Epeirogeny,orogeny and the tectonic development of the Kaapvaal basin,Southern Africa

The Kaapvaal intrageosyncline, one of the oldest cratonic basins of the Precambrian shield areas, offers an almost complete record of deposition and diastrophism that occurred between c. 1,4 and 3,0 Ga B.P. Its tectonic development started after the consolidation of the Early Archaean crustal structure when sequences such as the Pongola, Dominion Reef and Witwatersrand accumulated in a tectonically stable environment between c. 2,4 and 3,0 Ga B.P. This early epeirogenic or platformal stage was followed by a period of deposition of the Ventersdorp, Transvaal and Waterberg-Matsap sequences between c. 1,4 and 2,4 Ga B.P. Gravity-induced deformation which culminated in post-Matsap folding in the northern Cape and in post-Waterberg faulting in parts of the northern Transvaal and Botswana, affected portions of the basin situated close to the boundary of the craton with surrounding mobile belts. In Late Precambrian times the tectonic activity was either insignificant or it was again confined to the marginal zones of the craton (e. g. partial tectonic reactivation of the Lower Proterozoic sequences in the foreland of the Namaqua Mobile Belt between c. 0,9 and 1,25 Ga B.P.).Although the Kaapvaal basin represents an epeirogenic feature, the structure of its marginal parts displays some of the characteristics of orogenic belts (e. g. the linearity of fold structures in the Matsap synclinorium in the northern Cape and its uniform vergence towards the axis of the Waterberg-Matsap basin). However, the deformation of sequences in the Kaapvaal basin was not associated with magma generation, and the metamorphism operative in the basin during the Lower Proterozoic was only of burial type.The depositional and deformational history of the platform cover in the tectonically labile marginal zones of the Kaapvaal Craton is related to the tectonic evolution of the adjoining mobile belts. This can be shown by the example of the Namaqua Belt and its foreland in the northern Cape where continuity of certain geological units and tectonic structures exists across the front of the mobile belt. This continuity, together with the similar timing of the tectonic events in the mobile belt and on the craton, points to a common cause for the broad movements of uplift and subsidence on the craton, and for the profound deformation in restricted zones along its margin and in adjoining mobile belts.

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Zusammenfassung Die Kaapvaal-Intrageosynkline ist eines der ältesten bekannten kratonischen Becken, und ihre Entwicklungsgeschichte kann über einen Zeitraum von 1,6 Milliarden Jahren verfolgt werden.Das Becken entstand in einem früh-epigenetischen oder Plattform-Stadium, als die Pongola-, Dominion-Reef- und Witwatersrand-Schichten vor ca. 3,0 bis 2,4 Milliarden Jahren auf die konsolidierte frühpräkambrische Kruste abgelagert wurden. In einem weiteren Sedimentationszyklus folgten die Ventersdorp-, Transvaal- und Waterberg-Matsap-Schichten vor 2,4 bis 1,4 Milliarden Jahren. Gravitationsfaltung, die ihren Höhepunkt mit der Matsap-Deformation in der nördlichen Kapprovinz erreichte, und Störungsbewegungen im nördlichen Transvaal und in Botswana haben das Becken randlich im Grenzbereich zwischen Kraton und den umgebenden mobilen Zonen beeinflußt. Tektonische Bewegungen im Spätpräkambrium waren entweder unbedeutend oder sie spielten sich wiederum im Randbereich des Beckens ab (z. B. tektonische Rejuvenation von frühproterozoischen Gesteinen im Vorland des Namaqua-Mobile-Belt von ca 0,9 bis 1,25 Milliarden Jahren).Obwohl das Kaapvaal-Becken epirogenen Charakter aufweist, so zeigen doch die Strukturen in seinem Randbereich oft orogene Züge. Die Deformation im Beckeninneren war jedoch nicht von Magmaintrusionen begleitet, und während des Frühproterozoikums wurde die Beckenfüllung lediglich von einer geringen Versenkungsmetamorphose erfaßt.Die Sedimentations- und Deformationsgeschichte der Plattform-Serien im tektonisch labilen Randbereich des Kaapvaal-Kratons ist eng mit der strukturellen Entwicklung in den benachbarten mobilen Zonen verbunden. Dies wird am Beispiel des Namaqua-Mobile-Belt und seines Vorlandes in der nördlichen Kapprovinz gezeigt, wo bestimmte geologische Einheiten und Strukturen vom mobilen Bereich in den kratonischen Bereich verfolgt werden können. Diese Kontinuität und der zeitliche Zusammenhang zwischen Deformation immobile belt und auf dem Kraton deuten auf eine gemeinsame Ursache für die weitgespannten epirogenetischen Bewegungen im Beckenbereich und die orogene Tektonik am Rande des Kratons hin.Der Unterschied zwischen stabilen und mobilen Bereichen ist wahrscheinlich auf unterschiedliche Krustendicke und -stärke zurückzuführen, so daß die gleichen tektonischen (orogenen) Bewegungen einerseits zu alpinotypen Strukturen führen, während sie in starken (d. h. schon verfestigten) Krustenteilen germanotype Verformung und Epirogenese zur Folge haben. Orogene oder epirogene Bewegungen hängen daher entweder von verschiedenartiger tektonischer Beanspruchung benachbarter Krustenteile während eines bestimmten Zeitraumes ab, oder sie spiegeln fundamentale Veränderungen in einem bestimmten Krustenbereich im Laufe seiner Entwicklungsgeschichte wider.Ein Beispiel für den ersten Fall ist die in vorliegender Arbeit beschriebene unterschiedliche Entwicklung des Kaapvaal-Beckens und des benachbarten Namaqua-Mobile-Belt im Frühproterozoikum, während letzterer Fall durch die spätarchaische Kratonisierung des Kaapvaal-Grundgebirges und die nachfolgende Evolution der Kaapvaal-Plattform charakterisiert ist.

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Résumé Le Kaapvaal intragéosynclinal, un des plus vieux bassins cratoniques connus des boucliers précambriens, apporte un record presque complet de sédimentation et de diastrophisme qui apparut entre 1400 Ma et 3000 Ma. Son développement tectonique commença après la stabilisation tectonique de la croûte de l'Archéen moyen quand des séries telles que le Pongola, le Dominion Reef et le Witwatersrand se furent déposées dans un milieu tectoniquement stable entre 2400 Ma et 3000 Ma. Cette époque épéiro-génique précoce fut suivie par la période de sédimentation des séries du Ventersdorp, du Transvaal et du Waterberg-Matsap, entre 1400 Ma et 2400 Ma. Le plissement par gravitation qui culmina avec la déformation de Matsap dans le Nord de la province du Cap et par le décrochement post-Waterberg dans certaines parties du Nord du Transvaal et du Botswana, influença les parties du bassin placées en bordure entre le craton et les zones mobiles qui l'entouraient.L'activité tectonique entre 1400 Ma et 600 Ma fut ou insignifiquante ou à nouveau se limita aux parties marginales du craton (c'est à dire une réactivation tectonique partielle des séries du Protérozoïque inférieur dans l'avant-pays de la zone mobile du Namaqualand, entre 900 Ma et 1250 Ma).Bien que le bassin de Kaapvaal montre un caractère épirogénique, les structures des parties marginales montrent cependant quelques traits caractéristiques pour les ceintures orogéniques. La déformation des séries de l'intérieur du bassin du Kaapvaal ne fut cependant pas accompagnée d'intrusions magmatiques, et pendant le Protérozoïque ancien le comblement du bassin fut affecté seulement d'un léger métamorphisme d'enfouissement.L'histoire de la sédimentation et de la déformation des séries de plateforme dans le domaine marginal tectoniquement labile du craton du Kaapvaal est mis en relation avec l'évolution structurale des zones mobiles voisines. C'est ce que montre l'exemple du «Namaqua Mobile Belt» et de son avant-pays dans la province septentrionale du Cap où s'établit la continuité entre la zone mobile et le craton. Cette continuité, et aussi la liaison dans le temps entre la déformation dans la zone mobile et dans le craton, indiquent une cause commune pour les grands mouvements de soulèvement et de subsidence dans le domaine du bassin et pour la déformation profonde en bordure du craton.La différence entre les domaines stables et mobiles est à rapporter vraissemblablement à des épaisseurs et à des résistances différentes de la croûte, de sorte que les mêmes mouvements tectoniques (orogéniques) d'une part conduisent à des structures alpinotypes, tandis que d'autre part dans les parties de la croûtes suffisamment fortes (c'est-à-dire déjà consolidées) ils ont pour effet une déformation germanotype et une épirogenèse. Les mouvements orogéniques ou épirogéniques ou bien dépendent de sollicitations tectoniques de type différent entre parties de la croûte voisines pendant une durée déterminée, ou bien ils reflètent des modifications fondamentales dans un domaine déterminé de la croûte au cours de son développement historique.Un exemple du premier cas est donné par le développement différentiel, décrit dans le présent travail du bassin du Kaapvaal et de la Ceinture mobile du Namaque, voisine, au cours du Protérozoïque ancien, tandis que le dernier cas est donné par la cratonisation, à la fin de l'Archéen, du socle du Kaapvaal et par l'évolution de la plateforme du Kaapvaal qui l'a suivie.

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Kanonaite, (Mn 0.76 3+ Al0.23Fe 0.02 3+ )[6]Al[5][O¦SiO4], a new mineral isotypic with andalusite

Kanonaite forms rare porphyroblasts up to 12mm long in a gahnite— Mg-chlorite — coronadite — quartz schist occurring near Kanona, Zambia. The composition is (microprobe analysis): SiO₂ 32.2, Al₂O₃ 33.9, Mn as Mn₂O₃ 32.2, Fe₂O₃ 0.66, ZnO 0.13, MgO 0.04, BaO 0.04, TiO₂ 0.01, CaO 0.01, PbO 0.01, CuO 0.01, total 99.21, corresponding to $$\left( {{\text{Mn}}_{{\text{0}}{\text{.76}}}^{{\text{3 + }}} {\text{Al}}_{{\text{0}}{\text{.23}}} {\text{Fe}}_{{\text{0}}{\text{.015}}}^{{\text{3 + }}} } \right)_{1.005}^{\left[ 6 \right]} {\text{AL}}_{1.00}^{\left[ 5 \right]} \left[ {{\text{O}}_{{\text{1}}{\text{.00}}} |{\text{Si}}_{{\text{0}}{\text{.99}}} {\text{O}}_{{\text{4}}{\text{.00}}} } \right]$$ The mineral is greenish black, strongly pleochroic with X(∥a) yellow green, Y(∥b) bluish green, Z(∥c) deep golden yellow, biaxial positive, with 2V = 53°(3°), α = 1.702, β = 1.730, γ = 1.823. Vickers microhardness (100 gram load) ranges between 906 and 1017kp/mm². The structure is orthorhombic, isotypic with andalusite, space group Pnnm, a = 0.7953(2), b = 0.8038(2), c = 0.5619(2) nm, V = 0.3592(1) nm³, a/b = 0.9895(3), c/b = 0.6990(3), S.G.(_x) = 3.395 g/cm³, Z = 4. The strongest X-ray powder lines are (d in nm, I, hkl):0.5669, 100, 110; 0.4590, 75, 011 and 101; 0.3577, 90, 120 and 210; 0.2827, 94, 220; 0.2517, 90, 310 and 112; 0.2212, 83, 320, 122 and 212. Comparison of the intensities of 373 observed X-ray reflections with those calculated for several models of Mn³⁺-distribution indicates octahedral coordination of all or most of the manganese present. Interpretation of magnetic measurements (μ_eff = 3.15B.M. per Mn atom at 25 ° C) indirectly supports octahedral coordination of Mn³⁺. The name of the mineral is for Kanona, a town near the type locality. The name is proposed for the end member Mn^{3+ [6]}Al^[5][O¦SiO₄] and for members of the solid-solution series towards andalusite with octahedral Mn³⁺>Al. The presently described mineral may be referred to as aluminian kanonaite.     

Numerical solution of micro-physical equations in a model of a convective cloud

Summary The procedure for computation and the numerical results of the first testing of the so-called Mi-operation, which is a construction unit of the model of a convective cloud[1] and represents the formulation of microphysical phenomena occurring in a convective cloud, are described. In this paper the Mi-operation is applied to the case of the liquid stage, restricted to condensation and drop evaporation. The solution of the corresponding system of kinetic equations serves the purpose of an initial test of the applicability of the integration method to the type of equations mentioned.     

“Pandora box” — Matrix in the calculus of observations

Summary If the condition R(A)=k(n), whereA is the design matrix of the type n × k and k the number of parameters to be determined, is not satisfied, or if the covariance matrixH is singular, it is possible to determine the adjusted value of the unbiased estimable function of the parameters f(), its dispersion D( (x)) and ² as the unbiased estimate of the value of ² by means of an arbitrary g-inversion of the matrix . The matrix , because of its remarkable properties, is called the Pandora Box matrix. The paper gives the proofs of these properties and the manner in which they can be employed in the calculus of observations.     

Identity of the characteristics of electrodynamic seismographs with non-standard periods of seismometers and galvanometers

Summary The maximum changes of magnification were determined for electrodynamic seismographs with standard characteristics and for some experimental long-period seismographs, the constants of which are given in Tab. 1, when the period of the seismometer or galvanometer has a deviation of not more than 5% from the standard value. Under the assumption of control of the other constants of the seismograph, identical amplitude and phase responses with a small change of the absolute magnification of the seismograph may be achieved with characteristicsAII ( ² >0.2), AIV ( ² 0.4), B ( ² >0.3) Nos28, 32 and33. This deviation can also be compensated by adjusting the optical distance. The procedure of adjusting the identical characteristics is suitable for systems with which an accurate setting of the period is difficult and for systems with an uncontrollable period, provided their values are within the limits of allowed deviations from the standard constants.     

Time variation of earthquake activity in the Balkan region

Summary Three quantities M, E ^1/2 and E ^2/3 are used for studying the Balkan earthquake provinces. Most of them show a regular trend of activity, for some of them the observation period of 70 years is too short. Some graphs give evidence of the coincidence or migration of activity.     

Regional trends in European induction data

n ¶rt;a, n¶rt;mau 531 au ¶rt; u aum m u¶rt;uu n mumu ana¶rt;, ¶rt; u -m n, aauum ¶rt;um u u amuaa n¶rt;naa ma ua aama. uu nmam an¶rt;u ¶rt; u aum aam ¶rt;au cuu uP _n ^m , n¶rt;am mn n=1, 2, 3 u 5 (m n). u uua ¶rt;a¶rt;amu uu n¶rt;mauu uum au (a. 1) u u n aumam uu nmu, m n¶rt;mam u¶rt; am uuu ¶rt; u aum (u. 1–4). annuau 2 u 5 mn nm ma am mmmu m (u. 5, 6). ama uuu u m aam amu uu uma.     

Mechanism of solar-terrestrial relations and changes of atmospheric circulation

Summary As a result of investigating the relations between the variations of geomagnetic activity and meteorological factors [1, 2] a mechanism of solar-terrestrial relationships and a model of the changes of atmospheric circulation in the Northern Hemisphere are proposed; this provides an explanation of the causes of the fluctuation of the climate, of dry and cold periods and differing vegetation conditions in various years in dependence on the intensity of geomagnetic activity.     

On one generalization of trochoidal waves

Summary The concept of the generalized trochoidal waves discussed in[1] is revised and modified. A new formula defining the auxiliary function (b, c) was found with the aid of the results derived in[3] and some physical considerations.