Detachment faulting and fault-controlled sub-basin formation at the northern margin of the Devonian Hornelen basin, Western Norway

Abstract

Devonbassengene i Vest-Norge ble dannet i forbindelse med storskala normalforkastning i ekstensjonale detachment-soner. Disse bassengene var utsatt for syn-sedimentær ekstensjonsparallell folding, i tillegg til ekstensjonsrotering av de sedimentære lagene. Hornelen-bassenget består hovedsakelig av fluviale og lakustrine sandsteiner, og vifte-konglomerater langs bassengmarginene, som til sammen utgjør de tre «lithofacies-assosiasjonene». Den lavvinklede detachment-forkastningssonen som skiller de devonske sedimentene fra de kaledonske skyvedekkene og de proterozoiske grunnfjellsbergartene eksponerer forkastningsbergarter som representerer ulike deformasjonsstadier. Denne masteroppgaven fokuserer hovedsakelig på de tektoniske kontaktene innad i bassenget i den nordlige delen, i tillegg til utviklingen av forkastningssone-produktene. Feltarbeid, optisk mikroskopering og «remote sensing» la grunnlaget som denne oppgaven er basert på. Ved Svartevatnet, en rotert normalforkastning som sidestiller vifte-konglomerater i liggblokken med en blanding av de tre «lithofacies assosiasjonene» i hengblokken. Den anslåtte innsynkningen av sub-bassenget i hengblokken resulterte i et sedimentasjonsmiljø kontrollert av Svartevatnet-forkastningen. Innsjø-forflytning, elveløp-defleksjon og re-sedimentasjon via den opphøyde liggblokken er sannsynlige konsekvenser. Kvantitativ rotasjon av forkastningsplanet og forkastningslineasjonene indikerer en nesten ekstensjons-vinkelrett, brattfallende, skrå «dip-slip» forkastning da den var aktiv. Den er anslått å være syn-sedimentær. Syn-sedimentære forkastnings-relatert folding i form av, normale «drag-folder» og halvgraben «rollover-folder» var observert rundt forkastningsplanet. Basseng-skala lagningsrotasjon ble observert rett ved forkastningen, noe som tilsier at Svartevatnet-forkastningen spilte en viktig rolle under utviklingen av Hornelen-bassenget. Detachment-forkastningssonen som slår gjennom Marøyna, ei øy rett vest for den nordlige delen av fastlandet, og forkastningsbergarter er derfor godt eksponert langs kystlinjen. Hvilke bergarter som kutter hverandre, samt klastinnholdet til bergartene dokumenterer en gradvis ekshumering fra den duktile delen av jordskorpa, gjennom den duktil-sprø-overgangssonen, og inn i den sprø delen av skorpa. Betydelig laterale variasjoner på regional-, blotning- og mikroskala indikerer ekstrem tøyningslokalisering lang detachment-sonen. Faktorer som mineralogi, kornstørrelsesreduksjonsprosesser og fluidinjiseringer var sannsynligvis viktige bidragsytere til denne tøyningslokaliseringen.

The Devonian basins of western Norway were created as a result of large-scale normal displacement in extensional detachment zones. These basins were exposed to syn-sedimentary extension-parallel folding, as well as extensional rotation of the sediment beds. The Hornelen basin mainly comprises sandstones of fluvial and lacustrine origin, and fanglomerates along the basin margins, which make up the three main lithofacites associations. The low-angled detachment fault zone that separates the Devonian sediments from the Caledonian allochthonous units and the Proterozoic basement rocks displays fault rock sections that represents the different deformation events. This MSc mainly focuses on the intrabasinal tectonic contacts in the northern part, as well as the evolution of the detachment zone products. Fieldwork, optical microscopy analyses, and remote sensing lay the foundation in which the thesis is based on. Near Svartevatnet, a rotated normal fault that juxtaposes fan-derived conglomerates in the footwall and a mixture of the three main lithofacies associations in the hangingwall. The inferred subsidence of the hangingwall sub-basin resulted in intrabasinal fault-controlled sedimentation. Lake-migration, river deflection, and re-sedimentation through the uplifted footwall were likely effects of the fault. Quantitative rotation of the fault plane and the fault lineations indicate an almost extension-perpendicular, steeply-dipping, oblique dip-slip nature of the fault during its active phase, which is inferred to be syn-sedimentation. Syn-sedimentary fault-related folding in the form of normal drag-folds, and half-graben rollover-folds were observed near the fault plane. Basin-scale bedding rotation seems to occur right at the fault’s location, implying that the Svartevatnet fault played an important role during the evolution of the Hornelen basin. The detachment fault zone strikes through Marøyna, an island located just west of the northern part of the mainland, and fault rock sections are therefore well exposed along the shoreline. Cross-cutting relationships and clast content of the fault rocks document a gradual exhumation from the ductile crust, through the ductile-brittle transition zone, and into the brittle crust. Significant lateral variations in regional-, outcrop- and micro-scale imply extreme strain localization along the detachment zone. Factors like mineralogy, grain-size reduction processes, and fluid injections were likely responsible for this strain localization.