Original paper

Modelling tectonics and sedimentation of the Late Carboniferous Variscan Foreland in Northwestern Europe

Süss, M. Peter Schäfer; Drozdzewski, Günter Fischer

Abstract

The dynamics of the Northwestern European Variscan Foreland basins during the Carboniferous has been recently reviewed in several case studies. In this study we will concentrate on the evolution of the Upper Carboniferous successions in Germany and adjacent basins in Belgium and the Netherlands, which document the contribution of the different mechanisms and show some new numerical approaches to review the existing theories.Quantitative stratigraphic modelling of the Ruhr Basin (Germany) provided the possibility for a compilation of a high-resolution time scale for use in the Northwestern European Variscan Foreland basins. Stratigraphic correlation of wells from coal mining led to an estimation of the accumulation of sediments in the Ruhr Basin and adjacent Aachen Basin. Calculated subsidence curves, cross-sections, and thickness maps revealed a moving structural high in the Ruhr Basin during the deposition of the strata, due to the approaching Variscan orogen.Quantitative 2D-numerical simulations provide alternative geodynamic interpretations of this geomorphologic element. The results verify the governing basin mechanisms in the Northwestern European Variscan Foreland. The simulations incorporated loading effects and stresses of the advancing plates as well as long-term erosional/depositional dynamics of the evolving orogenic wedge and the basin. The applied techniques facilitated an evaluation of the balance between the denudation of the Variscan orogen and the accumulation of sediments in the basin. The resulting models explain the depositional geometry and related stratigraphic surfaces, which generally form in foreland basins.

Kurzfassung

In jüngerer Zeit wurde die Dynamik der variskischen Vorlandbecken während des Karbon in mehreren Fallstudien behandelt. In der hier vorgelegten Studie konzentrieren wir uns auf die Evolution oberkarboner Abfolgen in Deutschland sowie auch in benachbarten Sedimentbecken in Belgien und in den Niederlanden, die verschiedene Mechanismen und einige neue numerische Zugänge zu bestehenden Theorien aufzeigt.Die quantitative stratigrafische Modellierung des Ruhr-Beckens bereitete die Chance, eine hoch-auflösende Zeitskala für den Gebrauch in den nordwesteuropäischen variskischen Vorlandbecken aufzustellen. Die stratigrafische Korrelation von Kohlebohrungen führte zur Abschätzung der Akkumulation von Sedimenten im Ruhr-Becken und im anschließenden Aachen-Becken. Berechnete Subsidenzkurven, Querschnitte und Mächtigkeitskarten ließen ein wanderndes Strukturhoch während der Ablagerung der Schichten im Ruhr-Becken erkennen, was durch das herannahende Variskische Orogen verursacht wurde.Quantitative 2D-Simulationen erlaubten alternative geodynamische Interpretationen dieses geomorphologischen Elementes. Die Ergebnisse offenbarten die Beckenmechanik im nordwesteuropäischen variskischen Vorland. Die verwendeten Simulationen berücksichtigten Belastungseffekte und Stressbedingungen der herangeführten Platten ebenso wie die langzeitige Erosions-/Ablagerungsdynamik des entstehenden orogenen Keils und des damit verbundenen Sedimentbeckens. Die verwendeten Techniken erlaubten die Abschätzung der Balance zwischen dem Abtrag des Variskischen Orogens und der Anreicherung der Sedimente im Becken. Die sich daraus ergebenden Modelle erläutern die Ablagerungsgeometrie sowie die damit verbundenen stratigrafischen Flächen, wie sie sich generell in Vorlandbecken bilden.

Keywords

variscanforeland basinbasin evolutionlithosphere modellingsurface processes modelling