Fliegesetzkurven).

(2) Hierarchisches Arbeiten: Grostrukturen werden aus Kleinstrukturbeobachtungen zusammengesetzt. Rolle der Interpretation! Grenordnungsproblem (Fig. Konstruktion von Verkrzungstrajektorien in den Nrdlichen Kalkalpen Trajektorien und Datenbasis).

Vorgangsweise: (a) Datenerfassung ( generell die Aufzeichnung der Geometrie von Strukturen (rumliche Lage, relative Zeitbeziehung (z.B. berfaltete Falten), Gruppieren der Strukturen in zusammengehrige Gruppen, etc.) ( Endergebnis fr Prospektionsfragen!

Erfassung von PTtD-Bedingungen (PTtD-Pfade) ( wissenschaftlicher Ansatz(b) Prozessuntersuchungen (oft akademische Frage): Kinematik = Erklrung fr die Geometrie = Lehre von den Bewegungen ohne Betrachtung der angreifenden Krfte. Mechanik und Dynamik: Einbeziehung der Krfte, die die Strukturen formen (inkludierend: wie wurden die Krfte angelegt, wie haben die Gesteine [Materialien] auf die Krfte reagiert?).

(3) Interpretatives Verstndnis durch Modelle (conceptual models):

Geometrische Modelle: 3-D Interpretationen der Architektur (Verteilung und Orientierung der Strukturen) in der Erde. Basieren auf alles was SG & T zu bieten haben. Prsentation: Karten, Schnitte, Blockdiagramme, Computervisualisation (GOCAD). Kinematische Modelle: beschreiben die Geschichte der Bewegungen vom undeformierten zum deformierten Zustand. Egal: wie und warum! Beispiel: Plattentektonik! Test: Vergleich der Modelle mit spezifischen Entwicklungszustnden in der Natur. Ist-Zustand ist meist Schlssel zur Vergangenheit.Mechanische Modelle: Basieren auf den Gesetzen der Kontinuumsmechanik, d.h. z.B. Konservierung der Masse, Energie, Moment und unserem (Stand der Forschung) Verstndnis wie Gesteine deformieren (auf die angreifenden Krfte reagieren). Mit Hilfe der mechanischen Modelle knnen wir kalkulieren: theoretische Deformation der Gesteine unter bestimmten Bedingungen (P-T-t-(). Beispiel: Konvektionstheorie der Plattentektonik.

(4) Feedback zwischen Feldstudien und Laborstudien; z.B. Alpen (Alpenmodell und Alpeninterpretation)

Fokus der SG, T

SG und T betrachten meistens die Kruste, seltener die Lithosphre. Die moderne tektonische Forschung konzentriert sich auf das Verstndnis der wechselseitigen Abhngigkeit von verschiedenen Komponenten des Systems Erde. Z.B.: Die Rolle, die das Klima auf die Entwicklung von Gebirgen hat; die Natur der Kruste - Mantel Interaktionen; die Entwicklung dieser Interaktionen in der Zeit.

Typen der DeformationsstrukturenAbhngig vom Typ der Plattengrenze. Divergente Strukturklasse ( Dehnungs = Extensionsstrukturen: Abschiebungen. Konvergierende Strukturen: Subduktionsstrukturen + Kollisionsstrukturen: berschiebungsgrtel. Transformstrukturen: Blatt = Seitenverschiebungen. Problem der sekundren Strukturenberprgung (Z.B. Rotation einer Abschiebung in eine berschiebung) ( regionale Strukturanalyse.

Homework: Review globale Tektonik

Aufbau Erde: Kern: Eisen-Nickel Legierung (innere Kern ( fest, uerer Kern ( flssig), Mantel: feste Mg-Fe Silikate, Kruste: Na-K-Ca-Al-Silikate. Mastab der Lagen!

Mantelminerale

Perovskitischer unterer Mantel: MgSiO3 (siehe unten) transformiert bei hohen Drucken in eine Perovskitstruktur.

Transformationsreihe:

MgSiO3 Majorit: Pyroxen (z.B. Enstatit, MgSiO3) geht durch die Substitution VI[MgSi](Al2 in die Granatstruktur ber. Das Mineral VIIIMg3VI[MgSi]IVSi3O12 (= Granatstruktur) ist der Majorit, die Dichte ist hnlich wie Granat.

MgSiO3 Ilmenit: Die Strukturformel von Ilmenit, die hexagonale Hochdruckform von Enstatit, ist VIMgVISiO3, sie ist damit isostrukturell zum wirklichen Ilmenit (FeTiO3) und dem Korund (Al2O3). Durch die hnlichkeit in den Ionenradien, ist eine betrchtliche Substitution von VIAl2 fr VI(MgSi) wahrscheinlich. Ilmenit knnte eine stabile Phase in der bergangszone zum unteren Mantel und im oberen unteren Mantel sein.

MgSiO3 Perovskit: Die Strukturformel der Hochdruckmodifikation von Enstatit ist VII-XIIMgVISiO3. hnliche Strukturen sind fr CaSiO3 und Granat (VIIIM2+3+VIAl3+2+IVSi3O12) bei hohen Drucken wahrscheinlich. Auch Olivin (Mg2SiO4) kann bei hohen Drucken zu einer Perovskit-haltigen Mischung transformieren: MgSiO3-Perovskit + MgO. Die Struktur ist orthorhombisch und ist eine Verformung des ideal kubischen Perovskit. MgSiO3 Perovskit scheint das stabile Mineral des unteren Mantels zu sein.

Temperaturzunahme als wesentlicher Faktor fr die Deformation: geothermischer Gradient ( 30(C/km in Lithosphre (Kruste + oberer Mantel) und betrchtlich kleinerer Gradient tiefer in der Erde; Quellen der T: Restwrme von der Bildung der Erde, 4.55 Ba; Wrme aus radioaktivem Zerfall, Wrmeenergie z.B. aus den Gezeitenbewegungen durch die Interaktion der Erde, des Mondes und der Sonne, Kristallisationsvorgngen im ueren Kern, etc.; T(Transfer: Konvektion in Mantelstrmen. Konduktion durch die Lithosphre (= starrer, oberer Mantel + Kruste, ~100 km dick) oder auch durch Magmentransport.

Plattentektonik beschreibt die Kinematik der Lithosphre (Geometrie der Bewegungen ( nicht Dynamik). 7 Groplatten mit rigiden Bewegungen (rigide Translationen). Generell: schmale Plattengrenzen stehen groen undeformierten Platten gegenber. Verschiedene Plattengrenzen: divergierend, konvergierende, transformierende Platten. Divergierende: Spreadingcenters entlang mittelozeanischen Rcken, lteste ozeanische Kruste 180 Ma, Kollisionsgrtel und Subduktionszonen.

Kruste: kontinentale (~ granitische) versus ozeanische (~ basaltische) Kruste. Verteilung Land und Meer: 30:70. Kontinentale Kruste: 35% der Gesamtoberflche der Erde = groe Schelfareale (Nordsee, Hudson Bay). Topographie der Erde = bimodal (Fig. 1.3 Twiss 1992 - hypsometrische Diagramme, hypsos = Erhebung, Hhe, metron = messen). Continental freeboard: Unterschiede in den durchschnittlichen Hhen zwischen Kontinenten und Ozeanbden, Ursache: Dicke und Dichtedifferenz.

Homework

Techniken der Strukturgeologie, Orientierungsanalyse, geophysikalische TechnikenWas gibts: Geologische Karten, geologische Schnitte (Profile), Histogramme und sphrische Projektionen von Orientierungsdaten, seismische Reflektions- und Refraktionsprofile und Gravitationskarten. Was brauchts: 3-D Denken der strukturgeologischen Arbeitsweise

OrientierungsanalysePlanare und lineare Strukturmerkmale; planare: Schichtung, Brche, Strungen, Dikes, Unkonformitten, Schieferung, etc.; lineare: Striemungen und Kratzer auf Strungsflchen, Vorzugsorientierung der Lngsachsen von stengeligen Mineralien (hbl, stau, etc.), Intersektionslineare von Flchen. Tangenten zu gebogenen Flchen: Falten, Boudins.

Flchige (planare) Elemente: Streichen: der horizontale Winkel, relativ zu geographisch N, einer horizontalen Linie in einer planaren Struktur (Figur 2.1 Twiss 1992). Horizontale Linie = Streichlinie, Schnittlinie zwischen einer horizontalen Flche und der planaren Struktur.

Fallen = Einfallen (dip): = Neigung einer Flche, definiert durch den Einfallswinkel und die Einfallsrichtung. Einfallswinkel: Winkel zwischen der horizontalen Flche und der planaren Struktur, gemessen in einer vertikalen Flche senkrecht zur Streichlinie. Zwei Winkel fr ein gegebenes Streichen: Eindeutigkeit wird eingefhrt, in dem man den Quadrant der Einfallsrichtung angibt (NE, SE, etc.) oder die Hauptkompassrichtungen (S, E, etc.). Einfallsrichtung ist ein lineares Element und gibt die Richtung des maximalen Einfallswinkels auf dem planaren Element an. Flchen lassen sich auch durch die Angabe eines linearen Elements definieren, dies involviert Einfallsrichtung und -winkel (wie eine lineares Element).

Lineare Elemente: Einfallsrichtung (Trend): Streichen der vertikalen Flche, in der das lineare Element liegt (Fig. 2.2 Twiss 1992). Einfalls = Abtauchwinkel: Winkel zwischen der horizontalen Flche und dem linearen Element. Die Einfallsrichtung kann wieder durch einen Quadranten spezifiziert werden.

Konventionen um Trend und Streichen aufzuzeichnen:Bearing: +/- 90( von N oder S (leider auch Synonym mit Azimuth); Azimuth: 0-360(, im Uhrzeigersinn; Beispiele: N45E, S45W, 045(, 225(, 3 Digits fr den Azimuth, um ihn vom Einfallswinkel zu unterscheiden (mit 2 Digits); fr Flchen N35W/55NE; 145/55NE; 325/55NE; 055/55 (Fig. 2.1B); fr Lineare 40/S50W; 230/40 (wir in FG wollen nie den ersten Fall sehen).

Geologische Karten: 2-D Reprsentationen einer Flche der Erde auf der verschiedene erdwissenschaftliche Daten dargestellt sind. Abgedeckte Karten und Aufschlusskarten. Kontakte auf der Karte: Grenzlinie zwischen zwei verschiedenen geologischen Einheiten schneiden die Oberflche; stratigraphische, tektonische, intrusive, . Karten; Interpretation des Einfallens (der Natur) der Kontakte (vertikal, horizontal, etc.).

Mastab (scale) - Bedeutung: bezieht sich auf die Entfernung in Karten geteilt durch die Entfernung auf der Erde: 1:100 000 - 1:1000 000 [0.000001] sind kleinmastblich, 1:1000 ist gromastblich [0.001]; in der T und SG wird der Mastab auf die Gre (Dimension) der Struktur angewandt: kleinmastblich = mm bis Aufschluss (verwirrend!) Alle Karten sind bereits eine Interpretation (z.B. Interpolation zwischen Aufschlssen) (Suppe Fig. 2.4 map symbols)Geologische Profile (Schnitte) Tiefenstruktur ist meist viel Interpretation. Meist senkrecht zum Streichen (Abbildung der wahren Winkel von einfallenden Strukturen). Vertikale berhhung (vertical exaggeration) bei wenig Relief bzw. flachen Strukturen verzerrt alles, besonders auch die Dicke von Einheiten, wenn sie biegen. Blockdiagramme (aus mehreren Profilen, die senkrecht aufeinander stehen) in perspektivischer Ansicht Fence diagrams: perspektivische Ansicht von sich schneidenden ProfilenGraphische Darstellung von Orientierungsdaten (eigenes Praktikum?)

Histogramme: plotten einen Teil der Orientierungsdaten, z.B. das Streichen, gegen die Hufigkeit der Orientierung, die in einem bestimmten Orientierungsintervall gefunden wurde. Die Hufigkeit kann als Prozentsatz aller Beobachtungen oder als die Anzahl der Beobachtungen in einem Intervall geplottet werden. Rosendiagramme: sind Histogramme, in den die Orientierungsachse in einen Kreis umgeformt ist, um einen tatschlichen Winkelplot zu erhalten (Fig. 2.12 Twiss 1992). Beispiel: Streichen von Seitenverschiebungen, Klften, Sedimenttransportrichtungen. Sehr gute Darstellungsweise, wenn nur eine Orientierungsinformation dargestellt werden soll.

Sphrische Projektion: (Figs. 2.13, 2.14 Twiss 1992). SG & T verwenden untere Halbkugel, Mineralogen und Kristallographen verwenden obere Halbkugel. Stereographische oder Gleichwinkel(equal-angle)-Projektion, Schmid, Lambert sind Gleichflchen (equal area) Projektion. Equal-area sind hufiger in SG, da statistische Konzentrationen von Datenpunkten wichtig sind.

Homework 3 Chapter 2.: Lese Chapter 2.5, Twiss and Morres, 1992, S. 20-22, File: Strukturgeologie Chapter 2.5.pdfHomework: Nach-oben Kriterien (stratigraphic-up oder younging criteria)

Warum sind diese wichtig? (Fig. 2.4 Twiss 1992). Sedimentre nach-oben Kriterien: Marker auf der Bankunterseite: Strmungsmarken (flute casts) geben unten-oben und Strmungsrichtung; Belastungsmarken (load casts) und Flammenstrukturen (flame structures), Gradierung und Umkehrung durch Metamorphose (feinkrnige Lagen haben grere Oberflche und sind deshalb chemisch mehr reaktiv), Kreuzschichtung: sind konkav nach oben und werden von jngeren, parallelen Schichten berlagert werden; nonconformities ( Kontakte zwischen plutonischen Komplexen im Liegenden und sedimentren Lagen im Hangenden; fossile Bodenhorizonte in metamorphen Gesteinen - Al-reiche Lagen (Grogranathorizonte).

Homework 2: Lese Strukturgeologie Chapter 2.4.pdf, Twiss and Morres, 1992Freiwillige Homework: Geophysikalische Techniken Seismische Studien: verwenden seismische Wellen von elastischen Deformationen, die sich von einer Quelle wegbewegen (z.B. Erdbeben, Atomtestexplosionen, lokale Sprengungen und Vibrationen); PkompressiveKrperwellen: Teilchenbewegung ist parallel zu Fortbewegungsrichtung; SScherKrperwellen: Teilchenbewegung normal zur Fortbewegungsrichtung. P-Wellen sind schneller und treten daher zuerst auf einem Seismogramm auf (P = primary waves; S = secondary).

Refraktionsstudien: (Box 2.1, Figs. 2.1.1, 2.1.2 Twiss, 1992). Die Zeit, die eine seismische Welle von der Quelle zu den Detektorstationen braucht, ist abhngig vom Weg der Welle, und dieser ist abhngig von der Struktur und der seismischen Geschwindigkeit des Materials (= dichteabhngig) entlang der Wellenausbreitung. Eine schrg auf eine Grenze treffende seismische Welle wird weg von der Normalen zur Grenze gebrochen, wenn die Wellengeschwindigkeit ber die Grenze zunimmt (wird flacher; und umgekehrter Fall, Fig, 2.1.1 Twiss, 1992).

Wellenausbreitungszeit-Messungen (Travel-time measurements) werden als Indikationen fr die Geschwindigkeitsverteilung in der Kruste/Mantel (bzw. Lagen in ihnen) interpretiert. Beispiel Fig. 2.1.2 Twiss, 1999, Wellenausbreitung von einer Quelle durch Kruste und Mantel zu einem Array von Empfngern. Verwendet werden Zeit-Entfernungsplots. Wellen durch den Mantel, wo die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit grer ist in der Kruste, erreichen die Empfnger frher als Wellen, die ausschlielich durch die Kruste gehen. Der Unterschied in der Ankunftszeit bei den verschiedenen Detektoren reflektiert die Geschwindigkeit der Wellen durch die tiefste Lage entlang des Wellenpfades. Die Neigungen der Linien im Zeit-Entfernungsplot sind invers zu den Geschwindigkeiten in den verschiedenen Lagen (die Mantelgeschwindigkeiten sind hher, daher kommen die Wellen knapp hintereinander bei den Seismometern an ( die Entfernungsachse (Abstand zwischen den Seismometern) bleibt gleich - wie bei den Krustenwellen; der geringe Zeitunterschied macht das Einfallen der Zeit-Entfernungslinie flach).

Die Geschwindigkeiten von P und S Wellen hngen von der Dichte und den elastischen Eigenschaften der Gesteine ab, die mit der Tiefe variieren. Es lsst sich also eine Dichtevariation in der Kruste herausarbeiten, insbesondere der Grenzen dieser Dichtevariationen (= Gesteinswechsel).

Nachteile der Technik: (a) Lagen mit niedrigen Wellenausbreitungsgeschwindigkeiten in Gesteinen mit hheren Ausbreitungsgeschwindigkeiten knnen nicht erkannt werden, da die Wellen in unterschiedliche, sich auslschende Winkel gebogen werden (Fig. 2.1.1 Twiss, 1992). (b) Tiefenstrukturen knnen nur in einer Tiefe erkannt werden, die kleiner ist als die horizontale Lnge Quelle Empfnger. (c) Es werden mittlere Eigenschaften einer Gesteinsschicht gemessen so keine lokale Variationen erkennbar. Nur subhorizontale Diskontinuitten werden aufgesprt.

Reflexionsstudien: Verwenden Reflexionen von P-Wellen an Grenzflchen in der Erde (blicherweise lithologische Lagen). Quelle (wenige) und Empfngern (viele). Einzelne Seismogramme werden Seite-an-Seite entlang der Entfernungsachse entlang den einzelnen Empfngern geplottet (Fig. 2.15 Twiss, 1992). Individuelle Peaks zeichnen die hin-und zurck (two-way) Geschwindigkeit des Signals von einem Oberflchenpunkt zum Reflexionshorizont auf. Die Peaks werden schwarz angefrbt, sodass starke Signale auf in den benachbarten Seismogrammen einen Reflektor abbilden (Fig. 2.15 Twiss, 1992).

Verstrkung des Signals zu Hintergrund Verhltnisses: stacking der seismischen Aufzeichnungen (common deep point stacking): Box 2.2 - Figur 2.2.1 Twiss, 1992; Quellen und Empfnger ber einem Reflexionspunkt P. Quellenpunkte und Empfnger werden ausgesucht, die den gleichen Abstand von einem Punkt p and der Oberflache ber den Reflexionspunkt P haben. Nun werden die Wellenausbreitungsgeschwindigkeiten fr die unterschiedlichen Lngen der Wellenpfade korrigiert und bereinandergelagert (stacking); die Signale verstrken sich dadurch und Hintergrundsignale (ziellos) lschen sich generell aus. In der Praxis stellt man die Quellen und Geophone entlang einer Linie mit festgelegten Abstnden (alle 200 m) auf.

Migration einer seismischen Aufzeichnung: Artifakte in einer seismischen Aufzeichnung werden durch einfallende und gebogene Reflektoren eingefhrt. Fig. 2.3.1 Twiss, 1992 gibt das Prinzip in einem Beispiel, in dem Quelle und Empfnger am Punkt p sind. Eine Reflexion, die vertikal in P plottet, kann von irgendeinem Reflektor kommen, der Tangente zu irgendeinem Punkt entlang des Kreisbogens mit dem Radius p-P (der konstanten Wellenausbreitungsgeschwindigkeit) um p ist. Auf zwei benachbarten Seismogrammen plottet eine Reflexion in P1 und P2, sodass ein scheinbares Einfallen des Reflektors entlang der gestrichelten Linie entsteht. Der wahre Reflektor muss jedoch die gemeinsame Tangente zu den zwei Bgen konstanter Wellenausbreitungsgeschwindigkeit (p1-P1, p2-P2) sein. Die Reflexionen mssen deshalb von P1 und P2 kommen. Unmigrierte Profile zeigen daher falsches Einfallen und falsche Lage der Reflektoren. Sind die Quelle und der Empfnger nicht auf derselben Stelle, ist der Bogen der konstanten Wellenausbreitungsgeschwindigkeit eine Ellipse und wird noch zustzlich verformt, wenn die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit nicht konstant in alle Richtungen ist. Das Prinzip ist immer dasselbe, der Rechenaufwand steigt aber.

In der Praxis wird die Migration so durchgefhrt, dass jedes individuelle Event auf einem Reflexionsseismogramm genommen wird, es entlang seinem konstanten Wellenausbreitungsgeschwindigkeitsbogens migriert wird und es auf jedem anderen Seismogramm an der Stelle abgetragen (= addiert) wird, welches den Bogen schneidet. Das resultierende Seismogramm besteht aus dem Originalseismogramm, gendert durch die Addition aller Events, die auf dieses Seismogramm migrieren.

Tatschliche geologische Profile knnen nur erstellt werden, wenn die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit in Tiefe umgewandelt wird. Dies erfordert das Wissen ber die Wellengeschwindigkeit in verschiedenen Tiefen.Gravitationsanomalien: Differenz zwischen einem gemessenen Wert der Gravitationsbeschleunigung (meist mit Korrektur fr Einflsse) und einen Referenzwert fr eine bestimmte Lokation. Der Referenzwert wir durch eine Formel bestimmt, welche das Gravitationsfeld einer elliptischen, symmetrischen Erde gibt. Die Anomalien entstehen durch Verschiedenheiten in der Dichte der Gesteine. SG & T versucht diese Anomalien zu Strukturen zu beziehen. Die Interpretation wird durchgefhrt, indem man das beobachtete gravitative Profil zu modellierten Anomalien bezieht, die sich aus einer angenommenen Struktur ergeben. In Kombination mit anderen seismischen und geologischen Methoden generell gut Ergebnisse.Korrekturen: free-air Korrektur (ergibt free-air Anomalie): alle Messungen werden zum Meeresspiegel korrigiert (= topographische Korrektur) - resultiert in einer Zunahme in den meisten Landarealen (weil die Gravitation zum Erdmittelpunkt hin zunimmt). Bouguer-Korrektur: nimmt an, dass es zwischen dem Meeresspiegel und der Hhenlage einer Messung eine Lage uniformer kontinentaler Kruste gibt, die einen Massenberschuss reprsentiert. Diese berschussanziehung wird subtrahiert in allen landgesttzten Messungen. Fr Meeresareale wird angenommen, dass es fr alle Wassertiefen ein spezifisches Massendefizit gibt, da Wasser weniger dicht ist als Gestein. Die Bouguer Anomalie resultiert aus der free-air und der Bouguer Korrektur. Die Bouguer Anomalie vergleicht die Masse der unter einem bestimmten Punkt existierenden Gesteine mit der Masse von standartisierter kontinentaler Kruste auf Seehhe. Bouguer Anomalien sind generell stark negativ ber Arealen hoher Topographie (zeigt ein Massendefizit an) und stark positiv ber ozeanischen Becken, was einen Massenberschuss im Vergleich zu einer Standardkontinentalkruste unter dem Ozeanboden anzeigt. Geomagnetische Studien: Magnetisches Feld: Vektor. Fr die Erde kann die Magnitude durch die horizontale und vertikale Komponente des Erdmagnetfelds definiert werden (Deklination und Inklination = Trend und Abtauchen der Erdmagnetfeldlinien). Inklination gibt auch die Polaritt, welche anzeigt, ob der Vektor nach oben oder unten zeigt.Magnetische Anomalien (hnlich gravitativen Anomalien): Variationen der Erdmagnetfeldes in Bezug zu lokal definierten Werten. Kein internationaler Referenzwert, da Magnetfeld sich in Ort und Zeit ndert. Das Modellieren der magnetischen Information ist schwieriger, da eine magnetische Anomalie das Resultat der totalen Feldintensitt und der unterschiedlichen Orientierungen der magnetischen Vektoren darstellt.Messtechniken: Luft- und erdgesttzte Aufnahmen. Sehr brauchbar fr stark magnetische Gesteine, wie basische und ultrabasische Gesteine und Lagersttten. Wichtig in marinen Surveys zur Analyse der magnetischen Anomalien, des Streifenmusters, das sich durch die Neubildung von ozeanischer Kruste entlang mittelozeanische Rcken bildet. Dort wurden die magnetischen Anomalien mit der durch absolute Altersbestimmungen geeichten Umkehr des Erdmagnetfeldes kombiniert.Palomagnetische Studien basieren auf dem Einfrieren der augenblicklichen magnetischen Richtung bei der Kristallisation, Abkhlung, Sedimentation und chemischer Reaktion von magnetischen Mineralien. Dieser Richtungen knnen ber groe Zeitrume erhalten bleiben, und die Richtungen rotieren zusammen mit den Gesteinen, die die magnetischen Mineralien enthalten. Inklination und Deklination legen die Position eines Gesteins auf der Erdoberflche fest. Da das Erdmagnetfeld annhernd symmetrisch um die Erdrotationsachse ist, und die Inklination der Feldlinien systematisch mit der Breite von vertikal an den Polen (N-Pol - vertikal down, S-Pol vertikal up) zu horizontal am quator variiert und diese Beziehung ber das Alter der Erde als konstant angenommen wird, zeigt die Inklination N-S Wanderungen der Gesteine an. Die Deklination zeigt Rotationen an. Keine Aussagen sind ber Longitudennderungen mglich!Indem man die scheinbare Pollage fr verschiedene Zeitperioden fr eine bestimmte Region plottet, wird ein Anhaltspunkt ber die Bewegung dieser Region in Bezug zum geographischen Pol erreicht. Es resultieren scheinbare Polwanderkurven (apparent polar wander maps). Beispiele fr N-Amerika und Europa - Fig. 2.19 Twiss, 1992.Homework und bungsbeispiel: Geophysikalische Techniken First-motion Wellenmuster von einem Erdbebenereignis (Erdbebenherdflchenlsungen)

Der Beginn der Ankunft der P-Wellen (first arrival) kann entweder eine Kompression (Volumsabnahme) oder eine Extension von Material (Volumszunahme = rarefaction) umfassen. Ob eine Kompression oder eine Rarefaction (Verdnnung) zuerst am Seismometer ankommt, wird durch die Richtung des Erstausschlages (first motion) am Seismogramm angezeigt.

Elastische Deformation verndert theoretische Gesteinsquadrate (in 2-D) in Parallelogramme vor der seismischen Deformation (Fig. 2.4.1 Twiss, 1992). Ein Erdbeben-Event fhrt diese Verformung wieder in die Quadrate zurck. Whrend dieses Prozesses wird die NW-gerichtete Richtung lnger, die NE-Richtung krzer (N-S und E-W Lngen bleiben unverndert = simple shear Deformation). Kompressive first motions (Ersteinstze) strahlen daher nach NE und SW aus, extensive nach NW und SE. Die Quadranten der kompressiven und extensiven first motions werden durch (nodal) Knoten-Flchen getrennt, welche der Strungsflche und der Flche senkrecht zu ihr entsprechen. Die Dimensionen ndern sich nicht entlang dieser Flchen und deshalb ist die Amplitude der seismischen Wellen 0. Das first-motion Wellenmuster erlaubt die Erkennung des Strungsflchenmusters, welches fr das Erdbeben-Event verantwortlich ist und auch den Versetzungssinn. In dem simple-shear Event lassen sich 45( zu den Strungsflchen die Stressachsen, P und T einzeichnen. Beachte, dass die P-Achse im Quadranten der extensiven first-motion Arrivals (Wellen) liegt. Die Haupttypen der Strungen und Wellenausbreitungsmuster siehe Fig. 2.17 Twiss, 1992)

Brche (fractures) und Klfte (joints)Brche (Latein fractus = gebrochen) sind Flchen, an denen Gesteine oder Minerale geteilt sind (Kohsion ging verloren). Es mu relative Bewegung entlang der Bruchflche stattgefunden haben. (1) Extensionsbrche (extension fractures) oder mode I Brche: Bewegungen ist senkrecht zu den Bruchwnden; (2) Scherbrche (2.1. Mode II Brche, 2.2. Mode III Brche, Fig. 2.1 Twiss, beziehen sich zur Kante der Brche, II = normal, III = //); (3) Hybride Typen.

Klassifizierung von Extensionsbrchen: Klfte (joints), sind definiert als Brche mit kleinen Bewegungen senkrecht zu den Bruchwnden (= Extensionsbrche). Einige spezielle Ausdrcke (Figs. 2.5, 2.6 Twiss): Exfoliationsklfte Klfte die // zur Topographie sind (Zwiebel); typisch fr plutonische Gesteine (durch Erosionsentlastung in homogenen Gesteinen). Sulenklfte (columnar joints) in Gngen oder Sills (Plateauergsse) hexagonale oder pentagonale Sulen, meist senkrecht zur Grenze des vulkanischen Flows zu den Nebengesteinen. Veins = Gnge, Extensionsbrche, die mit Mineralien verfllt sind. Fllung entweder massiv, oder mit faserfrmigen Kristallen (Dia - Faserkristallisate). Tensions gashes: generell mineralgefllte Brche (veins), die sich in der Orientierung von Extensionsbrchen bilden entlang duktiler Scherzonen (keine Diskontinuitt ber den Bereich der Scherzone) bilden. Sehr gute Schersinnindikatoren. Generell treten sie en-chelon in konjugierten Scherzonen auf. (Dia en-echelon tension gashes, Fig. 2.8 Twiss).

3-D Geometrie der Brche: Orientierung, Gre, Abstand, Beziehung zu anderen geologischen Parametern, wie Lithologie, Schichtmchtigkeit. A) Orientierung: Bezug zu den tektonischen Krften (Dynamik); genaue Gelndeanalyse notwendig, um Beeinflussung durch Heterogenitten herauszuarbeiten. B) Gre und Gestalt: submikroskopisch (= Mikrobrche) bis km, generell (Aufschlussgre. Gestalt generell kreisfrmig oder elliptisch in homogenen Gesteinen. C) Abstand: gemessen normal auf Kluftset. Generell ist Abstand sehr konstant fr bestimmte Gesteine. D) Rumliche Verteilung: Darstellung durch Karten. Daraus kann man Trajektorien fr z.B. die Extensionsrichtung konzentrieren (Trajektorien - geglttete Orientierungslinien, hergestellt aus groen Datenmengen von Einzelorientierungsdaten). Beispiel Appalachenvorland: Fig. 6-8 Suppe.

Merkmale von Bruchoberflchen: wichtig fr Genese (Nomenklatur Fig. 6-4 Suppe, Fig. 2-14 Twiss). Hackle-Struktur (= Hahnenkamm) oder Plumose-Strukur ([plu:mous] = Fieder, plume = Feder): regelmiges Muster von Rcken und Furchen (Rinnen = grooves), welche von einem Punkt oder einer zentralen Achse ausgehen. Solche Strukturen treten generell in homogenen, feinkrnigen Sedimenten (z.B. Sandsteinen) auf. Cuspate (= spitz) rib marks (= conchoida structure): spitz zulaufende Rippenmarke; fringe Franse: fransenartige, en-chelon Extensionsklfte am Ende eine Kluft. Alle diese Merkmale sind charakteristisch fr Extensionsbrche und treten nicht in Scherbrchen auf. Die Richtung des Divergierens der Hackle-Linien gibt die Propagationsrichtung (Wachstumsrichtung) der Kluft und die einzelnen Hackle-Linien bilden sich senkrecht zur Wachstumsfront. Generell geht die Divergierungs(-Aufspaltungsrichtung) von einem Punkt aus. Die Rippenmarken (conchoida structures) zeigen einen zeitweisen Stillstand im Wachstum der Kluft an = Interpretation! (Natrliche Beispiele diese Strukturen Riesengebirge, Nevada)Slickenside (slick-glatt) Lineationen (= slickenlines) zeigen Scherbrche an (siehe spter) Klfte haben oft einen Mineralbelag (qtz, cc, fsp., Zeolite, ep., etc.): diese zeigen an, dass die Klfte offen waren, oder, dass sie von Porenwasserberdruck geffnet wurden. Feldbild dieser Strukturen.Zeitpunkt der Bruchffnung: Jngere Klfte stoen an ltere Klfte an (ein Extensionsbruch kann nicht ber eine freie Flche propagieren). Brche treten auch in unkonsolidiertem Sediment auf: z.B. Mudcracks (oft mit dem berlagertem Sediment gefllt). Klastische Dikes sind Extensionsbrche, die unter hohem Porenwasserberdruck entstehen und dadurch mit Umgebungssediment gefllt werden (blicherweise ist dies eine kontrastierende Lithologie (Sandstein in Tonstein), da die Porendrcke in verschiedenen Sedimentlagen unterschiedlich sind.

Strungen (faults)Eine Strung ist eine Flche oder Zone entlang welcher Versatz parallel zur Flche stattgefunden hat. Breite und Art von Strungen (Fig. 3.1 Twiss). Mastab: von Mikrobrchen (z.B. Dislokationen) bis Plattengrenzen.

Strungstypen: Hangend- und Liegendblock = hanging wall and footwall blocks (Fig. 3.1 Twiss). Growinkel- (high-angle) und Kleinwinkel- (low-angle) Strungen (> und < 45(). Klassifizierung nach relativem Versatz: Fig. 3.2 Twiss, international sind auch throw and heave gebruchlich. Klassifizierung nach dem relativen Versatz des Hangendblockes: Fig. 3.3 Twiss.

Erkennung von Strungen: Typische Strukturen und Texturen, Tabelle 3.1 Twiss. Texturen und Strukturen sind abhngig von: Versatzbetrag, Versatzrate, PT-Bedingungen (Fig. 3.4 Twiss). Kataklasite (Dias - Kataklasite): kaum interne lineare oder planare Strukturen, angulare Fragmente. Gouge: feinkrnige Kataklasite, die im Aufschluss generell als weies Pulver in Erscheinung treten. Kataklastische Gesteine (besonders in Tiefen 4-15 km) sind oft kohsiv (meist durch Mineralzementation). Pseudotachylith: Glas, kryptokristallines Material oder ultrafeiner Kataklasit: resultieren aus lokaler Aufschmelzung und/oder Kataklase durch Reibungswrme entlang Strungen (Feldfotos + Dnnschliffe aus Wenk et al. 2000). Generelle Korrelation zwischen Versatz entlang von Strungen, Gre, Dicke und Feinkrnigkeit von der Gouge in einer Strung (Scholz: scaling relationships). Mylonite: duktil deformierte Gesteine mit deutlicher Korngrenreduktion aller Minerale (siehe spter).

Morphologie von Strungen: Glatte Oberflchen ( Slickensides = Harnische, Spiegelharnische. Slickenlines = slickenside lineation, striations = Lineationen // der Versatzrichtung. Folgende Gruppe von Lineationen: Rcken, Furchen, Anhufung von Gouge hinter Stufen in der Strung, Mineralfasern hinter Stufen in der Strung (slickenfibers) (Dias).

Strungen im hohen Krustenniveau sind dilatant - d.h. Strungsaktivitt ist mit einer Volumszunahme verbunden. Diese Strungssysteme treten im Bereich des Grundwasserflusses oder in hydrothermalen Systemen auf und sind deshalb meist mineralgefllt.

Erkennung von Strungen: Wiederholung eines Schichtpakets (berschiebung) und Ausfall eines Schichtpakets (Abschiebung) - Fig. 3.10 Twiss. Charakteristisch sind auch das Vorhandensein von Horses (Pferde) - Gesteine, die von allen Seite von Strungen begrenzt sind und exotisch fr Ihre Umgebung sind (impliziert viel Displacement).

Morphologische Effekte von Strungen: nie zu sehen - Schwchung der Gesteinsfestigkeit - Tler. Spezialvorlesung Neotektonik and Paloseismologie: topographische Effekte, Effekte auf das Gewssernetz und den Grundwasserfluss. Strungsstufen = scarps (Fig. 3.12A Twiss, Dias), Flatirons oder triangular faces (Fig. 3.12B Twiss, Dia Riftgrben Tibet). Versatz bzw. Flexur von Merkmalen, wie Flssen, etc. nderung der Hangneigung (e.g. Himalaja).

Bestimmung des Versatzes an Strungen: Totaler/absoluter Versatz ( setzt voraus die Bestimmung der Gre und der Richtung des Versatzes. Piercing points = Durchstopunke - Punkte, wo ein lineares Element die Strung durchsetzt (Fig. 3.15 Twiss). Brauchbare lineare Elemente sind generell die Intersektionslineationen von planaren Elementen (Strungen, Schichtung ( Schieferung, Dikes ( Sills) und Faltenachsen.

Versatzbestimmungen bei Grosstrukturen: 1) Versetzte geologische Merkmale - Beispiel von der San Andreas Strung - Fig. 4.18 Twiss. 2) Isopachenkarten (iso - gleich, pachos - Dicke): Karten, die die Konturen der Dicke einer geologischen Einheit zeigen; Strungen machen sich durch Diskontinuitten in den Karten erkennbar (Fig. 4.19 Twiss). Generell lsst sich strike-slip und die horizontale Komponente bestimmen. Weil diese Karten keine (primre) Hheninformation enthalten, ist keine Aussage ber vertikale Verstze mglich. 3) Strukturkontourkarten sind Karten, die die Hhekonturen eines spezifischen geologischen Horizontes angeben (Fig. 4.20 Twiss - read caps!).

Nichteindeutige Anhaltspunkte fr den Strungsversatz: Meist Versatz von Flchen (Fig. 4.21 Twiss, read caps). Zuerst wird die cutoff-Linie definiert: Intersektion des planaren Elements mit der Strung. In dem Fall von Fig. 4.21 Twiss kann man nur ber die Separation (Trennung) sprechen, welches der Abstand ist, den man in eine bestimmte Richtung misst, zwischen den planaren Elemente auf beiden Seiten der Strung (= Abstand der cut-off Linien in eine bestimmte Richtung). Separation erlaubt nur die Komponente des Versatzes normal zu der cut-off Linie zu bestimmen, alle Verstze // zur cut-off Linie sind nicht zu bestimmen. Alles wird jedoch anders, wenn man die Bewegungsrichtung auf einer Strung kennt (z.B. durch regionale Analyse der Slickenlines auf einer Strungsflche).

Relativer Versatz: Orientierung des Displacementvektors und Versatzsinns sind bestimmbar. Richtung des Versatzes: Slickenlines und alle lineare Elemente. Richtung und Sinn des Versatzes: Slickenfiber-Lineationen ( die Fasern (Zeichnung) wachsen entweder whrend des langsamen, aseismischen Strungskriechens oder sind sogenannte crack-seal fibers, die eine groe Zahlen von Mikroerdbeben aufzeichnen (solche Faserkristallisate geben also auch die Gre des Versatzes an, da sie ursprnglich zusammengehrige Punkte verbinden). Gruppe der sekundren Merkmale: Extensionsbrche oder Scherbrche = Riedelbrche (Fig. 4.16 Twiss und Seminar mit Petit Papers).

Strungen in 3-D: Karten, Schnitt und 3-D Blockdiagramme (Fig. 4.24 Twiss mit Strungsflchenterminologie, read caps). Fig. 4.25 Twiss: Nomenklatur von unregelmigen Strungen. Duplexes in den drei Strungsregimen - Fig. 4.26 Twiss. Tip Linie = Linie entlang welche die Strung aufhrt (Figs. 4.28 Twiss); blinde Strung - erreicht nicht die Erdoberflche; branch Linie - Linie entlang welcher eine Strung in zwei des gleichen Typs separiert, splays, imbricate fan (Fig. 4.29 Twiss, read caps!).

Absolute Bewegungen: Alaska Erdbeben 1964 - Aufschiebung, gegenber dem Meeresspiegel aber haben sich beide Strungsblcke aufwrts bewegt. Oder palomagnetische Techniken.

Rotationen von Strungen: berschiebung wird Abschiebung.

5: Normal faults (Abschiebungen)

Abschiebungen: Strungen, in denen der Hangendblock in die Abtauchrichtung gegenber dem Liegendblock nach unten versetzt ist. Jngere Gesteine werden auf ltere gebracht. In Vertikalschnitten durch die Strung fehlt ein Teil des stratigraphischen Profils (Fig. 4.10B Twiss). Wichtig: Ausschneiden bezieht sich auch auf metamorphe Isograde.

Charakteristika: Separation - Fig. 5.2 Twiss (homework). Falten und Abschiebungen: Rollover Falten im Hangendblock (seismische Reflexionsprofile, Fig. 5.3 Twiss) bilden sich entlang listrischen Abschiebungen (listron = Schaufel): Einfallen nimmt mit der Tiefe ab. Drag folds, Ziehfalten (Zeichnung)

Gestalt und Versatz von Abschiebungen: Listrische Flchen wurzeln in Detachments (= Strung mit geringem Einfallwinkel, die die Grenze zwischen ungestrten Gesteinen im Liegenden und meist stark gestrten Gesteinen im Hangenden darstellen). Nomenklatur siehe Fig. 5.4 Twiss. Imbricate Fan (Imbrikationsfcher: Sets von Strungen mit geringem Abstand und gleichen Typs, die entweder am Detachment abgeschnitten sind oder in diesem wurzeln. Rotationale (externe) und irrotationale Abschiebungen: abhngig, ob die Strungs-begrenzten Blcke rotieren oder nicht (als Resultat der Strungsaktivitt). In rotationalen Strungen werden die Schichten zur Strung hin verkippt (Figs. 5.3, 5.4 Twiss). Irrotationale Strungen haben konstantes Einfallen (sie biegen nicht) und setzten keine Rotation whrend der Strungsaktivitt voraus. In ideal listrischen Strungen bleibt der Winkel der Schichtung zur Strung immer gleich gro entlang der Strung (Fig. 5.3 Twiss)! Faltenrampensynklinalen und Faltenrampenantiklinalen entstehen je nach Strungsgeometrie (Fig. 5.5 Twiss): wenn eine Rampe Flachstcke verbindet entsteht eine Synklinale, wenn eine Flachstck zwei steile Strungsstcke verbindet, dann entsteht eine Antiklinale.

Assoziierte Strukturen: (Fig. 5.4 Twiss) Synthetische und antithetische Strungen. Graben: nach unten versetzter Block, der auf beiden Seiten durch konjugierte Strungen begrenzt ist. Halbgraben: nach unten versetzter Block, der auf nur einer Seite durch eine Strung begrenzt ist. Horst: herausgehobener Block, der durch konjugierte Strungen begrenzt wird. Horst und Graben Strukturen. Sedimentre Fllung von Grabenstrukturen - Sedimente knnen in die Strungsaktivitt miteinbezogen sein. Untersuchungen zur berlappung, Alter der Sedimente, Zusammensetzung der Sedimente, Dickevariationen, Sedimentgeometrien zeigen an, wann die Hauptaktivitt der Strungen war, geben Auskunft ber Lithologie im Hinterland, und z.T. ber die Hebungsraten im Hinterland.

Strukturbezogene Abschiebungen: Domstrukturen (Salt, Plutone, Kernkomplexe), Fig. 5.7 Twiss. Abschiebungen hren generell am Rand zur Intrusion auf. Ringstrungen ber eingebrochenen, unterirdischen Hohlrumen (z.B. Caldera) ( Fig. 8-21 Suppe.

Regionale Abschiebungssysteme (Fig. 5.9 Twiss ( zur bersicht ber das Folgende)Mittelozeanische Rcken: lokal an der Oberflche, Z.B. Teile des ostafrikanisches Rifts.

Back-arc Extensionsprovinzen: gis-Westtrkei auf dem Kontinent, Karpaten, Karibik. Erklrung durch rckschreitende Subduktion (Fig. 1 in Royden, Tectonics)

Orogene Kollapsstrukturen oder Manteldome unter Kontinenten: (a) Tibetplateau (Herdflchenlsungen Tibet)(b) Basin and Range (Fig. 5.10 Twiss). Beachte: Abschiebungen haben begrenzte Lnge entlang dem Streichen. Extensionsbetrag wird von einer Strung in die andere bertragen. Zwischen den Strungen sind Transferstrungen (blicherweise Seitenverschiebungen, Falten). Transferstrungen teilen den Extensionsbereich in Gebiete mit unterschiedlichen Extensionsbetrgen, Extensionsrichtungen und Tiefgang der sprden Extensionsstrukturen. Schematisches Modell: Fig. 5.11 Twiss. Unter extremer Extension wird das gesamte Deckgebirge abgetragen und im Liegendbock werden in so genannten metamorphen Kernkomplexen (metamorphic core-complexes) kristalline Basementgesteine aufgeschlossen (Fig. 5.10 Twiss), in denen duktile Gesteinsdeformation unter dem sprd-duktilen bergang vorherrscht (100-400% Extension). Fig. 20 aus Lister and Davis, JSG, 11, 65-94, 1989.Kontinentalrnder: Beispiel des Golfs von Mexiko (Fig. 5.14 Twiss). Der Golf ist charakterisiert durch: dicker Sedimentstapel, schnelle Subsidenz, gebogenes System von Abschiebungen, welche stark zum Auftreten von Salz bezogen ist. Strungen sind listrisch mit Rollover-Antiklinalen. Viele Strungen sind syn-sedimentre growth faults: diese Strungen haben eine stratigraphische Abfolge die charakteristischerweise im Hangendblock mchtiger ist, mchtiger als die quivalenten Schichten im Liegendblock (Fig. 5.15 Twiss). Syntektonische Strungen ( Fig. 8-9 Suppe; Figs. 21, 22 from Suppe-paper). Es wird im Hangendblock schneller sedimentiert, da dort der tiefste Teil des Beckens an schnellsten absinkt. ltere Schichten zeigen mehr Versatz als jngere Schichten!

Kinematische Modelle fr Abschiebungssysteme: Ableitbar aus bilanzierten Profilen von Extensionssystemen (2-D: Flchenkonstanz, Linienlngenkonstanz). Rckfhrung der Deformation darf keine Lcken und berlappungen ergeben.

Kinematische Modelle fr gekippte Blcke (manchmal bis 90(): Rotation generell um einer Achse // dem Streichen. Blcke fallen zur Hauptstrung hin ein. Erklrung durch zwei Grundmodelle: 1) Gebogene Strungen = listische Strungen; 2) Blcke und begrenzende Strungen rotieren.

a) Listisches, kinematisches Modell (Fig. 5.17 Twiss read caps). Lcken Problem wird durch interne Deformation (Rollover-Antiklinale oder antithetische Strungsschar gelst). Rollover-Antiklinale hat das Problem, dass, wenn keine Extension der Lagen im Hangendblock auftritt, eine Scherkompomente // den Lagen auftritt (Fig. 5.17C Twiss) und eine weitere Lcke zwischen dem gescherten und dem undeformierten Block entsteht. Lsung durch antithetische Strungen. Mit kleinen Strungsabstnden lassen sich Lcken weitgehend vermeiden.

b) Modell der rotierenden Strungsblcke (Fig. 5.18 Twiss). Dominostrukturmodell mit synthetischen Abschiebungen. Angewandetes Beispiel: Figs. 1-3, Angelier & Colleta, Nature.c) Modell der imbrikierten listrischen Abschiebungen (Fig. 5.19 Twiss). Extreme Extension fhrt zu vertikaler Schichtung.

Lcken in allen Modellen werden durch duktiles (kataklastisches oder kristall-plastisches Fliessen) geschlossen.

Hauptproblem der Extensionsstrukturen: Kompatibilitt. Extension im oberen Krustenbereich muss durch Extension im tieferen Krustenbereich kompensiert werden. Detachmentstrungen zeigen aber oft undeformierten Liegendblock. Drei wesentliche Modelle gibt es fr die Kompensation der Extension in der Tiefe: (Fig. 13-14 Hatcher, Fig. Wernicke Originalmodell). Im asymmetrischen Modell endet die Strung an der Basis der Lithosphre. Sehr viele Parameter sind testbar: Asymmetrie, Verteilung von Heraushebung und Subsidenz, Wrmeflussanomalien, etc.

WICHTIG: Irgendwo muss die Extension wieder durch Kontraktion kompensiert werden. Plattentektonik oder, im kleineren Mastab durch Gleitungen.

Quantifizierung der Extension: Sehr viele verschiedene Modelle, da die Strukturgeometrien und die Kinematik unterschiedlich sind.

a) Beispiel einer nicht-rotationalen Horst-Graben Struktur (Fig. 5.22 Twiss). Summierung der Lngen.

e ist dadurch aus d und ( errechenbar.

b) Beispiel der planaren, rotierenden Strungen (Fig. 5.22 Twiss). Beziehungen zwischen Extension und Einfallen der rotierten Schichtung und dem Einfallen der rotierten Strungen. Annahmen: Schichtung war initial subhorizontal, Strungen mit gleicher Orientierung, Einfallen und Abstand.

e ist dadurch aus ( und ( errechenbar.

c) Beispiel einer listrischen Abschiebung (Fig. 9.5 Eisbacher). Beziehung zwischen der durch die Extension geschaffenen Flche, Abscherbetrag, Abschertiefe.

d) Rekonstruktion der Geometrie einer listrischen Abschiebung aus der Geometrie von Leitlagen im Hangenden der Abschiebungen bei Scherung des Hangenden an (a) vertikalen und (b) einfallenden Strungssystemen (Fig. 9.6 Eisbacher)

e) Rekonstruktion von Profilen wie in kontraktionalen Gebieten (siehe dort).

f) Andere Methoden, siehe Spezialliteratur. Seminar: Wernike and Burchfiel: J. Struct. Geol., 4: 104-115.

Diabersicht: Abschiebungen

6: berschiebungenDefinitionen und Begriffe: ltere ber jngere Gesteine (Fig. 4.10 Twiss). Die stratigraphische Sule wird verdickt (Ausnahme bei komplexer Verfaltung, z.B. berkippter Schichtung und wenn Schichtung steil und in gleicher Richtung wie die Strung einfllt). Kontraktionsstrukturen: Unterscheidung Aufschiebungen (>45) berschiebungen. Hangendblock = Decke (thrust sheet = nappe) (horizontale Dimension versus vertikale Dimension). Allochthon versus Autochthon.

Erkennung: Unterschiede im Alter der Gesteine, metamorphen Grad, Unterschiede in der Fazies, in der Intensitt der Deformation.

Geometrie und Versatz: Kartenmerkmale: Fig. 6.4 Twiss. Klippe minimale Ausdehnung des Hangendblocks vor der Erosion; Fenster minimale Ausdehnung des Liegendblocks unter der Decke; Flachstcke + Rampen (Fig. 6.5 Twiss); laterale und schrge Rampen (Fig. 6.7 Twiss). Tear faults und Transferstrungen (Figs. 6.7, 6.13 Twiss): nehmen unterschiedliches Displacement entlang dem Streichen oder verschiedenen Verkrzungsstile (-geometrien) auf. Rampen und geometrisch notwendige Falten (fold-ramp fold = fault-bend fold (Fig. 6.5 Twiss) - das Streichen der Faltenachse gibt das Streichen der Rampe darunter an.

berschiebungen und Falten: Unterscheidung fault-bend fold, fault-propagation fold, detachment fold (papers: Suppe: Am. J. Sci., 283, 684-721, Suppe Figs. 9-43, 9-44, 9-47, 9-48). Diagnostische Kriterien! Detachment fault and fold: Twiss, Fig. 6.10.

Out-of-syncline thrust: Faltung bis Faltung keine Verkrzung mehr aufnehmen kann ( dann wird Synklinale (meist) von berschiebung durchschnitten (Fig. 6.10 Twiss); Falten die eine flat-ramp-flat Geometrie nachbilden = passive Faltung (siehe oben: geometrisch notwenige Falten), alles andere ist aktive Faltung.

berschiebungssystem (thrust systems): Vorland-berschiebungsgrtel (foreland fold-and- thrust belt) markieren die Rnder von Orogenen (Profil von S.M. Schmid et al. durch die Schweizer Alpen) - Hauptmerkmale: sehr flach einfallende listrische berschiebungen (low-angle thrust faults), mit einem generell konstanten Streichen. Vorland und Hinterland.

Generelle Form eines berschiebungssystems: gebogen (Himalaja-Tibet, Fig. 28b Armijo et al. 1989); Salient (= Vorsprung) = konvex Bogen zum Vorland; Reentrant (= einspringender Winkel) oder Syntax = konkav zum Vorland. Salients oft durch besonders leichte Gleitlagen, wie Salz gebildet (z.B. Potwar Plateau, Fig. 2 Jaum and Lillie). Decollement = Detachment = sole thrust (Beispiele aus Himalaja): Verkrzung ist auf Hangendblock begrenzt. Individuelle berschiebungen sind listrisch und wurzeln (root) im Decollement. Imbricate Fcher = Schuppenstrukturen.

Duplex (Doppel) - Strukturen: imbrikierte berschiebungen, die durch einen roof thrust und einen sole thrust begrenzt sind ( formen einen stack of horses (Fig. 6.14 Twiss); meist begrenzt auf wenige stratigraphische Lagen und nicht die Oberflche erreichend. Verschiedene Formen: hinterland-dipping (wenig Versatz), foreland-dipping (viel Versatz; mit grerem Displacement als hinterland-dipping duplex = antiformal stack, indem der roof thrust in einer Antiforme biegt). Natrliches Beispiel einer komplexen Duplexstruktur - Fig. 6.15 Twiss (benenne alles: sole thrust = Lewis thrust, roof thrust =Mt. Crandell thrust; antiformal stack, hinterland-dipping duplex). Folding over a ramp = indiziert, dass die Deformation ins Vorland progradierte = piggy-back Sequenz.

Kinematik von berschiebungssystemen: Voraussetzung ist die Kenntnis der zeitlichen Entwicklung jeder berschiebung im System. Faltung einer berschiebung ist ein sicheres Kennzeichen fr piggy-back Tektonik. Diskutiere in Fig. 6.14 Twiss aktive und inaktive berschiebungen bei der Entwicklung der Duplexsysteme. Der roof thrust ist niemals eine aktive eigenstndige, durchgehende berschiebung! Beim hinterland-dipping duplex (Fig. 6.14 Twiss) ist der roof thrust eine ebene Flche: dies geschieht nur wenn das berschiebende Horse genau eine Rampenlnge vorschreitet; wenn der Versatz nicht dieser Lnge entspricht, dann entsteht ein unregelmiger roof thrust. Wenn der Versatz den frontal tip jedes Horses etwas vor den Punkt transportiert, wo der nchste thrust an die Oberflache kommt, dann entsteht ein antiformal stack. Bei noch grerem Versatz, wenn nur das Hinterende des jngsten Horses das Vorderende des sich entwickelndes Horses berlappt, entsteht ein zum Vorland geneigter Duplex. Theoretisch knnen Duplexstrukturen auch durch hinterland-gerichtes Propagieren entstehen (Fig, 6.17 Twiss) = out-of-sequence Strukturen; treten in der Natur aber nur selten auf (warum?). Weitere Altershinweise zu Bildung: syntektonische Sedimente ( progressiv jngere Sedimente werden in die berschiebungsfront involviert (nher zum Vorland).

Movie: Rampe, Duplex, und Growth Fault

Hinterland eines berschiebungssystems: 1. Verkrzung wird durch Extension kompensiert (Fig. 6.19 Twiss): Beispiel ist der Golf von Mexiko (Fig. 5.14C Twiss) ( generell kleiner Mastab ( nicht gltig fr Orogengebiete. 2. Hinterland wird durch einen Prozess, der anders ist als berschieben ist, kompensiert (Wurzelzone) (Profil von Schmid et al., Tectonics, Alpen): dabei formt der thrust-fold belt den gravitativ kollabierten Hangendteil ber dem metamorphen Basement. 3. Und am wahrscheinlichsten: kontinentale Subduktionszone, in der der sole thrust die Subduktionsflche darstellt. Antriebskraft ist die Subduktion. Komplexitten durch gravitative Komponente subduzierter kontinentaler Kruste.

Displacementbestimmungen: Durchstopunkte ber einen fold-thrust belt sind selten! Wir mssen bestimmen: Richtung und Sinn des Versatzes. 1. Bow and arrow Regel der berschiebungstektonik bei Salients; Richtung generell normal zum Steichen. Branchlinien und Orientierungen von lateralen Rampen und tear faults (transfer faults); 2. Sprde Mikrotektonik (Beispiele aus Linzer et al., 1995). Versatzbestimmungen mit Hilfe von Klippen und Fenstern. Beste Methode sind bilanzierte Profile (Dias Beispiele in Linzer et al. 1995).

Diabersicht: berschiebungen

Kurs computergesttze Karten- und Profilkonstruktion.7: SeitenverschiebungenVertikal mit horizontalem Displacement.

Tear faults: Treten im Hangendblock von flach einfallenden Strungen auf (Ab- und Aufschiebungen) und akkommodieren unterschiedlichen Versatz entlang dem Streichen (quer ber die Strung; berwiegend Seitenverscheibungen) (Fig. 6.13 Twiss).

Transfer-Strung: wie tear faults, aber generell ziemlich reine Seitenverschiebungen und auf grerem Mastab (lnger und mehr Displacement).

Transform-Strungen nennt man die Strungen, die Segmente von Plattengrenzen verbinden (siehe Plattentektonik). Transcurrent faults: generell groe Seitenverschiebungen in der kontinentalen Kruste, die keine Plattengrenzen darstellen (Fig. 7.2B Twiss).

Charakteristika: Gerade Ausbilinie auch in Gebieten mit extremer Topographie. Morphologische Merkmale: lineare Depressionen, sag ponds, Quellaustritte, versetzte Bche, shutter ridges (wo ein Rcken gegen eine Depression mit Bach verschoben wird und den Bach abschliet). (Active Tectonics - eigene Vorlesung: Neotektonik and Paloseismologie).

Assoziierte Strukturen: (Fig. 7.4 Twiss) Riedel-R-Strungen: 10-20 zur Hauptstrung in einer en-echelon Anordnung. R, P, T shears. En-echelon Strungen und Falten: kompressive und extensive Komponenten senkrecht zur Strung (diskutiere Winkelbeziehungen). Tiefgang: wurzeln in Detachment oder werden breite Strungen (Erdbebenverteilung). Biegungen (bends) und bertritte (step-overs) (Fig. 7.5 Twiss - mit Terminologie). Strike-slip Duplexe (Figs. 7.6, 7.7 Twiss - mit Terminologie, z.B. horse): extensive oder kompressive: fordern schrge Auf- bzw. Abschiebungen. Typische en-echelon Strukturen. + (palm tree) und - (tulpid) flower structures. In seismischen Profilen generell erkennbar (Fig. 7.8 Twiss). Pull-apart Becken (hufig mit sag ponds und Seen verbunden) (Fig. 7.9 Twiss - interpretiere) mit typischer Rhomben(Rauten)form. Strungsenden: extensiv oder kompressiv (Fig. 7.10 Twiss) oder Serie von Seitenverschiebungen (horse tail), die zum zurckweichenden Block gebogen sind.

Strukturelle Assoziationen (grerer Mastab): Extensionaler Duplex mit schrgen Abschiebungen (Fig. 7.12 Twiss - zeichne extensive Verbindung der Strung durch das Becken nach). Kompressive Biegung entlang der SA-Strung in den Transverse Ranges (Fig. 7.13 Twiss). Strungsenden: kompressives Ende der Chaman Strung (Fig. 7.14 Twiss); horsetail Ende (Fig. 7.15 Twiss - zeichne versetzte Formation ein).

Kinematische Modelle: Summe der Strukturen um eine Seitenverschiebung durch Modell in Fig. 7.16 Twiss erklrt. Beispiel: Modell der SA-Strung in den Transverse Ranges (Fig. 7.17 Twiss und vergleiche mit 7.13 Twiss). Beachte: parallele Strungen, die rigide Blcke begrenzen; Domnen mit sinistralen oder dextralen Strungen mit bestimmten Orientierungen im undeformierten Zustand; keine Rotation der NW-streichenden, dextralen Strungen, bis 80 Rotation der sinistralen, jetzt ENE-streichenden Strungen; SA-Strungen hat den sinistralen Block zerrissen; Konsequenz der Seitenverschiebungen ( Lcken und berlappungen; palomagnetische Untersuchungen belegen Rotation; viele Aspekte nicht bercksichtigt (berschiebungen, Garlock-slip, nichtrigide Blockdeformation; Deformation in der Tiefe. Grostrungen (Beispiele SAF, RRF, ATF, AF) terminieren an Plattengrenzen.

Messbare Parameter

Fig. 5.22B Twiss und Gleichungen: Abbildung als Karte betrachten! ( durch Palomagnetik; ( messen von einer fixierten Grenze; w Breite eines Blockes messbar, d von Versatz von geologischen Markern.

Diabersicht: SeitenverschiebungenPAGE 7

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