Original paper

Mid-Cretaceous basin development, paleogeography, and paleogeodynamics of the western Rhenodanubian Flysch (Alps)

Mattern, Frank

Kurzfassung

Der Reiselsberger Sandstein (Cenomanium-Turonium) des westlichen Rhenodanubischen Flysches besteht aus sechs sandreichen Tiefseefächern, die von Süden her mit Sediment beliefert wurden. Weder der Detritus der Formation noch die Lithologie allochthoner Schürflinge an der Basis von Überschiebungskörpern des Flysches stützen die Vorstellung eines überwiegend ozeanischen Beckenmilieus. Diese Erkenntnisse haben bedeutende paläogeographische Implikationen, wenn sie im Zusammenhang mit Literaturdaten über die älteren "mittelkretazischen" Flyschformationen, über die Schwermineralprovinzen der Alpen und die mesozoischen geodynamischen Verhältnisse betrachtet werden. Das Becken des westlichen Rhenodanubischen Flysches war sehr wahrscheinlich im Mittelpenninikum beheimatet. Vermutlich begann es sich während des mittleren und/oder oberen Jura als Schrägrift im Zuge sinistraler Transformbewegungen einzusenken. Da die Riftentwicklung in diesem Bereich abbrach, blieb der Krustencharakter des Beckenmilieus überwiegend kontinental. Die tiefmarine Natur des Beckens während der Oberkreide kann auf zahlreiche Aspekte zurückgeführt werden: 1. Primäre Anlage des Beckens als tiefes Becken auf stark ausgedünnter kontinentaler Kruste, 2. Abkühlung der Lithosphäre rührte zu Kontraktion und Dichtezunahme, 3. Sedimentzufuhr konnte nicht mit Beckensubsidenz Schritt halten, 4. intrabasinale Belastung durch Sediment, das Wasser z.T. ersetzte, 5. sehr hohe oberkretazische Meeresspiegelstände und 6. möglicherweise tektonische Belastung im Bereich des südlichen Mittelpenninikums. Die "mittelkretazische" Beckenentwicklung innerhalb des mittelpenninischen Bereichs reflektiert Änderungen in den regionalen geodynamischen Verhältnissen, da diese die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Liefergebiete steuerten. Das Sediment der unterkretazischen Tristel-Formation und des Flysch-Gault (auch "Quarzit-Serie" genannt) wurde von Norden während Transformrift-/jungen Transformspreizungsvorgängen (im Norden) und fortgeschrittenen Transformspreizungsvorgängen (im Süden) geschüttet. Rifting/Spreizung in der nordpenninischen Region wirkte sich auf das angrenzende nördliche Mittelpenninikum aus, von wo während der Unterkreide zirkonhaltiger Detritus nach Süden ins Becken geschüttet wurde. Zu dieser Zeit subsidierte der Nordrand des südpenninischen Beckens (mit dem südlichen Mittelpenninikum gleichzusetzen) aus thermischen Gründen, was verhinderte, daß von dort aus Sediment nach Norden geschüttet werden konnte. Das nördliche Liefergebiet wurde an der Grenze Unterkreide/Oberkreide inaktiv, was auf den Beginn thermischer Subsidenz dort zurückgeführt wird. Die oberkretazische Hebung und Exponierung des südlich gelegenen und granatschüttenden Liefergebietes des Reiselsberger Sandsteins war, so wird vorläufig vermutet, an kompressive Seitenverschiebungen im südlichen Mittelpenninikum gebunden, die an die konvergente Tektonik gekoppelt waren, die zur südwärtigen Subduktion des südpenninischen Ozeanbeckens führte. Dieser Wechsel im Sedimentationsgeschehen manifestiert sich in einem Wechsel der "mittelkretazischen" Paläoströmungsrichtungen, die ein Kippen der Beckenachse in die entgegengesetzte Richtung anzeigen. Diese Veränderungen ereigneten sich während der Sedimentation der Ofterschwanger Schichten, bei deren Turbiditen wechselnd Granat oder Zirkon vorherrscht und die eine starke Streuung der Paläoströmungsrichtungen zeigen. Detaillierte Faziesbeobachtungen am Reiselsberger Sandstein, der in den drei Hauptüberschiebungseinheiten des Flysches auftritt, gestatten die Rekonstruktion deren paläogeographischer N/S-Anordnung. Die Oberstdorfer Einheit nahm den nördlichsten und die Üntschendecke den südlichsten Platz ein. Dies impliziert eine komplizierte Überschiebungsgeschichte, da die Oberstdorfer Einheit von Süden her auf die zwei anderen Einheiten aufgepreßt wurde.

Abstract

The Cenomanian-Turonian Reiselsberger Sandstein Formation of the western Rhenodanubian Flysch consists of six sand-rich submarine fans which were fed with sediment from the south. Neither the formation's detritus nor the lithology of allochthonous blocks found at the base of the flysch's thrust units support the idea of an overall oceanic basin setting. These findings have important paleogeographic implications if literature data on older mid-Cretaceous flysch formations, the Alps' heavy mineral provinces, and the Mesozoic geodynamic regimes are taken into consideration. The western Rhenodanubian Flysch basin most likely occupied a Mid-Penninic position. Presumably, it started to form during the Middle and/or Upper Jurassic as an oplique-slip rift basin in the course of sinistral transform motion. The overall crustal character of the basin setting remained continental due to rift abortion. Various aspects may account for the deep nature of the basin during the Upper Cretaceous: 1. Initial set up as a deep basin on highly thinned continental crust, 2. cooling of the lithosphere resulted in contraction and density increase, 3. sediment supply could not keep pace with basin subsidence, 4. intrabasinal loading by sediment, partly replacing water, 5. very high Upper Cretaceous sea-level stands, and 6. possible tectonic loading of the southern Mid-Penninic region. The mid-Cretaceous basin development within the Mid-Penninic area reflects changes in the regional geotectonic regime since these controlled the activation and deactivation of the source areas. The north-derived Lower Cretaceous Tristel-Formation and Gault Formation (also referred to as "Quarzit-Serie") accumulated during the transform rift/young transform spreading (north) and mature transform spreading (south) regime. Rifting/spreading in the North Penninic region affected the adjacent northern Mid-Penninic area from where zircon-bearing Lower Cretaceous detritus was shed southward into the basin. At that time, thermal subsidence affected the northern margin of the South Penninic basin which is the southern Mid-Penninic area and precluded that detritus was shed from there to the north. The northern source area became inactive at the Lower/Upper Cretaceous boundary which is attributed to the onset of thermal subsidence in that area. Upper Cretaceous uplift and exposure of the Reiselsberger Sandstein Formation's southern garnet-bearing source area is tentatively interpreted to be linked to contractional strike-slip tectonics in the southern Mid-Penninic area related to convergent tectonism which led to the southward subduction of the South Penninic ocean. This change in the depositional pattern is also manifested by a change in mid-Cretaceous paleocurrents which indicate a tilt of the basin axis in the opposite direction. These changes occurred during the deposition of the Ofterschwang Formation displaying turbidites in which garnet may dominate over zircon or vice versa and a great scatter in paleocurrent directions. Detailed facies observations made on the Reiselsberger Sandstein Formation which occurs in the flysch's three main thrust units allowed for the reconstruction of their paleogeographic N/S arrangement. The Oberstdorf unit occupied the northernmost and the Üntschen nappe the southernmost position. This implies a complicated thrust history because the former was pressed onto the other two units from the south.