Original paper

Under-forward thrust, a compressional normal fault in orogenic belts: Its structural type and kinematic process

Schwan, Werner

Kurzfassung

Ein wenig bekannter oder nicht klar erkannter Strukturtyp und sein Bewegungsprozess in Falten-Schuppen-Orogenen werden untersucht. Diese Bewegungsbahn erscheint ähnlich wie eine Abschiebung durch Zerrung mit älteren Schichten unten und jüngeren oben. Jedoch zeigen solche Abschiebungen eine vollkommen symmetrische Einordnung in einen Falten-Schuppen-Bau. Erstmals wurde dieser Störungstyp in den Schweizer Alpen beobachtet und als "Untervorschiebung" (in Englisch: "under-forward thrust") benannt. Über den Ursprung dieses Störungstyps gibt es verschiedene Ansichten: 1. Untervorschiebung durch Einengung, 2. Abschiebung durch seitliche Ausweitung während oder nach der Faltung, 3. Kontraktionsverwerfung, 4. Kompressionsabschiebung, 5. Hauptscherflächenentwicklung, 6. Wechsel tektonischer Beanspruchungen, 7. Bewegungsbahn in Schleppfalten, und 8. magmatische Aufwellung. Die Hauptfrage betrifft die Definition dieser Bewegungsbahn: Handelt es sich um eine Abschiebung durch horizontale Zerrung oder um den Sonderfall einer Schubfläche durch Pressung von unten? Die Merkmale der problematischen Bewegungsbahn lassen ihre klare geometrisch-kinematische Beziehung zur Faltung und Schieferung und damit ihre Natur als verkürzungssynchrone Schubfläche erkennen. D. h., eine Abschiebung durch Pressung bzw. eine Untervorschiebung von Falten-Schuppen hat stattgefunden. Außer in den Alpen und im deutschen Variszischen Gebirge kommen solche Strukturen im kanadischen Felsengebirge und in spanischen und einigen anderen Orogenen vor. Eine kinematische Interpretation der Untervorschiebungen im variszischen Gebirge erscheint durch Vergleich zwischen Rheinischen und Thüringer Falten-Schuppen-Typen möglich. Beide sind ähnlich in der Form, und nur verschieden in der Stellung. Bei der variszischen Einengung kam der Rheinische Typ durch ± flache NW-vergente Überschiebung und vertikale Stapelung der Schuppen zustande. Der Thüringer Typ jedoch entwickelte sich durch steile SE-vergente Schubbewegung, die zur Nebeneinanderstellung von Schuppen mit horizontaler Weitung führte. Während die Rheinische Schubbewegung i.a. frei nach NW ablief, wurde die Thüringer Schubbewegung durch einen intrakrustalen Widerstand im NW steil nach SE emporgelenkt. Die aktive Schubbewegung der Falten-Schuppen konnte unter Rückrotation in die noch freie SE-Richtung ausweichen und sich fortpflanzen. Auch im Rheinischen Schiefergebirge existieren an wenigen Stellen intrakrustale Widerstände, an denen bei der variszischen Kompression tektonische Fächer durch Retrocharriage von Falten-Schuppen nach SE entstanden (Mosel-Mulde, Taunus-Sattel). Solche Widerstände gegen die freie Schubbewegung werden durch rigide Schwellen, tektonische Faltenstapel oder kompetente Gesteinskomplexe hervorgerufen. Die Annahme, dass ausweitende Längsabschiebungen gleichzeitig mit Falten entstehen oder diesen später völlig symmetrisch eingefügt wurden, ist widerspruchsvoll. Vielmehr kommen einengende Abschiebungen auch während der Faltung vor, und deren Bewegung war Schub von unten. Dementsprechend gibt es grundsätzlich zwei kinematisch verschiedene Arten von Abschiebungen, 1) Zerrungsabschiebungen zwischen Bruchschollen, und 2) Kompressionsabschiebungen zwischen Falten-Schuppen, die durch orogene Pressung an einem Widerstandskomplex herausgequetscht und rückrotiert wurden (Untervorschiebungen). Mit letztgenannten Bewegungsbahnen sind Aufbruchsfalten und Aufbruchsschuppen verbunden. Die Untervorschiebung ist ein Gegenstück der Überschiebung. Außer diesen einphasigen Schubbahnen werden noch einige konvergente, z.T. problematische Strukturphänomene beschrieben.

Abstract

This paper investigates a less known or not well recognized fault type and its motion process in fold-thrust belts. This motion plane looks similar to a normal fault by lateral extension with older beds beneath it and younger beds above it. However, such normal faults show a perfect symmetric integration into a fold-thrust belt. Originally this fault type was observed and designated as "under-forward thrust" (in German: "Untervorschiebung") in the Swiss Alps. There are several views on the origin of this fault type: 1. Under-forward thrust by compression, 2. normal fault by lateral extension during or after folding, 3. contraction faulting, 4. compressional normal faulting, 5. major shear plane development, 6. change of tectonic stresses, 7. motion plane in drag folds, and 8. magmatic upwelling. The main question concerns the definition of this motion plane, whether it is a normal fault due to horizontal extension, or a special kind of thrust fault owing to compression from below? The characteristics of the problematic fault plane reveal its clear geometric-kinematic relation to folding and cleavage showing its nature as shorteningsynchronous thrust plane. I.e., a compressional normal faulting and/or an underforward thrusting of fold-wedges has taken place. In addition to the Alps and the German Variscan mountains, such structures occur in the Canadian Rockies and in Spanish and some other orogenic belts. A kinematic interpretation of the under-forward thrusts in the Variscan mountains appears possible by comparison of the Rhenish and the Thuringian fold-thrust types. Both are similar in form but only different in position. Due to the Variscan shortening, the Rhenish type was materialized by ± flat NW-vergent overthrusting and vertical stacking of thrust sheets. The Thuringian type, however, developed by steep SE-vergent thrust motion resulting in juxtaposition of thrust sheets with horizontal widening. Whereas the Rhenish thrust motion generally could run freely to the NW, the Thuringian thrust motion, due to an intracrustal body of resistance in the NW, was turned up steep to the SE. The active thrust motion of the fold-wedges under backrotation could evade and propagate to the still free SE direction. Within the Rhenish slate mountains, too, at few places bodies of intracrustal resistance occur. During the Variscan compression, they caused the formation of tectonic fans by retrocharriage of the fold-wedges to SE (Mosel syncline, Taunus anticline). Such resistances against the free thrust motion were caused by rigid ridges, tectonic folding Stacks and/or competent rock bodies. The supposition, longitudinal normal faults by autonomous extension originate synchronously with folds or were later integrated to them quite symmetrically, appears as contradiction in terms. On the contrary, compressional normal faults can occur during folding, and their motion was thrusting from below. Accordingly, in principle two kinematically different kinds of normal faults are existent, 1) tensional normal faults between fault blocks released by horizontal autonomous widening and gravitation (downthrow faults), and 2) compressional normal faults between thrust sheets squeezed on high and backrotated due to orogenic shortening at a body of resistance (under-forward thrusts). The underforward thrust is a counterpart of the overthrust. Besides these monophase motion planes, some partly problematic structural phenomena of convergence are described.

Keywords

compression tectonicsHercynian Orogenyunderthrust faultskinematicscase studies