Original paper
Morphotectonics and tectonic evolution of the Northern Markgräflerland, southern Upper Rhine Graben, Germany
Rudmann, Julia; Wilk, Jakob; Kenkmann, Thomas
Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Band 176 Heft 2 (2025), p. 277 - 299
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published: Jun 3, 2025
published online: May 7, 2025
manuscript accepted: Mar 18, 2025
final revised version received: Mar 13, 2025
manuscript revision requested: Aug 19, 2023
manuscript received: Jul 25, 2023
ArtNo. ESP171017602004, Price: 29.00 €
Abstract
The Upper Rhine Graben (URG) represents a synorogenic intracontinental rift system in the Alpine foreland. The present-day complex fault pattern in the URG area is the result of the superposition of faults formed during various phases of its crustal stress history. The most-recent stress field is characterised by an approximately NW–SE orientation of the principle stress axis σ1, which is responsible for sinistral transtentional movements of the eastern Upper Rhine Graben boundary fault (EURGF). In the southern segment of the URG (SW Germany), seismic activity indicates that neotectonic processes are ongoing, shaping the present-day relief. However, this area has hardly been investigated. Here we examine the tectonic evolution of this region since the onset of the main URG rifting in the Early Oligocene, with emphasis on neotectonic processes. We studied the morphotectonic inventory of the Northern Markgräflerland, south of the city of Freiburg, utilising 1 m and 10 m resolution digital elevation models (DTMs based on LiDAR data), fieldwork, and geophysical measurements (GPR, ERT). This area comprises parts of the Variscan basement of the Black Forest, the EURGF as well as the terraced foothill zone (Vorbergzone). We document the following characteristics indicative of neotectonic activity: (i) triangular facets, (ii) terrain steps in alluvial Quaternary river deposits, (iii) shifts and bends of tributary creek beds, and (iv) asymmetric hillslope drainage indicative of divide migration. The uplifted Variscan basement adjacent to the EURGF is segmented into kilometre-sized blocks that are bordered by NW–SE, N–S and NE–SW striking faults. A northeasterly tilt of two of these blocks can be inferred from the asymmetric hillshape of the fault blocks, which are characterised by southward-shifted crestlines and larger local catchments on the northern with respect to the southern hillslopes. Triangular facets can be observed along several valley slopes in the Variscan basement. They are aligned along both NW–SE and NE–SW trending valley sides. They are most notable at the western entrance of the Lower Münstertal near Staufen. Here, the distinct triangular facets in the crystalline basement indicate an active transtensional normal faulting system. In Quaternary sediments, we found evidence of neotectonic motion along the sinistral transtensional EURGF, such as Riedel-shear fault patterns, bent and shifted creek beds as well as conspicuous terrain steps in alluvial deposits of the Staufen Bay that run parallel to the EURGF. Faults have been (re-)activated with different kinematics at different times due to repeated changes of the regional stress field since the onset of the main rift phase of the URG in Early Oligocene.
Kurzfassung
Der Oberrheingraben (ORG) stellt ein synorogenes intrakontinentales Riftsystem im Alpenvorland dar. Das heutige komplexe Störungsmuster im ORG-Gebiet resultiert aus der Überlagerung von Störungen, die sich in verschiedenen Phasen der Krustenspannungsgeschichte gebildet haben. Das heutige Spannungsfeld ist durch eine annähernd NW–SO-Orientierung der Hauptspannungsachse σ1 gekennzeichnet, die für sinistralen Transtentionsbedingungen entlang der östlichen Randverwerfung des Oberrheingrabens (EURGF) verantwortlich ist. Im südlichen Teil des ORG (SW-Deutschland) deutet seismische Aktivität darauf hin, dass neotektonische Prozesse das heutige Relief prägen. Dieses Gebiet ist jedoch kaum untersucht. Unser Ziel ist es daher, die tektonische Entwicklung dieser Region seit Beginn der ORG-Bildung im frühen Oligozän sowie neotektonische Prozesse zu untersuchen, da dieses Gebiet dicht besiedelt ist. Wir untersuchten das morphotektonische Inventar des nördlichen Markgräflerlandes südlich der Stadt Freiburg anhand von digitalen Geländemodellen (DGMs basierend auf LiDAR Daten) mit 1 m und 10 m, Feldarbeit und geophysikalische Messungen (GPR, ERT). Dieses Gebiet umfasst Teile des variszischen Grundgebirges des Schwarzwaldes, die östliche ORG-Hauptstörung sowie die stufige ORG-Vorbergzone. Hier dokumentierten wir die folgenden Merkmale, die auf neotektonische Aktivität hindeuten: (i) Dreiecksfacetten, (ii) Geländestufen in alluvialen quartären Flussablagerungen, (iii) Versätze und Ablenkungen von Nebenflussbetten und (iv) asymmetrische Hangentwässerung, die auf die Verlagerung von Wasserscheiden hinweist. Das angehobene variszische Grundgebirge, das an die östliche ORG-Hauptstörung angrenzt, ist in kilometergroße Blöcke unterteilt, die von NW–SO, N–S und NO–SW streichenden Verwerfungen begrenzt werden. Eine nordöstliche Neigung von zwei dieser Blöcke lässt sich aus den asymmetrischen Hügelformen der Verwerfungsblöcke ableiten, die durch nach Süden verschobene Kammlinien und größere lokale Einzugsgebiete an den nördlichen im Vergleich zu den südlichen Hängen gekennzeichnet sind. Entlang mehrerer Talachsen im variszischen Grundgebirge können dreieckige Facetten beobachtet werden. Sie sind sowohl entlang der NO–SW als auch der NW–SO verlaufenden Talseiten ausgerichtet. Am westlichen Eingang des Unteren Münstertals bei Staufen sind sie am auffälligsten. Hier weisen die ausgeprägten Dreiecksfacetten im kristallinen Grundgebirge auf ein aktives transtensionales Abschiebungssystem hin. In den quartären Sedimenten fanden wir Hinweise auf neotektonische Bewegungen entlang der sinistral-transtensionalen östlichen ORG-Hauptstörung, wie Riedel-Shear-Störungsmuster, abgelenkte und versetzte Bachbetten sowie auffällige Geländestufen parallel zur EURGF in fluvialen Ablagerungen der Staufener Bucht. Die Verwerfungen wurden aufgrund der wiederholten Änderung des regionalen Spannungsfeldes seit dem Beginn der Hauptphase der ORG-Bildung im frühen Oligozän mit unterschiedlicher Kinematik zu verschiedenen Zeiten (re)aktiviert.
Keywords
Upper Rhine Graben • southwest Germany • neotectonic • tectonic geomorphology • triangular facets • transtension • Oberrheingraben • Südwestdeutschland • Neotektonik • tektonische Geomorphologie • Dreiecksfacetten • Transtension