The N Variscan margin of the Ruhr coal district (Western Germany): structural style of a buried thrust front?

The Ruhr coal district represents part of an external fold and thrust belt of the Variscan orogen in central Europe. Extensive mining exposed molasse-type, coal-bearing clastic sequences of Upper Carboniferous age, deformed by folding and thrusting.Thrusts range in scale from decameters to 40 kilometers along strike but displacements are below 2.5 km. They are distributed in various stratigraphic levels and no regional detachment horizon is exposed. Displacement is mainly towards NW (towards the foreland) but also towards SE. The thrusts are bound to stockwerk-tectonics and die out towards depth frequently antithetic to the exposed strata.Folds vary in wavelength from decameters to more than 10 kilometers. Transitions from cylindrical or concentric to chevron-type folds are common. They have also been modelled in experiments. There, varying fold types compensate volume problems, created (e.g.) during concentric folding, without a major detachment.Another mechanism of compensating excess volume during folding is evident, where thrusts transport volume from fold hinge areas to fold limbs. Folds generally deform both footwall and hangingwall of thrusts. Numerous observations prove a contemporary development of thrusts in mechanic relation to the folding-process.Overall orogenic shortening decreases slowly from SE to NW, towards the foreland without a major break. The presented structural observations and experimental data point to the fact that orogenic shortening in the marginal fold and thrust belt of the Ruhr district may well be compensated by folding and minor thrusting without major detachment. Therefore, the buried tip line of a regional Variscan detachment horizon may be situated towards the internal parts of the orogen, southeast of the Ruhr district.

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Zusammenfassung Das Ruhrkarbon ist Teil des externen Falten- und Überschiebungsgürtels der Varisziden in Mitteleuropa. Ausgedehnte Bergbauaufschlüsse geben hier Einblick in die gefaltete und zerblockte, molasseartige Schichtenfolge des Oberkarbons.Die aufgeschlossenen Überschiebungen erreichen hier eine streichende Länge von maximal 40 km, die Schubweiten aber allerhöchstens 2.5 km. Die Überschiebungen treten in unterschiedlichen stratigraphischen Niveaus auf; ein regionaler Abscherhorizont ist nicht aufgeschlossen. Die Schubbewegungen sind vorwiegend nach NW in Richtung auf das Vorland gerichtet, es treten aber auch zahlreiche Überschiebungen auf, die nach SE gerichtet sind. Das Auftreten der Überschiebungen ist an ein bestimmtes tektonisches Stockwerk gebunden. Sie laufen zur Tiefe hin häufig antithetisch zur Schichtung aus.Die Spannweite der Falten reicht von Zehnermetern bis zu über 10 km. Übergänge zwischen zylindrischen oder konzentrischen Falten zu Knickfalten sind allgemein verbreitet. Sie lassen sich auch experimentell nachbilden, wobei die verschiedenen Faltentypen Volumenprobleme lösen, die bei konzentrischer Faltung auftreten, ohne daß eine größere Abscherung erfolgt.Eine andere Möglichkeit Volumenüberschüsse abzubauen, ist dort verwirklicht, wo Überschiebungen Material von den Faltenkernen zu den Faltenflanken transportieren. Im allgemeinen setzen sich die Faltenachsen über die Überschiebungen hinweg fort, so daß Hangend- und Liegendscholle gleichartig verfaltet sind. Dies und zahlreiche andere Beobachtungen zeigen, daß die Überschiebungen zeitgleich mit und in mechanischer Abhängigkeit von der Faltung entstanden sind.Die generelle orogene Einengung nimmt im Ruhrkarbon allmählich von SE nach NW, d. h. in Richtung auf das Vorland ab, ohne daß eine sprunghafte Änderung dieses Gradienten eintritt.Die dargelegten Beobachtungen und experimentellen Ergebnisse zur Strukturgeologie deuten darauf hin, daß die orogene Einengung des Ruhrkarbons allein durch Faltung und untergeordnete Überschiebungstektonik erfolgt sein dürfte, ohne daß die Annahme eines größeren Abscherhorizontes erforderlich wäre. Aus diesem Grunde kann mit dem Auftreten großregionaler varistischer Abscherhorizonte im Untergrund erst südlich vom Ruhrgebiet, also näher am internen Bereich des Orogens, gerechnet werden.

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Résumé Le Carbonifère de la Ruhr fait partie de la zone externe plissée et charriée du tectogène hercynien en Europe occidentale. La série stratigraphique du Carbonifère supérieur, de type molassique, plissée et fracturée, est bien connue grâce aux nombreuses exploitations minières.Les chevauchements peuvent y être suivis en direction sur 40 km au maximum, mais leurs rejets ne dépassent pas 2.5 km. Ces failles se rencontrent dans des niveaux stratigraphiques différents. Aucun décollement d'importance régionale n'a été décelé. Le transport est surtout dirigé vers l'avant-pays (vers le nord-ouest), mais il existe aussi de nombreux chevauchements vers le sud-est. La présence des chevauchements est liée à un certain étage tectonique. Vers la profondeur, ils se terminent souvent dans une position antithétique par rapport à la stratification.Les plis sont décamétriques à plurikilométriques (> 10 km). Des transitions entre des plis isopaques et des plis aigus de type «en chevron» sont fréquentes. La coexistence de ces diverses formes de plis, réalisée aussi expérimentalement, permet d'éliminer les problèmes de volume soulevés par un plissement uniquement isopaque, sans faire intervenir un décollement important. Un autre mécanisme d'élimination des excédents de volume est représenté par des chevauchements qui transportent des matériaux depuis les zones de charnières vers les flancs des plis. En général, les surfaces axiales se poursuivent à travers ces failles dont le toit et le mur ont été plissés de la même façon. Cette disposition, jointe à d'autres observations, indique que les chevauchements ont été contemporains du plissement et en interdépendance mécanique avec celui-ci.Dans le Carbonifère de la région de la Ruhr, le raccourcissement orogénique diminue du sud-est vers le nord-ouest, c'està-dire vers l'avant-pays, de manière progressive, sans variation brusque.En conclusion, le raccourcissement orogénique du Carbonifère de la région de la Ruhr a été réalisé par les plis et les chevauchements mineurs associés, sans décollement d'importance régionale. Pour cette raison, l'existence de tels décollements en profondeur ne peut être envisagée qu'au sud de la région de la Ruhr, donc dans une zone plus interne de l'orogène.

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. , , . 40 , — , — 2,5 . . . . . NW, SE . - . , . 10 . , . , , . , . , , . , . SE NW, . . . , , , . , . . .