Original paper

Kinematics of Palaeogene low-angle extensional faults and basin formation along the eastern border of the Central Rhodopes (Bulgaria)

Pleuger, Jan; Georgiev, Neven; Jahn-Awe, Silke; Froitzheim, Nikolaus; Valkanov, Niagol

Abstract

The Central Rhodope crystalline basement in the eastern flank of the Central Rhodopean Dome (including the Arda 1, Starcevo, Borovica and Kardžali units in Bulgaria or Sidironero and Kimi units in Greece) is a pile of Alpine high-grade metamorphic units. The structurally lowest of these units (Arda 1 and Starcevo units) were migmatised in the Late Eocene, probably due to decompression induced by northwest-vergent orogen-parallel and north- to northeast-vergent hinterland-directed extensional shearing. Extensional shearing in the Central Rhodopes took place at various crustal levels (Kanarata, Borovica and Kardžali shear zones) and thus under various metamorphic conditions. Final stages of the extension resulted in the formation of the East Rhodope Basin which, in this part of the basin, initiated with the greenschist-facies to brittle Kyuse-Hasanlartepesi low-angle normal fault, which is described here for the first time. Existing geochronological and stratigraphic data from the basement and the overlying volcano-sedimentary succession allow dating the activity of this fault between 35 and 32 Ma. The average exhumation and cooling rates for the exhumation of the migmatites of the Arda 1 and Starcevo units from a depth >23 km to surface as constrained by available petrological P-T data and radiometric and stratigraphic ages were c. 6.5-10.8 km/Ma and 182-246 °C/Ma. Only after c. 32 Ma, the further subsidence of the East Rhodope Basin was accommodated along steeply dipping normal faults which widely overprinted the Kyuse-Hasanlartepesi Fault. Where the Kyuse-Hasanlartepesi Fault is still exposed, its corrugated geometry controls the distribution of the onlapping sedimentary units and is thus interpreted as a primary feature.

Kurzfassung

Das kristalline Grundgebirge am Ostrand des Zentralrhodopen-Domes (einschließlich der Arda 1-, Starcevo-, Borovica- und Kardžali-Einheiten in Bulgarien oder Sidironero- und Kimi-Einheiten in Griechenland) ist ein hochmetamorpher alpiner Deckenstapel. Im Oberen Eozän wurden die strukturell unteren dieser Einheiten (Arda-1- und Starcevo-Einheiten) migmatisiert, wahrscheinlich hervorgerufen durch nordwest-vergente, orogen-parallele und nord- bis nordost-vergente, gegen das Hinterland gerichtete extensionale Scherzonen. Diese Scherzonen (Kanarata-, Borovica- und Kardžali-Scherzonen) waren in verschiedenen Krustentiefen und daher unter verschiedenen metamorphen Bedingungen aktiv. Die Extension führte schließlich zur Bildung des Ostrhodopen-Beckens unmittelbar im Hangenden der hier erstmals beschriebenen grünschieferfaziell duktilen bis spröden Kyuse-Hasanlartepesi-Störung. Nach den bisher bekannten geochronologischen Daten und stratigrafischen Beobachtungen aus dem Grundgebirge und dem darüber liegenden vulkano-sedimentären Becken war die flachwinklige Kyuse-Hasanlartepesi-Störung zwischen 35 und 32 Ma v. h. aktiv. Die durchschnittlichen Exhumations- und Abkühlungsraten der migmatitischen Arda-1- und Starcevo-Einheiten aus einer Tiefe >23 km bis zur Erdoberfläche lassen sich aus petrologischen P-T-Daten und radiometrischen und stratigrafischen Altersdaten auf etwa 6.5-10.8 km/Ma beziehungsweise 182-246 °C/Ma abschätzen. Erst nach 32 Ma v. h. vollzog sich die weitere Absenkung des Ostrhodopen-Beckens an steilen Abschiebungen, die weite Abschnitte der Kyuse-Hasanlartepesi-Störung überprägten. Wo die Kyuse-Hasanlartepesi-Störung noch aufgeschlossen ist, wird die Verteilung der überlagernden Sedimente von der Geometrie der Verfaltung der Störung mit Achsen parallel zur Transportrichtung bestimmt, die wir deshalb für synkinematisch halten.

Keywords

rhodope mountainsmetamorphic core complexesexhumationdetachment faultsalpine orogeny