Kenntnis der Randstrukturen des Witwatersrand-Beckens im nördlichen Oranje-Freistaat-Goldfeld (Südafrika)

Zusammenfassung Eine Analyse der Randstrukturen des Witwatersrand-Beckens im nördlichen Oranje-Freistaat-Goldfeld zeigt, daß das tektonische Bild der Beckenrandregion nacheinander durch verschiedene Deformationsakte von unterschiedlichem Charakter geprägt worden ist. Auf eine Einengungsphase von spät-Witwatersrand-Alter, die zur Bildung einer randlichen Aufrichtungszone und zum Aufreißen eines Systems von 'normalen und antivergenten Aufschiebungen führte, folgte während des Unteren Ventersdorp eine jüngere Zerrungsphase, bei der es zu einem staffeiförmlgen Zerbrechen der ursprünglich eingeengten Scholle kam. Die Zerrung hängt sehr wahrscheinlich mit dem Zerbrechen der Beckenrandregion während oder unmittelbar nach der Extrusion der Unteren Ventersdorp-Laven zusammen. Dabei wurde ein schmaler randparalleler Streifen der Beckenfüllung in einem Graben versenkt ('Odendaalsrus-Graben). Die abgesunkenen Schollenteile sind in sich noch stark zerbrochen und gewöhnlich schiefgestellt. Da der versenkte Streifen durch ein primäres Einmuldungsstadium hindurchgegangen ist, deutet die Grabenbildung offenbar eine Fortsetzung der Beckenbildungsvorgänge 'mit anderen Mitteln an. — Die Bewegungen haben ein Alter von etwa 2,1 Mrd. Jahren; sie fallen somit ins frühe Präkambrium und sind keinesfalls 'intraalgonkisch, wie es noch bis in die jüngste Vergangenheit angenommen wurde.Tektonische Experimente haben ergeben, daß sich die wichtigsten Störungssysteme der realen Beckenrandstrukturen bei entsprechend gewählter Versuchsanordnung auch künstlich erzeugen lassen.

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The Orange Free State goldfield represents the southernmost part of the Witwatersrand Basin (Fig. 1) which is completely buried under a cover of Ventersdorp and Karroo rocks. The pre-Karroo geology of this area is characterized by a major rift system trending SSW-NNE ('Odendaalsrus graben), followed to the east by a V-shaped horst and two minor rift blocks (Fig. 2). The main graben is bounded by two principal faults (Border Fault, De Bron Fault, Fig. 4) which are roughly parallel to the western rim of the basin.A tectonic analysis of the basin-edge structures in the northern part of the graben reveals that the basin rim has been subjected to a sequence of deformational acts working over a considerable period of time. A primary compression of the basin-edge region in Upper Witwatersrand times resulted in the formation of a marginal fold; since sedimentation continued, the different stages of the folding process were sometimes preserved by a set of minor unconformities within the youngest sediments (Elsburg A Reefs, Fig. 5). With increasing lateral pressure a couple of reverse faults developed to support the folding (faults No. 10 and 11, Figs. 6 and 7); the minor thrust faults No. 19 and 21 represent the second component of this fault system. A reconstruction of the original depositional plain of the Lower Agglomerate shows that the main thrust faults (No. 10 and 11) are definitely older than the Elsburg A 1 Reef and have been obviously revived after the younger sediments had been laid down (Fig. 8 a).In a later stage compression gave way to tensional forces bringing about a fracturing of the overturned limb of the marginal fold along normal faults (faults No. 4 and 7, Figs. 6 and 7). There is reason to believe that the tensional phase was associated with the incipient rifting during early Ventersdorp times and that these faults were more or less contemporaneous with the general tilting of the basin-edge as displayed to-day (cf. Figs. 3 and 4). Because of the westerly tilt the Boulder Beds dip towards the west, although they must have been originally deposited on a ± horizontal or slightly basinward dipping plain. Faulting was mostly accomplished before deposition of the Ventersdorp sediments and the Upper Ventersdorp Lavas took place; the latter are seldom or only to a small degree affected by the fractures (Figs. 3 and 4). — The age of the tectonics is about 2,1×10⁹ years, i. e. early Precambrian and not Algonkian as formerly supposed.Experimental work aiming at an imitation of the observed basin-edge structures has shown that the principal tectonic features can be produced artificially (Figs. 8 a and b). This refers in particular to the main system of thrust-faults as well as to the younger step-faults caused by tension.

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Résumé Les structures tectoniques au bord du Bassin de Witwatersrand dans le district de mines d'or septentrional de la République d'Orange (Afrique du Sud) ont été analysées. Il s'est montré qu'elles sont déterminées par l'action de plusieurs phases de déformation successives de caractères différents. Une phase de compression d'âge Witwatersrand supérieur a d'abord amené un redressement des couches dans une zone marginale du bassin, avec chevauchements à vergences «normales» et inverses. Elle était suivie pendant le Ventersdorp inférieur d'une phase de traction qui produisit des cassures en gradins dans le secteur primitivement comprimé. La traction est très vraisemblablement en relation avec l'effondrement de la zone marginale du bassin pendant ou peu après l'extrusion des laves inférieures de Ventersdorp. Une bande étroite de sédiments, parallèle au bord du bassin, fut alors affectée d'un affaissement (formation du «graben d'Odendaalsrus») où de nombreuses cassures à l'intérieur des compartiments affaissés ont résulté dans la formation de blocs plus ou moins inclinés. Puisque cette zone a d'abord passé par un stade synclinal, on a l'impression que l'effondrement du graben ne représente que la reprise de l'affaissement général du bassin à l'aide d'une «technique nouvelle». - Les mouvements ont un âge de 2.1 milliards d'années, ils datent par conséquent du Précambrien inférieur et ne sont point «intra-algonkiques» comme il fut encore admis tout récemment.Il a été possible de reproduire artificiellement les systèmes de failles les plus importants de la zone marginale du bassin, si les conditions de l'expériment étaient favorables.

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Witwatersrand . . 2,1 , . . . , .

     

ROTATIONAL SLUMPS AND SLUMP SCARS IN SILURIAN ROCKS, WESTERN IRELAND

Curved or planar discordant surfaces occurring within a limited stratigraphic range immediately beneath shallow marine deposits represent penecontemporaneous shear surfaces along which slumps have moved. Rotated packets of strata frequently retained within the curved discordant surfaces show both internal and external evidence of having moved laterally. Movement is considered to have been triggered off by a sudden shock or shocks which may have been either of sedimentary or tectonic origin. The slumping occurred at the change in gradient between slope and shallow marine shelf deposits.     

Relations between metamorphism and orogeny in a typical section of the Indian Himalayas

Summary A comprehensive geological and petrological investigation has been undertaken in an area of about 10 000 km² in the Indian Himalaya (S-Lahul, Himachal Pradesh). The development of mineral assemblages in metamorphic rocks of medium grade is considered to be a dominant Alpine event, although almost exclusively Paleozoic and Precambrian rocks have been involved. The Barrowian type of this metamorphism, ranging from the anchi- to the sillimanite zone, took place under the elavated T-gradient of about 4°C/100 m. It is suggested that normal geothermal conditions prevailed only in the outermost zone of this orogenic belt. In the Late Tertiary this metamorphic series has been moved as a huge nappe upon the Lower Himalaya. During this process a unique feature of reverse metamorphism has been formed. It can be shown that this feature was caused by a combination of metamorphism and very rapid tectonic movements.

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Beziehungen zwischen Metamorphose und Orogenese in einem typischen Querschnitt des Indischen Himalaya

Zusammenfassung Ein etwa 10 000 km² großes Gebiet des Indischen Himalaya (S-Lahul, Himachal Pradesh) wurde einer umfassenden geologischen und petrographischen Bearbeitung unterzogen. Die Ausbildung der in den mittelgradig metamorphen Gesteinen vorliegenden Mineralparagenesen wird als ein dominant alpines Ereignis betrachtet, obwohl fast nur paläozoische und präkambrische Gesteine einbezogen wurden. Die Metamorphose selbst ist von Barrow-Typus und reicht von der Anchi- bis zur Sillimanitzone. Sie fand unter einem erhöhten Temperaturgradienten von etwa 4°C/100 m statt. Nur in der äußersten Zone des Orogens entsprach der Gradient etwa normalen geothermischen Verhältnissen. Im Spättertiär wurde diese alpin-metamorphe Serie in Form einer mächtigen Kristallindecke dem Niedrigen Himalaya aufgeschoben. Dabei wurde eine einzigartige Zone inverser Metamorphose ausgebildet. Es konnte gezeigt werden, daß diese inverse Metamorphose durch das Zusammenwirken von Metamorphose und sehr rasch ablaufender Tektonik entstand.

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With 13 Figures

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Dedicated to Prof. Dr. Dr. h. c.B. Sander on the occasion of his 90th birthday.     

Das „Randcenoman“ der Nördlichen Kalkalpen und seine Bedeutung für den Ablauf der ostalpinen Deckenüberschiebungen und ihrer Schubweiten

Zusammenfassung Das Randcenoman erstreckt sich über 220 km als ein der Cenoman-Serie zugehöriger Grenzbereich gegen die Flyschzone am Nordrand der Kalkalpen vom Chiemsee bis in das Große Walsertal.An einer Anzahl durchgehender Profile wurden stratigraphische und sedimentologische Untersuchungen durchgeführt.Nach Mikrofaunen konnten neue stratigraphische Belege für eine örtliche Sedimentationsfortsetzung ohne erkennbare Schichtunterbrechung vom Alb bis in das Cenoman gefunden werden. Hinweise auf unterturones Alter ergaben sich an zwei Stellen. Die alttertiären Tratenbachschichten sind tektonisch von Randcenoman und Flysch abgegrenzt.Trotz eines heterogenen Gesteinsaufbaus in vertikaler und horizontaler Ausdehnung mit einer differenzierten Wechsellagerung von Peliten, Psammiten und Psephiten zeigt die Cenoman-Serie petrographische Konstanz in Gefüge und Mineralzusammensetzung, besonders im Geröllspektrum und der Schwermineralassoziation (Chromit-SpinellPicotit).Die Gesteine des Randcenoman sind in einem einheitlichen Ablagerungsraum sedimentiert worden. Das gilt auch für ihre Anteile in der Arosa-Zone im Allgäu und im Bregenzer Wald.Faziesbeziehungen zur Flyschzone gibt es nicht.Auf das Ablagerungsmilieu deuten Flachwasserbildungen hin, die im flachen Randbereich der Geosynklinale während langdauernder Ruhigwasserfazies mit episodischen Unterbrechungen abgelagert wurden.Die petrographische Zusammensetzung der allothigenen Gerölle, ihr Rundungsgrad, ihre metamorphe Beanspruchung und ihr Erhaltungszustand lassen Analogieschlüsse mit Gesteinen vom Verrucano-Typ zu. Im Zusammenhang mit der Tonmineralführung der Pelite (Kaolinit) und der typischen Chromit-Spinell-Beteiligung kann auf ein breites Festland geschlossen werden. An der Detritusanlieferung sind neben dem mesozoischen kalkalpinen Untergrund und Gesteinen vom Verrucano-Typ Unterostalpin und Südpenninikum beteiligt. Damit sind die nördlichen Kalkalpen im Süden der Tauern beheimatet.Der Zeitraum der Überschiebung über das Penninikum liegt nicht vor Unterturon.Mittelkretazische Bewegungen werden in der Cenoman-Serie nur untergeordnet wirksam, wo sich Konglomerate und Geröllpsammite an der Wende Alb-Cenoman horizontieren lassen.

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The Randcenoman extends over a distance of 220 km as a boundary part of the Cenomanian Series along the alpine Flysch at the northern margin of the Limestone Alps from Chiem-See to the Grosses Walsertal.Series of continuous profiles have been investigated by stratigraphic and sedimentologic methods.By use of microfossils it could be proved that sedimentation lasted from Albian up to Cenomanian without visible interruption. At two different localities it was possible to find references to Turonian age.The Tratenbach layers of Tertiary age are separated tectonically from the Randcenoman and the Flysch.The rocks of Randcenoman show a very constant texture and association of minerals, especially in boulders and heavy minerals (chromite-spinel-picotite).These rocks must have been sedimented into an uniform trough. Same may be said concerning their contents within the Arosa-Zone in the Algovian region and in the Woods of Bregenz. There are no connections possible with facies of the Flysch series.Sediments of low water type show that these series have been deposed along the margin of the Alpine Geosyncline during long times of stagnant waters with episodical interruptions.The petrographic composition of the allothigenic boulders, their roundness, metamorphic stress and their state of conversation allows comparisons with rocks of the series of the Verrucano.The existance of a vast continent may be derived from the clay contents of the pelites (kaolinite) and the typical appearance of chromite-spinel minerals. The detritus has been delivered partly by the Lower Austroalpine unit and southern Penninicum, and by Mesozoic series of the Limestone Alps and rocks of Verrucano type.Concluding the origin of the Northern Limestone Alps has to be located south of the Tauern window.The movement of the Austroalpine nappes over the Penninicum cannot have happened before Lower Turonian age. The movements of Middle Cretaceous time are only of small efficiency on the series of Cenomanian where conglomerates and psammites containing boulders could be dated to be of Albanian-Cenomanian age.

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Résumé Le «Randcenomanien» s'étend sur 220 Km comme un ensemble-limite appartenant au Cénomanien, au contact de la zone du Flysch à la bordure Nord des Alpes calcaires, depuis le Lac de Chiem jusqu'à la «Grosse Walsertal»,L'auteur a effectué, le long d'un certain nombre de profils, des recherches stratigraphiques et sédimentologiques.A partir des microfaunes, on peut trouver de nouvelles preuves stratigraphiques en faveur d'une continuité de la sédimentation de l'Albien jusqu'au Cénomanien, sans aucune interruption reconnaissable. A deux endroits l'auteur a trouvé des indications concernant la présence du Turonien inférieur. Les couches du «Tratenbach» appartenant au Tertiaire inférieur sont séparées par voie tectonique du «Randcenomanien» et du Flysch.Malgré une constitution lithologique hétérogène, tant suivant la verticale que l'horizontale, avec des alternances bien marquées de pélites, psammites et pséphites, la série du Cénomanien montre une constance pétrographique quant à la texture et la composition minéralogique, spécialement dans la gamme des galets et l'association des minéraux lourds (Chromite-Spinelle-Picotite).Les roches du «Randcenomanien» ont été sédimentées dans un bassin uniforme; c'est aussi le cas dans la zone d'Arosa dans l'Allgäu et de la forêt de Bregenz.Il n'y a aucune connection avec les facies de la zone du Flysch.Quant au milieu de sédimentation, is est donné par les formations d'eaux profondes qui ont été déposées dans la région de bordure peu profonde du géosynclinal au cours de périodes de longue durée, en eau calme, avec seulement quelques interruptions épisodiques.La composition pétrographique des galets allothigènes, leur degré d'arrondi, leur degré de métamorphisme et leur état de conservation permettent de faire des analogies avec des roches du type Verrucano. Compte tenu aussi des minéraux argileux intervenant dans la constitution des pélites (kaolinite) et à la participation typique de la Chromite et du spinelle, on en arrive à la conclusion que le continent fournisseur de ces sédiments a été assez vaste. Aux apports détritiques du Mésozoïque inférieur des Alpes calcaires et des roches du type «Verrucano», sont venus s'ajouter ceux en provenance de l'Austroalpin inférieur et du Pennique méridional. C'est pourquoi le lieu d'origine des «Alpes calcaires» du Nord doit se trouver au sud des Tauern.Le chevauchement sur le Penninicum n'a pas eu lieu avant le Turonien inférieur.Les mouvements Crétacé inférieur dans le Cénomanien n'ont été que peu actifs, là où des conglomérats et des psammites à galets se sont épandus entre l'Albien et le Cénomanien.

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Randcenoman 220 , Chiem Große Valsertal. . . , . Tratenbach Randcenoman . , , , , , (- -). Randcenoman . Arosa Allgäu Bregenzer Wald. . . , , . , () - . , . . . Tauern. . , , / .

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Erweiterte Fassung eines am 25. Februar 1972 auf der 62. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in Frankfurt gehaltenen Vortrages.     

An XPS study of the dissolution kinetics of chrysotile in 0.1 N oxalic acid at different temperatures

The dissolution of chrysotile is studied in regard to the surfaces analysis by photoelectron spectrometry. After leaching of chrysotile (Provenance: Thetford; about 200 mg of fibers of 1 cm length) in nonstirred 0.1 N oxalic conditions, the composition of the mineral surfaces is determined by XPS; kinetic curves of dissolution are given in the range 22–80°C. Two conditions for the rate-limiting step are involved for the explanation of the dissolution: diffusion of Mg²⁺ through the fibrous gel or dissociation of chrysotile. By the former, some values of the diffusion coefficient are proposed: D varies from 5·10^?19 cm²s^?1 to 5·10^?16 cm²s^?1, in the range 22–80°C. By the second model, the leaching rate is estimated from 3 Å (22°C) per h to 250 Å (80°C) per h. For the 2 models, the activation heat energy is in the range 15–20 Kcal.     

Magma fractionation systems beneath the mid-Atlantic ridge at 36–37 ° N

Variation of major and trace elements in drilled basalts from the Mid-Atlantic Ridge (DSDP Leg 37) reflects distinct cycles of low pressure fractionation operating independently within a complex network of magma storage reservoirs beneath the crustal spreading axis. Low pressure phase relations are determined by parental magma composition, which varies from An-rich (An/Di > ca. 1.4) to Di-rich (An/Di < ca. 1.4). High An/Di magmas probably formed under slightly hydrous conditions in the mantle. They have low LIL element contents, low P/Y and high Mg/(Mg + Fe) ratios. Zr, P and Y abundance and inter-element ratios are highly diagnostic of primary magma type, and are used to quantify fractional crystallization models.Low pressure fractionation hypotheses were tested by least-squares modelling of whole-rock and phenocryst chemistry, which indicated removal or addition of phenocryst assemblages: ol; pl; ol + pl; ol + pl + cpx; pl + cpx, (± sp). Accumulation of plagioclase or olivine is an important mechanism for generating highly porphyritic rocks. A rare 3-phase (ol + pl + cpx) cumulate resulted from cotectic fractionation of a low An/Di magma type. Olivine and plagioclase cumulates appear to be related to high An/Di magmas. Olivine accumulation has been monitored by comparison of olivine/bulk rock partitioning of Fe and Mg to experimental measurements of the equilibrium K_D value. A single extensive sub-axial magma chamber could not account for the observed chemical variation and would probably be dynamically unstable.     

The system: Two alkali feldspars-KCl-NaCl-H2O at moderate to high temperatures and low pressures

Because of frequent discrepancies between the available experimental data and the measured composition of alkali chloride aqueous solutions coexisting with two alkali feldspars in high temperatures-low pressures natural systems, a systematic investigation of the system KAlSi₃O₈-NaAlSi₃O₈-KCl-NaCl-H₂O has been undertaken.Experiments have been carried out at temperatures from 300 °C to 660 °C, pressures from 0.2 to 2 kbar and total chloride concentrations ranging from 0.05 to 14 moles/kg H₂O.No effect of pressure on the feldspars solvus could be detected. Smoothing the experimental data on the basis of the regular assymetric solid solution model yields a critical temperature of 661°C and a critical composition of Or_0.36Ab_0.64.The equilibrium constant C = m _KCl/m _NaCl does not depend on total chloride molality, as long as the aqueous solution is homogeneous. But, in the miscibility gap (liquid+vapour) of the fluid, C is always lower in the vapour than in the liquid. The higher the temperature and the lower the pressure, the more striking this effect. For instance, at 500 ° C C _vaqour/C _liquid = 1 above 1 kb, 0.9 at 600 bars, 0.8 at 500 bars, 0.7 at 400–450 bars.The effect of pressure can be neglected in homogeneous fluids and in the liquid phase of unmixed fluids, but it is very important in the vapour phase (dilute solutions at low pressure).The selected values of C _max are (±0.01) 300 ° C0.083; 400 ° C0.139; 500 ° C0.200; 600 ° C0.264; 650 ° C0.298Such a behaviour of the fluid at low pressures explains the abnormally low values of m _KCl/m _NaCl measured in many natural hydrothermal systems. A new mechanism of alkali metasomatism (especially potassic alterations) is also proposed, taking into account the unmixing of alkali chloride aqueous solutions. This model seems particularly interesting in late magmatic hydrothermal processes, such as those occuring in porphyry type deposits.     

The depositional environment of Mauddud limestone,Greater Burgan oil field,Kuwait

Six microfacies are defined on quantitative petrographic data in a carbonate/clastic sequence from the subsurface, oil producing Mauddud Formation of early Middle Cretaceous age. These are, in descending order of importance and abundance: (1) biomicritic wackestone-packstone, (2) argillaceous mudstone, (3) micritic mudstone, (4) glauconitic sandstone, (5)Orhitolina pelsparitic grainstone, and (6) argillaceous dolomite.Sedimentation took place during a marine transgression onto a very shallow, intertidal, restricted marine shelf lagoons. Facies variations appear to be related to depth and energy changes and proximity to areas of clastic deposition. These changes may have been controlled by slight tectonic events in the hinterland and changes in the rate of basin subsidence.

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Zusammenfassung Auf der Grundlage quantitativer petrographischer Daten werden sechs Mikrofazies in einer karbonat/klastischen Folge aus der unter der ErdoberflÄche liegenden, ölliefernden Mauddud-Formation der frühen Mittelkreide definiert. In absteigender Reihenfolge der Bedeutung und HÄufigkeit sind dieses: (1) biomikritischer wackestone-packstone, (2) toniger Schlickstein, (3) unkritischer Schlickstein, (4) glaukonitischer Sandstein, (5) Orbitolina-führender pelsparitischer Grainstone und (6) toniger Dolomit.Die Sedimentation erfolgte wÄhrend einer marinen Transgression auf sehr flache, intertidale Lagunen eines begrenzten marinen Schelfs. Die Fazies-Variationen scheinen mit den Wechseln in Wassertiefe und Energie sowie der mit NÄhe von Gebieten mit klastischer Sedimentation zusammenzuhÄngen.Diese Wechsel könnten durch kleinere tektonische Ereignisse im Hinterland und durch VerÄnderungen der Absenkungsrate des Beckens ausgelöst worden sein.

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Résumé Des données pétrographiques quantitatives permettent de définir six microfacies dans une série clasto-carbonatée d'âge crétacé inférieur du sous-sol de la région pé trolifère de Mauddud. Ce sont par ordre décroissant d'importance et d'abondance: (1) des wacstones-pacstone biomicritiques; (2) des argilites; (3) des argilites micritiques; (4) des grès glauconitiques; (5) des grainstone pelsparitiques à orbitolines; (6) des dolomies argileuses.La sédimentation se produisit au cours d'une transgression marine dans des lagunes très plates, intercotidales, d'une plate-forme continentale de faible étendue. Les variations de facies semblent Être dues à des changements de profondeur et d'énergie, ainsi qu'à la proximité de régions à sédimentation clastique.Ces changements pourraient résulter de légers mouvements tectoniques dans l'arrière-pays et de variations dans le degré de subsidence du bassin de sédimentation.

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- Mauddud, ( ). : 1) ; 2) ; 3) ; 4) ; 5) , 6) . , . , , , . , .