Jura- & Neotektonik im Raum Basel

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1 Jura- & Neotektonik im Raum Basel Exkursion, 10. April 2010 Leitung: Alexandre Kounov, Matěj Peč & Thomas Bader Erstellung des Exkursionsführers: Kamil Ustaszewski Geologisch-Paläontologisches Institut, Uni Basel Abb. 1: a. Übersicht der grosstektonischen Einheiten der weiteren Umgebung Basels. Oberrheingraben (URG) und Bresse-Graben (BG) werden durch eine breite Zone mit zahlreichen N- bis NEstreichenden Verwerfungen verbunden, der sog. Rhein-Bresse-Transferzone (RBTZ). Diese Zone ist durch ein ENE-streichendes, paläozoisches Grabensystem vorgezeichnet, welches unter den mesozoischen Sedimenten verborgen liegt. AM = Avant-Mont thrust, BT = Besançon thrust, M = Mandach & Mettau thrusts, MS = Massif de la Serre. b. Modellhafte Vorstellung der tektonischen Bewegungen im Lauf der Zeit unter sich ändernden Spannungsbedingungen. + bedeutet Hebung.

2 Abb. 2: tektonische Übersichtskarte des südlichsten Oberrheingrabens (URG) und seines Rahmens. Geographische Namen sind kursiv. Die Übersichtsskizze oben rechts zeigt die Einpassung der tektonischen Strukturen des Hauptteils der Figur in den überregionalen Rahmen. BG = Bresse Graben, RBTZ = Rhein-Bresse Transferzone, URG = Oberrheingraben. (aus Ustaszewski and Schmid, 2006) 2

3 Beschreibung der Haltepunkte Neotektonik im Raum Basel 1. Aussichtsstop bei Bettlach (F) bei Bunkeranlagen an Maginot-Linie N , E Themen: - Erläuterung des geologischen Rahmens - Blick vom südlichen Rheingraben auf die frontalen Ketten des Faltenjura 2 Koestlach (F), Steinbruch N , E Lithologie: oolithischer Kalk Formation, Alter: Hauptrogenstein, Bajoc-Bathon (Dogger) Themen: Jurafaltung, Überschiebungen 3. Seppois-le-Haut (F), aufgelassene Kiesgrube N , E Lithologie, Alter: Sundgau Schotter, Pliozän Themen: Fluviatile Sedimentation, Geröllspektrum, Schüttungsrichtung, Herkunftsanalyse, Flussgeschichte, Neotektonik 4. Réchésy (F), aufgelassener Steinbruch beim Zoll N , E Lithologie: Konglomerate mit kalkarenitischen Zwischenlagen Formation, Alter: Sannoisien (Unterer Rupel, Oligozän) Themen: Synrift-Sedimentation, Drucklösung - voraussichtliche Mittagspause - 5. Aussichtsstop bei Lugnez JU N , E Themen: Flussablenkung, Trockentäler 6. Steinbruch bei La Malcôte, SE Cornol JU N , E Themen: Jurafaltung, Mt. Terri Antiklinale 7. St-Ursanne, Auberge Le Chandelier JU N , E Themen: Jurafaltung, Mt. Terri Antiklinale 8. Steinbruch La Petite Morée, W Glovelier JU N , E Lithologie: Oolithische Kalke, Mittelmiozäne Karstfüllung Formation, Alter: Verena-Oolith, Oberer Oxford (Malm) und mittleres Miozän Themen: Karstbildung, Alter und Kinematik der Jurafaltung, Schersinne an Verwerfungen 3

4 Abb. 3: geologischer Profilschnitt durch den südlichsten Oberrheingraben. Der Profilverlauf ist aus Abb. 2 ersichtlich. Der südlichste Rheingraben besteht im Wesentlichen aus 4 leicht asymmetrischen, nach Osten verkippten Halbgräben, die von steilstehenden, nach Westen einfallenden Abschiebungen begrenzt sind. Diese Abschiebungen weisen eine schwache Listrizität (=Schaufelform) auf und reichen vermutlich bis knapp an die Basis der Erdkruste (MOHO). Die Hauptabschiebung in diesem Profilschnitt ist unterhalb der Rheintalflexur ausgebildet. (Ustaszewski, 2004) 4

5 Abb. 4: oben: geologisches Profil durch den Faltenjura zwischen Ferrette und Grenchen (Phillippe 1995). Profilspur siehe Abb. 2. unten: mechanisches Prinzip der Jurafaltung. Die Ursache der Jurafaltung wurzelt in den Alpen. Beim Aufstieg der Externmassive wurde die subalpine Molasse von den höheren alpinen Decken überfahren. Die dabei erzeugte Verkürzung wurde über das Molassebecken in Richtung Vorland übertragen. Dort erfolgte eine Entkoppelung zwischen der Sedimenthaut und dem Grundgebirge entlang mechanisch schwacher Schichten an der Basis der mesozoischen Sedimente (mitte rechts). Im Bereich des Faltenjura wurden die abgescherten Sedimente verfaltet und auf das Vorland überschoben. Dieser Vorgang ähnelt dem Entstehen eines Schneekeiles vor der Schaufel eines Schneepfluges (unten rechts) 5

6 Abb. 5 (links): Lage der Haltepunkte der Exkursion Abb. 6 (unten): geologischtektonische Detailansicht der Ferrette-Kette und der Ajoie mit Lage der geologischen Profilschnitte (Abb. 14). AF = Allschwil-Bruch, Bl = Blauen Antiklinale, F = Florimont Antiklinale, Fe = Ferrette Antiklinale, FF, = Ferrette-Bruch, Gl = Glaserberg Antikl., La = Landskron Antikl., R = Réchésy Antikl. (aus Ustaszewski and Schmid, 2006) 6

7 Abb 7: Stratigraphische Tabelle der tertiären Sedimente im südlichen Rheingraben und angrenzenden Jura im Zusammenhang mit der tektonischen Entwicklung. (Ustaszewski and Schmid, 2006) 7

8 Abb. 8: Entwicklung des Entwässerungsnetzes im nordwestlichen Alpenvorland vom Miozän bis heute. Pfeile deuten die Fliessrichtung der Flüsse an. Grau schattiert = tertiäre Becken/Gräben; Dünn gestrichelt = Isopachen der pliozänen bis quartären Sedimente; Dick gestrichelte Balken = Wasserscheiden. (aus: Giamboni et al., 2004). 8

9 Abb. 9: Die Isohypsenkarte der ursprünglich weitgehend ebenen Basis der Sundgau Schotter westlich von Basel (verändert nach Giamboni et al. 2004) zeigt deutlich ein System von ENE- bis NEstreichenden Antiklinalen und Synklinalen. Diese streichen annähernd senkrecht zur heutigen grössten horizontalen Hauptspannung im Grundgebirge (zusammenlaufende schwarze Pfeile unten links), die aus der Auswertung von Erdbeben abgeleitet werden kann. Der Abstand der Isohypsen beträgt 10 m, die Höhenlage ist in Meter über dem Meer angegeben. (Ustaszewski and Schmid, 2007) 9

10 Abb. 10: ad Stop 3. (a) konjugierte Abschiebungen in den pliozänen Sundgauschottern. Der Versatz ist am besten am Versatz von dm-mächtigen Sandlagen erkennbar (b). Darstellung der gemessenen Abschiebungsflächen in einer stereographischen Projektion (untere Halbkugel) zeigt Extension in NE- SW-Richtung an (c). (Ustaszewski and Schmid, 2007) 10

11 Abb. 11: Reliefkarte zweier en-échelon- ( fiederförmig) angeordneter Antiklinalen an der Grenze von Tafeljura zu Rheingraben in der nördlichen Ajoie (Ausschnitt aus dem 25m DEM der swisstopo). Man beachte die Übereinstimmung zwischen dem Schichtstreichen der Sedimente und der Geländeform, sowie die deutliche Ablenkung der Flüsse im Bereich der Antiklinalscheitel. Der Ausschnitt entspricht dem schwarzen Rechteck in Abb. 12. (Ustaszewski and Schmid, 2007) 11

12 Abb. 12: Topographie und schematische Gewässernetz-Entwicklung im Tafeljura der Ajoie (aus Giamboni et al., 2004) 12

13 Abb. 13: Orientierung des Spannungsfeldes im nördlichen Jura und im angrenzenden Rheingraben. Zusammenlaufende Pfeile geben die Verkürzungsrichtung an, divergierende Pfeile, die Dehnungsrichtung. Die kleineren, grauen Pfeile geben Paläospannungen an, schwarze Pfeile sind rezente Spannungen, die aus der Analyse von Erdbeben oder Bohrlochdaten ermittelt wurden. Die Zahlen neben den Pfeilsymbolen geben die Tiefe der Messung in km an. (aus Ustaszewski and Schmid, 2007) 13

14 Abb. 14: Profilschnitte durch die Ferrette-Kette. Lage der Schnitte aus Abb. 6 ersichtlich. (aus Ustaszewski and Schmid, 2006) 14

15 Abb. 15: Profilschnitt durch die Florimont-Antiklinale. Man beachte, dass der N-Schenkel steiler als der S-Schenkel ist (durch die frühtertiäre Dehnungstektonik bedingt). Die Anhebung des S-Schenkels ist nach der Ablagerung der Sundgauschotter entstanden, was man aus der Übereinstimmung der Fallwinkel von Sundgauschotter und mesozoischen Schichten sieht. (aus Giamboni et al., 2004) Abb. 16: modellhafte Vorstellung der Entwicklung der Florimont- und Réchésy-Antiklinale. a. Subsidenz während dem Frühtertiär (Priabon frühes Aquitan) in Verbindung mit der Rheingrabendehnung, b. regionale Hebung (spätes Aquitan frühes Burdigal), gefolgt von Sedimentation mittelmiozäner Sedimente (Bois de Raube Fm.), c. fragliche leichte Stauchung im Spätmiozän Frühpliozän im Zusammenhang mit der Jurafaltung, d. lokale Einebnung, gefolgt von Ablagerung der Sundgauschotter, e. Post-2.9 Ma Faltung in Zusammenhang mit der kompressiven/transpressiven Reaktivierung paläozoischer Verwerfungen im Basement. Figur nicht massstabsgetreu. (aus Giamboni et al., 2004) 15

16 Abb. 17. ad Stop 8. oberjurassische Kalke am S-Ende der Caquerelle-Antiklinale. Die Kalke sind von subvertikalen, NNE-streichenden Karstspalten durchsetzt, welche Sedimente der OMM und OSM enthalten. Die Wände der Karstspalten werden von sinistralen Blattverschiebungen erfasst, welche teilweise wiederum entlang schichtparalleler Verwerfungen versetzt werden. (aus Ustaszewski and Schmid, 2006) Abb. 18: modellhafte Vorstellung der Bewegungsablaäufe an den Karstspalten vor und während der Auffaltung der Caquerelle- Antiklinale (Stop 8). (aus Ustaszewski and Schmid 2006) 16

17 Abb. 19: oben: paläozoische Grabenstrukturen ( Permo-Karbontrog ) im Untergrund der weiteren Umgebung Basels. Unten: Verteilung der Erdbeben-Epizentren zwischen 1265 AD und Datenquelle: Erdbebenkatalog der Schweiz (ECOS). Konturen der Epizentral- Intensitäten des Bebens von Rigney von RéNaSS (Strasbourg). (aus Ustaszewski and Schmid 2007) 17

18 Stop 7 18

19 Auswahl weiterführender Literatur: Neotektonik im Raum Basel Zeitschriftenartikel, technische Berichte und Dissertationen: Becker, A., Der Faltenjura: geologischer Rahmen, Bau und Entwicklung seit dem Miozän, Jahresbericht und Mitteilungen des oberrheinischen geologischen Vereins, 82, , Bitterli-Brunner, P., Geologischer Führer der Region Basel, 232 pp., Birkhäuser, Basel, Giamboni, M., K. Ustaszewski, S.M. Schmid, M.E. Schumacher, and A. Wetzel, Plio-Pleistocene Transpressional Reactivation of Paleozoic and Paleogene Structures in the Rhine-Bresse transform Zone (northern Switzerland and eastern France). International Journal of Earth Sciences, 93, , DOI: /s , Fischer, H., Geologie des Gebietes zwischen Blauen und Pfirter Jura (SW Basel). Beiträge zur Geologischen Karte der Schweiz, Neue Folge, 122. Kümmerly & Frey, Geographischer Verlag, Bern, 106 pp, Meyer, B., Lacassin, R., Brulhet, J., Mouroux, B., The Basel 1356 earthquake: which fault produced it? Terra Nova, 6: Müller, W.H., Naef, H., Graf, H. R. (Editor), Geologische Entwicklung der Nordschweiz, Neotektonik und Langzeitszenarien, Zürcher Weinland. NAGRA Technischer Bericht, NAGRA, Wettingen, 226 pp. Ustaszewski, K., 2004, Reactivation of pre-existing crustal discontinuities: the southern Upper Rhine Graben and the northern Jura Mountains - a natural laboratory [PhD thesis]: Basel, University of Basel, 162 pp. Ustaszewski, K.. and Schmid, S.M. 2006: Control of pre-existing faults on geometry and kinematics in the northernmost part of the Jura fold-and-thrust belt. Tectonics 25, TC5003, DOI: /2005TC Ustaszewski, K. and Schmid, S.M Latest Pliocene to recent thick-skinned tectonics at the Upper Rhine Graben - Jura Mountains junction. Swiss Journal of Geosciences, 100(2): Verwendetes geologisches Kartenmaterial: Diebold, P., Laubscher, H., Schneider, A., and Tschopp, R., 1963, Geologischer Atlas der Schweiz, Atlasblatt 40, St. Ursanne, mit Erläuterungen: Bern, Schweizerische Geologische Kommission. Fischer, H., Geologischer Atlas der Schweiz 1:25 000, Atlasblatt 49, Rodersdorf, mit Erläuterungen, Schweizerische Geologische Kommission, Bern, Fischer, H., Geologischer Überblick über den südlichen Oberrheingraben und seine weitere Umgebung, Regio Basilensis, 10, 57-84, Liniger, H. Geologischer Atlas der Schweiz, Atlasblatt 55: Bonfol, mit Erläuterungen. Kümmerly & Frey, Bern Ruhland, M., Blanalt, J.G., and Bômont, M., 1973, Carte Géologique detaillée de la France à 1/50 000, Ferrette, feuille XXXVII-22: Orléans, Ministère du développement industriel et scientifique, Bureau de recherches géologiques et minières, Service Géologique National. Websites: EUCOR-URGENT Projekt: NAGRA Schweizerischer Erdbebendienst SED: Projekt Deep Heat Mining