Original paper

Strain from calcite twins: the TWIST program and its application in the deformation analysis of Southern Germany

Pfänder, Jörg; Sperner, Blanka; Ratschbacher, Lothar

Kurzfassung

Regionale Strainzustände können mit Hilfe einer Analyse von Kalzit-Deformationszwillingen berechnet werden. Die methodischen Annahmen sind eine Strainintensität kleiner 15%, geringe initiale Probenporosität, eine einfache Deformationsgeometrie, Deformationstemperaturen unter 200°C und geringe/fehlende Fluidaktivität. Unter diesen Bedingungen ist e-Zwillingsgleitung in Kalzit der dominierende Deformationsmechanismus in Kalksteinen, und der aus der Verzwillingung berechnete deviatorische Straintensor stellt eine gute Abschätzung des Strains in der Probe dar. Strainintensitäten ab 0,05% sind messbar; so erlauben Kalzitzwillinge, sehr schwache Deformation zu quantifizieren, z.B. Verformung, wie sie im Inneren von Kontinenten auftritt. Die Strainanalysemethode (CSG) wurde von RICHARD GROSHONG entwickelt. Sie verwendet einen U-Tisch, um die Orientierung der optischen Achsen und der Zwillingsflächen, die Zwillingsdicken, die Anzahl der Zwillinge und die Dicke einer Anzahl von Kalzitkörnern in zwei aufeinander senkrecht stehenden ultradünnen Schliffen einer Probe zu messen. Von diesen Messdaten wird der bestpassende Straintensor der Probe mit Hilfe der Technik der kleinsten Fehlerquadrate berechnet. Für die Auswertung der U-Tischdaten und die Straintensorberechnung wurde ein MS-DOS kompatibles Computerprogramm implementiert; es berechnet den deviatorischen Straintensor, die totale finite Strainintensität, das Strainverhältnis, den Flinn-/Lode-Parameter und mehrere Fehlerparameter. Die Technik und das Programm wurden zur Strainquantifizierung in mehreren Kalkproben der mesozoischen Karbonatplattform in Süddeutschland verwendet. Drei Deformationsereignisse wurden berechnet: eine eozäne, etwa 1--2% erreichende, N-S-Verkürzung als Folge der alpinen Kollision, eine oligozäne, 1% ausmachende, E-W-Dehnung, die nur durch eine Probe abgesichert ist, und eine, zu 2,6--4,8% berechnete, NE-SW-Kontraktion im Miozän.

Abstract

Calcite twins can be used to calculate the regional state of deformation, i.e. the regional finite strain tensors. The methodical assumptions are strain intensities less than about 15%, low initial porosity of the samples, simple deformation geometries, deformation temperatures below 200°C, and the absence of fluids. Under these conditions, e-twin gliding in calcite is the dominant deformation mechanism within carbonate rocks and the calculated deviatoric strain tensor represents a good estimate of the strain in the sample. Strains down to 0.05% are measurable, making calcite twins suitable to examine very weak deformation, e.g. strains in plate interiors. The applied calcitestrain gauge method (CSG method) was developed by RICHARD GROSHONG and requires an U-stage to measure the orientation of optical axes and twin planes, the twin thickness, the number of twins, and the thickness of a number of calcite grains within two perpendicular ultrathin sections of the same sample. From these data the best fitting least square strain tensor of the sample is calculated. For the evaluation of the U-stage measurements, a MS-DOS compatible program was implemented. This program calculates the deviatoric strain tensor, the total finite strain intensity, the strain ratios, the Flinn and Lode parameters, and several error parameters. From several limestone samples of the Mesozoic platform of Southern Germany three deformation events were quantified using the CSG method. First, a N-S shortening of about 1--2% took place in Eocene times. This event is related to the collision of the Adriatic plate with the European continent along the Alps. The following E-W extension in the Oligocene is represented by only one sample which yields about 1% extension. Finally, the NE-SW compression in Miocene times produced shortening of 2.6 to 4.8%.