Palaeomagnetic and structural investigations in unbeknown areas of Central Tibet : a study on block rotations and crustal shortening

Abstract

Palaeomagnetic and structural investigations were carried out in Central Tibet along a ~600 km NS-extending stretch between N30°30’-35°30’ and E88°30’-90°30’. During two expeditions in the framework of INDEPTH 3/GeoDepth sampling of mainly Tertiary red beds was accomplished at 73 palaeomagnetic drilling sites. The Dogai Coring Tso fold-and-thrust belt (DGC) in the northern Qiangtang block (~N34°45’, E89°00’) is build up by a deformed succession of probably Tertiary red beds. The results of field mapping, cross-section and fault-slip analyses, and high-resolution remote sensing lead to a model that explains the DGC as an (a) sinistral transpressional belt formed in response to NE-SW compression in which (b) fault-bound blocks rotated counterclockwise in domino-style, delimited (c) by sinistral oblique thrusts trending subparallel to the Kun Lun belt. Estimations of N-S shortening enforced by folding range from 25 to 58 % while counterclockwise rotation of 35° can account for about 20 %. Palaeomagnetic investigations on 11 sites identified a stable ChRM with well-grouped site means carried by hematite. The fold test is significantly positive and calculation of stepwise unfolding reveals best grouping of directions at 82 % of unfolding. Remagnetisation is assumed during an early stage of the tectonic development. The overall mean direction of 332.6°/40.9° is consistent with the structural findings and verifies a minimum of 28° counterclockwise rotation of blocks. The deformation in the DGC gives evidence that NE-SW compression and northeastward growth of the plateau occurs already in the Tertiary. The Zagaya section in the northernmost Lhasa block (~N32°15’, E89°30’) is situated within the Bangong-Nujiang suture zone and comprises folded Tertiary red beds and ophiolitic material. Steeply west-dipping normal faults building the western boundary of two characteristic blocks and a left-lateral EW-trending strike-slip fault to the north are main structural features. About 60 % shortening is represented by the large governing fold. Fault-slip data show ENE-WSW- and NNE-SSW-trending compression and EW-trending extension. Palaeomagnetic investigations on 15 sites of mostly Eocene red beds identified a stable ChRM with well-grouped site means carried by hematite. Remanence acquisition prior to folding (positive fold test) and best grouping of directions at 93 % of unfolding is revealed. Measured declinations deviate in a linear trend from the expected values: Counterclockwise rotation increases when proceeding to the northern fault zone (8.1 °/km, maximum relative rotation of 55°). In the most likely explanation model folding predates a two-phase block rotation where (a) internal small-scaled left-lateral brittle shear is followed by (b) normal faulting with the break-up of blocks. Pre-existing structures within the Bangong-Nujiang suture zone are reactivated in left-lateral style and allow eastward lateral extrusion due to frontal compression enforced by the India-Asia collision.

Paläomagnetische und strukturgeologische Untersuchungen wurden in Zentraltibet entlang einer N-S-Strecke von ~600 km zwischen N30°30’-35°30’ und E88°30’-90°30’ durchgeführt. Während zweier Expeditionen im Rahmen von INDEPTH 3/GeoDepth konnten dabei 73 Lokalitäten in hauptsächlich tertiären Rotsedimenten paläomagnetisch beprobt werden. Der Dogai Coring Tso Falten- und Überschiebungsgürtel (DGC) im nördlichen Qiangtang-Block (~N34°45’, E89°00’) besteht aus einer deformierten Folge von wahrscheinlich tertiären Rotsedimenten. Die Ergebnisse von Geländeaufnahme, Profil- und Störungsdatenanalyse und hochaufgelöster Fernerkundung führen zu einem Modell, das den DGC als einen (a) sinsitral-transpressiven Gürtel erklärt, der sich als Reaktion auf NE-SW-gerichtete Einengung bildete und wo (b) von Störungen begrenzte Blöcke zwischen (c) subparallel zum Kun-Lun-System verlaufenden sinistralen Schrägaufschiebungen gegen den Uhrzeigersinns rotiert sind. Die durch Faltung verursachte N-S-Verkürzung wird auf 25 bis 58 % geschätzt, während die Rotation gegen den Uhrzeigersinn ungefähr 20 % bewirkt. Durch paläomagnetische Untersuchungen an Proben von 11 Lokalitäten wurde eine von Hämatit getragene stabile ChRM mit gut gruppierenden Mittelwerten der Einzellokalitäten identifiziert. Der Faltentest ist signifiant positiv und die Berechnung der schrittweisen Entfaltung ergibt die beste Gruppierung bei 82 % Entfaltung. In einem frühen Stadium der tektonischen Entwicklung wird Remagnetisierung vermutet. Die mittlere Gesamtrichtung aller Lokalitäten von 332,6°/40,9° ist in Übereinstimmung mit den strukturellen Erkenntnissen und bestätigt eine Blockrotation von mindestens 28° gegen den Uhrzeigersinn. Die Deformation im DGC liefert Belege dafür, dass NE-SW-gerichtete Einengung und nordostwärts fortschreitendes Anwachsen des Tibetplateaus bereits im Tertiär auftritt. Das Zagaya-Profil im nördlichsten Lhasa-Block (~N32°15’, E89°30’) liegt innerhalb der Bangong-Nujiang Suturzone und enthält gefaltete tertiäre Rotsedimente und ophiolitisches Material. Steil nach Westen einfallende Abschiebungen, die zwei charakteristische Blöcke westlich begrenzen, und EW-streichende Linksseitenverschiebungen im Norden sind strukturell prägend. Ungefähr 60 % Verkürzung wird durch die vorherrschende Großfaltung bewirkt. Störungsflächendaten zeigen ENE-WSW- und NNE-SSW-gerichtete Einengung und EW-orientierte Dehnung. Durch paläomagnetische Untersuchungen an Proben von 15 Lokalitäten - hauptsächlich in eozänen Rotsedimenten - wurde eine von Hämatit getragene stabile ChRM mit gut gruppierenden Mittelwerten der Einzellokalitäten identifiziert. Der Remanenzerwerb erfolgte vor der Faltung (positiver Faltentest) und die Richtungen gruppieren am besten bei 93 % Entfaltung. Die gemessenen Deklinationen weichen mit einem auffälligen linearen Trend von den Erwartungswerten ab: Die Rotationen gegen den Uhrzeigersinn wachsen mit der Annäherung an die nördliche Störungszone (8,1 °/km, größte relative Rotation 55°). Im wahrscheinlichsten Erklärungsmodell folgt der Faltung eine zweiphasige Blockrotation mit (a) interner kleinskaliger linksseitiger spröder Scherung mit anschließender (b) Abschiebungstektonik und Aufbrechen von Blöcken. Präexistente Strukturen innerhalb der Bangong-Nujiang Suturzone werden in linksseitigem Bewegungssinn reaktiviert und ermöglichen laterales Ausweichen infolge frontaler, von der Kollision zwischen Indien und Asien erzwungener Einengung.