Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5167
Main Title: The crustal structure and evolution of the South Atlantic
Subtitle: a marine geophysical study with focus on tectonic and magmatic processes
Translated Title: Die Krustenstruktur und Evolution des Südatlantiks
Translated Subtitle: eine geophysikalische Studie mit dem Fokus auf tektonische und magmatische Prozesse
Author(s): Becker, Katharina
Advisor(s): Krawczyk, Charlotte, M.
Franke, Dieter
Referee(s): Krawczyk, Charlotte, M.
Börner, Frank
Franke, Dieter
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: This thesis presents a study of the southern South Atlantic based on a marine geophysical data set containing new reflection and refraction seismic sections between 32° and 50°. The integration of seismic, gravimetric, and magnetic data provides methods to study the crustal structure, and magmatic and tectonic features of the South Atlantic. Gravimetric and tectonic modelling complement the results. The first part of the thesis concentrates on the continental margin that is most remote from the mantle plume. It investigates structural features of the crust and the evolution of the southern Argentine passive margin. The continent-ocean transition (COT) of the margin is characterised and stratigraphy of the area is developed. I outline a subsidiary branch of the North Falkland Graben as well as several synrift graben on the shelf. The tectono-magmatic processes that act on the shelf, the North Falkland Graben, and on the Falkland Agulhas Fracture Zone are described. Gravimetric modelling of two sections support the results. Two segments can be distinguished: a N-S trending rifted margin and a E-W trending transform margin. One important outcome of this is the magma-poor nature of the southernmost margin segment in the South Atlantic, which acts as the transition between the transform and the volcanic margin. A possible influence of the mantle plume on the early break-up was examined. The second part of the thesis presents two new refraction seismic sections that are additionally compiled together with already-published data. The deep crustal structure down to the crust-mantle boundary is investigated along the conjugate margins. Together with 2D gravimetric modelling, the seismic data confirm the presence of high-velocity lower crustal (HVLC) bodies. The sections enable a comparison with the conjugate South African margin. Variations in the distribution of the HVLC along and across the conjugate margins of the South Atlantic are observed. The magmatic and tectonic processes that led to the opening of the South Atlantic were inferred from their distribution. The results indicate formation of the HVLC in different phases of the rifting and break-up process. Therefore there is no direct relationship between HVLC and seaward-dipping reflectors (SDRs). An asymmetry in the cross-sectional area of the HVLC across the conjugate margins is observed. The asymmetric-distributed HVLC suggests that the South Atlantic opened in a simple shear mode. The last part of the thesis concerns the formation of the SDRs and the implications for the break-up of the South Atlantic. Observations of two conjugate sections of the South Atlantic reveal differences in the structure of the SDRs. Different subsidence histories for the conjugate South African and South American margins are proposed. Tectonic modelling evidences a detachment fault that only offsets the SDRs for the South American margin, while the South African margin underwent passive subsidence. Beside the magma-poor nature and a revision of the influence of the mantle plume on the Austral (southernmost) segment, asymmetric-distributed HVLC bodies are found as well as different subsidence histories for the SDRs on the conjugate margins of the South Atlantic. Based on these results an opening of the South Atlantic in the simple shear mode is proposed.
Die vorliegende Arbeit untersucht den südlichen Südatlantik basierend auf der Grundlage eines marinen geophysikalischen Datensatzes von reflexions- und refraktionsseismischen Daten zwischen und 32° and 50°. Unter Einbezug von gravimetrischen und magnetischen Daten wird beispielhaft die Krustenstruktur des Südatlantiks sowie die magmatischen und tektonischen Prozesse während des Aufbrechens des Südatlantiks dokumentiert und analysiert. Gravimetrische und tektonische Modellierungen ergänzen die Ergebnisse. Der erste Teil der Arbeit konzentriert sich auf den am weitesten vom Plume entfernten Kontinentalrand. Die Krustenstruktur und Evolution des südlichen argentinischen Kontinentalrandes wird untersucht. Ein stratigraphisches Model des südlichsten Atlantiks wurde erstellt, welches Elemente des Nord Falkland Grabens und des Argentinischen Beckens verbindet. Die Postriftsedimente wurden in fünf charakteristische Horizonte eingeteilt. Der Kontinent-Ozean Übergang wurde charakterisiert sowie die Fortsetzung des Nord Falkland Grabens in einem nordöstlichen Arm wurde kartiert. Die magmatischen und tektonischen Prozesse, welche auf das Arbeitsgebiet einwirkten, werden beschrieben. Dieses umfasst den Nord Falkland Graben, den Falklandschelf, den argentinischen Schelf und die Falkland Agulhas Fracture Zone. Gravimetrische Modelle zweier Sektionen unterstützen die Ergebnisse. Der mögliche Einfluss des Mantelplumes auf den Riftprozess und das Aufbrechen des Kontinents wird untersucht. Der argentinische Kontinentalrand kann in zwei Segmente eingeteilt werden: einen N-S verlaufenden gerifteten Rand und einen gescherten Rand nördlich des Falklandplateaus. Ein wichtiges Ergebnis ist der magma-arme Charakter im Übergangsbereich vom gescherten zum vulkanischen Rand. Der zweite Teil der Arbeit präsentiert zwei neue refraktionsseismische Geschwindigkeitsmodelle am südamerikanischen Kontinentalrand, welche bereits veröffentlichte Modelle an den konjugierten Rändern des Südatlantiks ergänzen. Die tiefe Krustenstruktur bis zur Krusten-Mantelgrenze wird untersucht. Interpretationen der zwei neuen Geschwindigkeitsmodelle zusammen mit den gravimetrischen Modellierungen bestätigen die Hochgeschwindigkeitszonen in der Unterkruste (HVLC). Die Modelle erlauben einen Vergleich mit dem konjugierten südafrikanischen Rand. Die Verteilung der HVLC variiert entlang und quer zu den konjugierten Rändern des Südatlantiks. Aus der Verteilung der HVLC leite ich die tektonischen und magmatischen Prozesse ab, die zur Öffnung des Südatlantiks führen. Die HVLC sind in unterschiedlichen Phasen während und nach dem Aufbrechen des Südatlantiks entstanden. Eine direkte Beziehung zwischen den HVLC und den seewärts-einfallenden Reflektoren (SDRs) wird angezweifelt. Des Weiteren weisen die beiden konjugierten Ränder eine deutliche Asymmetrie in der Verteilung der HVLC auf. Die Asymmetrie der HVLC wurde wahrscheinlich durch Rifting im Simple Scher Modus verursacht. Der letzte Teil der Arbeit betrifft die Entstehung der seewärts-einfallenden Reflektoren (SDRs) und ihre Bedeutung für das Aufbrechen des Südatlantiks. Die Struktur der SDRs an zwei konjugierten Profilen des südamerikanischen und südafrikanischen Kontinentalrandes wird untersucht. Es werden unterschiedliche Subsidenzgeschichten und eine unterschiedliche Struktur hinsichtlich der SDRs für beide Ränder vorgeschlagen. Kinematische Modellierungen weisen eine listrische Störung nach, welche nur die SDRs versetzt. Dagegen wirkte auf der südafrikanischen Seite passive Subsidenz ein. Neben einem magma-armen Charakter und einem revidierten Einfluss des Mantelplumes auf den südlichsten Teil des Südatlantiks werden asymmetrisch verteilte HVLC sowie unterschiedliche Subsidenzgeschichten für die SDRs an den konjugierten Rändern des Südatlantiks gefunden. Die Ergebnisse lassen auf eine Öffnung des Südatlantiks im Simple Scher Modus schließen.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5499
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5167
Exam Date: 28-Apr-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 7-Jun-2016
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie
Subject(s): South Atlantic
crustal structure
reflection seismics
refraction seismics
geodynamics
Südatlantik
Krustenstruktur
Reflexionsseismik
Refraktionsseismik
Geodynamik
Sponsor/Funder: DFG, FR2119/2, Crustal structure of the southern Argentine margin and implication for plume influence during breakup
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