Original paper

Dynamics of neotectonic foreland basin deformation and inversion (Central Mediterranean Thrust Belt, Sicily)

Adam, Jürgen; Reuther, Claus-Dieter

Kurzfassung

In der zentralmediterranen Konvergenzzone wird der sizilianische Teil des Maghrebischen Falten- und Deckengürtels auf das südliche afrikanische Vorland überschoben. Hauptantrieb für die neogene Überschiebungsphase sind Rückendruckkräfte infolge der aktiven Krustenspreizung im Tyrrhenischen Meer. Die zunehmende Belastung der abtauchenden afrikanischen Lithosphärenplatte durch den kontinuierlich wachsenden Deckenkeil führt zur Ausbildung flexuraler Vortiefenbecken, die in der Konvergenzzone invertiert werden, wobei die mittelmiozänen bis rezenten synorogenen Sedimente dem Deckenkell sukzessive angegliedert werden. Vorlandpropagation in Hauptüberschiebungsphasen steht im dynamischen Wechsel mit internen Deformationsphasen, in denen die Form des Deckenkeils bestimmt wird. Ein Wechsel von der Akkretion der Vortiefensedimente an der Überschiebungsfront hin zur Hauptüberschiebung des gesamten Deckenkeils kann durch die Auflast transgredierenden Meerwassers ausgelöst werden. Während ihrer neogenen strukturellen Entwicklung wurden Teilbereiche der aktiven Kollisionsfront in Sizilien mehrfach überflutet. Aus diesem Grund mußte der externe Überschiebungsgürtel in Ostsizilien bis ins obere Pleistozän mehrfach seine Deckenkeilform nachjustieren. Dies führte zur Entwicklung eines episodisch wachsenden Vorland-Überschiebungsgürtels. Heute liegt der Überschiebungsgürtel in Ostsizilien über dem Meeresspiegel und wird intern deformiert. In Zentralsizilien lag der Überschiebungsgürtel im Neogen ständig unter dem Meeresspiegel und konnte seine kritische Deckenkeilform bis zum Ende des Pleistozäns durchgehend aufrechthalten. Dadurch entwickelte sich in diesem Bereich ein Vorland-Überschiebungsgürtel, der durch Akkretion von Vortiefensedimenten an der Deckenkeilspitze kontinuierlich wuchs. Dies führte dazu, daß der zentrale Teil des Überschiebungsgürtels im Gegensatz zum östlichen Teil um mehr als 50 km weiter nach Süden auf das überflutete Vorland überschoben wurde. Die Konstruktion eines ausgeglichenen Profils durch den episodisch gewachsenen externen Überschiebungsgürtel in Ostsizilien steht im Einklang mit diesem Critical Taper-Modell und ermöglicht die Quantifizierung des neogenen Krustenwachstums sowie die Bestimmung der Deformationsraten. Die ermittelte durchschnittliche neogene Krustenverkürzung beträgt 7 mm/Jahr.

Abstract

In the Central-Mediterranean zone of convergence the Sicilian segment of the Maghrebian thrust belt is pushed onto the leading edge of the African plate by Tyrrhenian back-arc spreading. During Neogene foreland propagation several flexural foredeep basins developed in front of the thrust belt. These basins characterized by Middle Miocene to recent synorogenic sediments became inverted and have been successively attached to the taper of the foreland thrust belt. Foreland propagation during major thrust phases dynamically alternates with internal deformation which controls the critical thrust wedge geometry. A change from accretion of foredeep sediments to main thrusting of the entire thrust wedge can be triggered by loading effects of transgressing sea water. During its Neogene structural evolution the active collisional front in Sicily has been exposed to various marine transgressions and regressions. Until Late Pleistocene the eastern part of the external thrust belt had to adjust the wedge shape several times leading to the formation of a thin-skinned thrust belt stacked by episodic wedge growth. Today the eastern part of the thrust belt is emerged and affected by internal deformation. The central part of the thrust belt has been continuously submerged maintaining its critical taper until the end of the Pleistocene resulting in a thin-skinned thrust belt with predominantly frontal accretion. Thus, the central part of the thrust belt moved more than 50 km further to the south onto the submerged foreland. Balancing a cross section across the episodically stacked external thrust belt in Eastern Sicily in accordance with this critical taper model allows the quantification of Neogene crustal growth and strain rates. The average Neogene crustal shortening is 7 mm/year.

Keywords

Fold and thrust beltoverthrust faultforeland basindeformationneotectonicsplate convergenceaccretionary wedgesinversion tectonicscrustal shorteningdynamic modellingcritical analysis SicilyCentral Mediterranean Sea