Mesozoic fold structure of the Otago and alpine schist belt and its implications on the tectonic evolution of South Island, New Zealand [Elektronische Ressource] / Maren Edda Tünker

Maren T�Nker

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• Publié le: 01 janvier 2002
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Extrait

Mesozoic fold structure of the Otago
and Alpine Schist Belt
and its implications
on the tectonic evolution of
South Island, New Zealand
Maren E. Tünker
Mesozoic fold structure of the Otago and Alpine Schist Belt
and its implications on the tectonic evolution of
South Island, New Zealand
Dissertation zur Erlangung des Grades
“Doktor der Naturwissenschaft”
am Fachbereich Geowissenschaften
der Johannes Gutenberg – Universität in Mainz
Maren Edda Tünker,
geboren am 19.07.1971
in Mülheim an der Ruhr
Mainz, Mai 2002
Erklärung
Ich versichere hiermit, die vorliegende Arbeit selbstständig und nur unter Verwendung der
angegebenen Quellen und Hilfsmittel verfasst zu haben.
All views and results presented in this thesis are those of the author, Maren Tünker,
unless stated otherwise.
Mainz, Mai 2002
Tag der mündlichen Prüfung: 06.01.2003
Summary
Re-investigation into the Mesozoic fold structure of the Otago Schist, South Island, New Zealand
reveals two successive resembling, asymmetric open to close fold generations with wavelength
and amplitude at km-scale (F , F ) instead of previously assumed nappe or half-folds. Second2 3
generation´s folds (F ) verge to the NE and the third ones (F ) to the NW. Mesofolds of both gen-2 3
erations with a wavelength of dm-scale grow in amplitude and tightness towards the respective
major hinge zone on the upper long limb. The asymmetry of the regional folds causes that the
recumbent, tight to isoclinal mesofolds of the short limb are disrupted by boudinage on the suc-
ceeding lower long limb of the regional fold. This zone of predominant boudinage misleads previ-
ous workers to the interpretation of „high strain zones“ or thrust zones. The asymmetric fold style
and the resulting boudinage of the long limbs reflect that the shortening direction has a steep
plunge either to the NE (F ) or to the NW (F ). Both interfering regional folds with their almost2 3
orthogonal oriented fold axes display an intermediate type 1/ type 2 interference pattern, which
can be best described as a broad nose structure. The regional fold pattern is variable within the
Otago Belt, because the superposed third fold generation grows in amplitude from the SE to the
NW, becoming the dominant fold generation in the northwestern Otago Schist Belt.
The superposition of the third fold generations on the second one results in the deformation of the
parasitic folds of both fold generations. Where one regional fold generation dominates, all the
parasitic hinge lines of this fold generation plunge in the same direction following Pumpelly´s
law. Interfering major upper long limbs of both asymmetric regional folds cause a variable type 1
to type 2 interference pattern of the parasitic folds depending on their tightness. However, where
both regional hinge zones intersect, strain localisation causes the parasitic hinge lines of both gen-
erations to rotate towards each other and the interference pattern changes from type 2 to type 3.
The orientation of the resulting conical noncylindrical parasitic folds does not stringently imply
the orientation of the regional fold axes anymore. But the change from orthogonal to almost coax-
ial orientation of the interfering parasitic folds infers that the superposed shortening direction is
not subparallel but almost enclosing an angle of 30˚ to the second fold axis to the E.
The Mesozoic fold structure overprints the first object lineation L , which develops syn-deforma-1
tional and subparallel to intrafolial F folds under moderate high pressure metamorphic condi-1
tions. The refolded L lineation rotates within the short limbs of the parasitic folds towards the1
respective fold axis (B /B ), whereas it comes to lie at a higher angle to the fold axis on the para-2 3
sitic fold limbs (type 2 geometry of Ghosh & Chatterjee (1985)). L is generally strengthened on1
the short limbs displaying an N-S to NE-SW trend. However, reconstruction of the refolded linea-
tion patterns reveals that the initial rectilinear L trends in ENE-WSW direction on the main foli-1
ation S . 1
The Cenozoic overprint of the transpressional Alpine Fault System causes a two-sided fold and
thrust belt. The Mesozoic fold structure (F /F ) is folded in N-NE trending long wavelength syn-2 3
and antiforms. At the tip line of the reverse faults, the Mesozoic fold structure is steepened and
shortened orthogonal to the previous main foliation resulting in strongly foliated rocks. The
former inclined to recumbent Mesozoic mesofolds are rotated to upright folds, where the fold axis
is subparallel to the Cenozoic fold axis, or to vertical folds, where the fold axis is oblique to the
Cenozoic fold axis. In the Otago Belt, the fold and thrust belt is widely spaced, where the folia-
tion remains flat and only rotates to a steeper dip in the vicinity of a reverse fault. Towards the
Alpine Fault the fold and thrust belt gets continuously more narrowly spaced. In the Alpine Belt
the upright Cenozoic fold structure can be subdivided in extensive zones of steeply dipping folia-
tion, respectively the limbs and synforms of the steepened folds adjacent to the reverse faults, and
antiforms, where the Mesozoic foliation remains flat. Consequently the Cenozoic structure of the
Otago and Alpine Belt reflects an asymmetric large scale flower structure with an uplifted and
tilted western wing in the vicinity of the Alpine Fault.
Zusammenfassung
Erneute Untersuchungen der mesozoischen Faltenstruktur des Otago Schiefergürtels, Südinsel,
Neuseeland, zeigen, dass diese aus zwei aufeinander folgenden, ähnlichen, asymmetrischen,
offenen bis mäßig engen Großfaltengenerationen im km- Größenbereich besteht anstatt aus den
vorher angenommenen Decken- oder Halbfalten. Großfalten der zweiten Generation vergieren
nach Nordost (F ), der dritten Faltengeneration (F ) nach Nordwest. Asymmetrische, offene2 3
Kleinfalten mit einer Wellenlänge im dm-Bereich wachsen in der Amplitude auf dem Langschen-
kel der Großfalte zu symmetrischen, liegenden, engen bis isoklinalen Kleinfalten im Scharnier.
Selten zeigen die liegenden Kleinfalten auf dem Kurzschenkel einen Wechsel der Vergenz an. Die
Asymmetrie der Großfalten führt dazu, dass die engen, liegenden Kleinfalten auf dem folgenden
liegenden Langschenkel boudiniert werden. Diese Zone mit vorherrschender Boudinage wurde
von vorherigen Bearbeitern als "starke Verformungszone" oder Überschiebungszone missdeutet.
Der asymmetrische Faltenstil und die daraus entstandene Boudinage am Übergang vom Kurz-
zum Langschenkel der Großfalte widerspiegeln eine steil einfallende Verkürzungsrichtung
entweder nach Nordost (F ) oder Nordwest (F ). Die annähernd orthogonal orientierten Falten-2 3
achsen beider Großfaltengenerationen beschreiben ein Interferenzmuster zwischen dem ersten
und zweiten Typ, abhängig vom Öffnungswinkel der Großfalten beider Generationen. Das Inter-
ferenzmuster variiert im Otago Schiefergürtel, weil die überprägende, dritte Faltengeneration in
der Amplitude vom Südosten zum Nordwesten wächst. Im Nordwesten des Otago Schiefergürtels
ist die dritte Faltengeneration (F ) dominant. 3
Die Überprägung der dritten Faltengeneration auf die zweite beeinflusst die Orientierung der
Kleinfalten beider Generationen aller Ordnungen. Wo eine Großfalte dominiert, widerspiegelt die
Raumlage der Kleinfalten Pumpellys Gesetz folgend die Orientierung der vorherrschenden Groß-
falte. Auf den Langschenkeln beider Großfaltengenerationen verfalten sich die Kleinfalten im
Interferenzmuster des ersten bis zweiten Typs, abhängig vom Öffnungswinkel der Kleinfalten.
Wo jedoch zwei Scharniere beider Großfaltengenerationen aufeinander treffen, führt der erhöhte
Verformungsdruck dazu, dass die Faltenscheitellinie der Kleinfalten beider Generationen aufein-
ander zu rotieren und somit das Interferenzmuster vom zweiten zum dritten Typ wechselt. Die
Orientierung der hieraus entstandenen konischen, nichtzylindrischen Kleinfalten widerspiegelt
nicht unbedingt mehr die Raumlage der Großfalten. Aber der Wechsel vom orthogonalen zum
koaxialen Interferenzmuster der Kleinfalten lässt folgern, dass die überprägende Verkürzung-
srichtung der dritten Faltengeneration (F ) nicht subparallel zur zweiten Faltenachse (B ) ist,3 2
sondern einen Winkel von rund 30° in östlicher Richtung einschließt.
Die mesozoischen Faltenstruktur überprägt die erste Objektlineation L1, welche sich subparallel
zur Faltenachse (B ) der ersten intrafolialen Falten (F ) unter mäßigen Hochdruck- Metamor-1 1
phosebedingungen bildete. Die verfaltete erste Lineation L rotiert auf dem Kurzschenkel der1
Kleinfalten zu und auf den Langschenkel weg von der jeweiligen Faltenachse (B , B ). L wird2 3 1
verstärkt auf dem Kurzschenkel und zeigt hier eine vorherrschende N-S bis NE-SW verlaufende
Richtung. Rekonstruktionen dieses verfalteten Lineationsmusters zeigen jedoch, dass L vor der1
Verfaltung geradlinig in ENE-WSW Richtung auf der Hauptschieferung S verlief.1
Das känozoisch entstandene, transpressionale Alpine St&