A discussion of continental lithospheric stretching models and comparison with interpreted 2D seismic data of the Viking Graben of the northern North Sea

Abstract

Riftmarginer markerer overgangen fra et kontinent til hav, og inneholder en oversikt over dets rifthistorie i arkitekturen. Ikke all rifter vil imidlertid utvikles til stadiet for skorpeseparering, men stanse før de når dette stadiet og bli en såkalt mislykket rift. I mer enn 40 år har forskere og fagmenn forsøkt å forklare riftprosesser, og fellestrekk og uoverensstemmelser mellom rifter med ekstensjonsmodeller. I denne masteroppgaven sammenligner og diskuterer jeg viktige og innflytelsesrike utvidelsesmodeller, for å forsøke å forklare riftprosesser på et generelt grunnlag. Dette vil så bli satt i en sammenheng med utviklingen av den mislykkede riften Vikinggraben i den nordlige Nordsjøen. Vikinggraben utviklet seg gjennom flere faser med rifting på en heterogen skorpe bestående av strukturer som stammer fra den kaledonske fjellkjeden og Devonsk post-orogensk ekstensjon. Arv og reaktivering av strukturer fra grunnfjellet er avgjørende for den kommende riften.

En studie angående tolkning av regionale seismiske 2D linjer fra den nordlige Nordsjøen, har blitt utført for å bygge en forståelse av utviklingen av Vikinggraben. Trekk beskrevet av modeller har blitt observert og diskutert med det formål å sammenligne Vikinggraben med teoretiske ekstensjonsmodeller. Det har også blitt forsøkt å beskrive ukonformiteter relatert til rifting, grunnfjellsstrukturers rolle under rifting, og reaktivering av allerede eksisterende svakheter.

Det er tydelig at hele riften ikke kan bli beskrevet av en enkelt ekstensjonsmodell. Riftprosessen er påvirket av orienteringen og reaktiveringen av strukturer i grunnfjellet og den svært heterogene skorpen. Selv om en modell ikke kan forklare hele utviklingen av Vikinggraben, kan enkelte komponenter i riftprosessen forklares ved hjelp av modeller. Dette inkluderer post-rift termal subduksjon som kan beskrives med en rent skjær McKenzie-modell, og tidvis observert asymmetri som følger teorien for en "simple" skjærmodell, men dette kan også være grunnet den inhomogene skorpen. Det konkluderes at en dybde-avhengig ren skjær modell er den mest passende modellen for å beskrive den generelle utviklingen av Vikinggraben

For å utvide diskusjonen om anvendelse av riftmodeller, er det behov for mer data. Prosesser som foregår under skorpen er aktive i riftprossesen, og ikke synlig i de tolkede dataene i denne oppgaven. For bedre og mer detaljerte resultater, er dyp seismikk og gravimetrisk/magnetisk data nødvendig.

Rifted margins mark the transition from a continent to an ocean and contain in their architecture a record of their rift history. However, not all rifts develop to the stage of crustal separation, but stop before this final stage, and become failed rifts. Scientists and professionals have tried to explain rifting processes, and commonalities and discrepancies between rifts with extensional models for over 40 years. In this thesis, I compare and discuss important and influential extensional models, to try and explain rifting processes on a general basis. This will then be put in the context of the development of the the failed rift the Viking Graben in the northern North Sea. The Viking Graben developed through multiple phases of rifting on a heterogeneous crust composed of structures inherited from the Caledonian orogeny and Devonian postorogenic extension. The inheritance and reactivation of basement structures are vital for the rift architecture of the rift that were to come.

A study regarding interpretation of regional seismic 2D lines from the northern North Sea has been carried out with the aim of constructing an understanding of the evolution of the Viking Graben. Features inferred from modelling has been observed and discussed with the goal of comparing the Viking Graben to theoretical extensional models. It has also been attempted to describe rift related unconformities, the role of basement structures during rifting and reactivation of pre-existing weaknesses.

It is clear that the entire rift can not be described by a single extensional model. The rifting process is influenced by the orientation of the basement grain and pre-existing structures of the highly heterogeneous crust. Although one model can not explain the entire development of the Viking Graben, individual components of the rift process can be explained through models. This include the post-rift thermal subsidence that can be described through a pure-shear McKenzie model, and that occasional observed asymmetry follow the theory of a simple shear model, but this can also be due to crustal inhomogeneities. It is concluded that a depth-dependent pure shear model is the best fitting model for the Viking Graben.

To expand on the discussion of application of rift models, more data is needed. Sub-crustal processes are active in the rift process, and not visible in the interpreted data in this thesis. For better and more detailed results deep seismic and gravimetric/magnetic data is required.