Strukturgeologisk analyse af Rubjerg Knude ... · PDF fileRubjerg Knude SASP2006 1 Strukturgeologisk analyse af Rubjerg Knude glacialtektoniske Kompleks, Lønstrup Klint, Vendsyssel,

Rubjerg Knude SASP2006

1

Strukturgeologisk analyse af Rubjerg Knude glacialtektoniske

Kompleks, Lønstrup Klint, Vendsyssel, Danmark

Stig Asbjørn Schack Pedersen

Dansk resumé af afhandlingen:

Structural analysis of the Rubjerg Knude Glaciotectonic Complex, Vendsyssel,

northern Denmark. Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse Bulletin

8, Copenhagen 2005, 192 pp. + 2 plates.

Afhandlingen er af Det Naturvidenskabelige Fakultet ved Københavns Universitet antaget til

offentligt at forsvares for den naturvidenskabelige doktorgrad. København den 9. februar 2005,

Dekanen.

Forsvaret vil finde sted i Anneksauditorium A, Studiestræde 6, Københavns Universitet,

fredag den 10. marts 2006, kl. 1400.

Titel: Strukturgeologisk analyse af Rubjerg Knude glacialtektoniske Kompleks,

Lønstrup Klint, Vendsyssel, Danmark.

Forfatter: Pedersen, S.A.S.

Trykkeår: 2006

Særudgivelse

Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse, GEUS, København

ISBN: 87-7871-173-8


2

Indledning

Rubjerg Knude glacialtektoniske Kompleks er et overskydningskompleks af tynde skiver, som

dannedes under fremrykningen af Det norske Isfremstød 30–26 000 år før nu. Det geologiske

tværprofil gennem komplekset er 6 km langt og er en del af Lønstrup Klint i Vendsyssel. Lønstrup

Klint er velblottet og er derfor en af de bedste lokaliteter til en detaljeret strukturgeologisk analyse

af et deformationskompleks, som er dannet ved glacialtektonisk overskydning af tynde skiver. De

dannede strukturer kan imidlertid på talrige punkter sammenlignes med overskydningstektonik i

bjergkæder og ved udredningen af deformationsdynamikken kan strukturgeologiske begreber, som

anvendes i bjergkædetektonik, med fordel benyttes.

Geologisk tværprofil af Rubjerg Knude

Den strukturgeologiske analyse er baseret på en fotogrammetrisk opmåling af klinten (Fig. 1), som

har muliggjort konstruktionen af et balanceret tværsnit af deformationskomplekset. Det balancerede

tværsnit er udgangspunkt for opstilling af en dynamisk model for deformationen. Princippet i en

balancering af et geologisk tværsnit er at konstruere sig tilbage til et tværsnit, der repræsenterer

tilstanden før deformationen (Plate 1). Balanceringen omfatter linie-balance og areal-balance, hvor

linie-balancen består i at udmåle størrelsen af skivens forsætning og areal-balancen kontrollerer, at

overskydningsskiverne i det opmålte tværsnit har det samme areal som i det restaurerede tværsnit,

der repræsenterer den præ-deformationelle lagserie. Ved hjælp af balanceringen kan man

demonstrere, at tolkningerne af strukturernes forløb i dybet er geometrisk sandsynlige.

Konstruktionen af det balancerede profil begynder ved den sidst deformerede skive, altså den som

er tættest ved forlandet. Skiven lægges på plads ud fra udmålingen af dens forsætning. Herefter

lægges den næste skive på plads, og så fremdeles. I konsekvens heraf følger den systematiske

strukturelle beskrivelse også en opdeling fra det distale til det proksimale deformationsområde.

Komplekset er inddelt i 13 navngivne sektioner, der hver for sig indeholder karakteristiske

elementer i den strukturelle udvikling.


4

Kompleksets stratigrafi

Overskydningerne påvirkede tre litostratigrafiske enheder: den arktisk marine Stortorn Formation

(ny formation) fra mellemste Weichsel, den overvejende glacilakustrine Lønstrup Klint Formation

(ny formation) og den fortrinsvis fluviale Rubjerg Knude Formation (ny formation), begge fra sen

Weichsel. Rubjerg Knude Formationen overlejrer en regional inkonformitet (L/R-u), som adskiller

de prætektoniske aflejringer (Stortorn og Lønstrup Klint Formationerne) fra de syntektoniske

aflejringer (Fig. 2).

Stortorn og Lønstrup Klint Formationer indgår i Skærumhede Gruppe (ny gruppe), hvis nedre

dele er beliggende under det glacialtektoniske kompleks og kendes fra boringer ved Nr. Lyngby,

Skærumhede og Skagen. Komplekset overlejres erosivt af Kattegat Till Formationen. Nær Lønstrup

overlejres denne af Ribjerg Formationen (ny formation), der består af smeltevandsaflejringer

tilknyttet et isfremstød fra NØ. Dette afsluttedes med afsætningen af Midt danske Till Formationen,

der kun med sikkerhed er påvist ved Lønstrup. Både mod nord og syd pålejres det glacialtektoniske

kompleks af de senglaciale, marine aflejringer tilhørende Vendsyssel Formationen (ny formation).

Strukturgeologisk beskrivelse

De strukturelle elementer er ramper og flader, som betegnes liggende eller hængende efter deres

position i forhold til overskydningsplanet. Ovenover de øvre rampers hængsel udvikledes

hængende-blok (hanging-wall) antiklinaler. Liggende-blok (footwall) synklinaler blev typisk dannet

under sedimentation langs vækstforkastninger i de syntektoniske piggybackbassiner.

Sedimenterne i piggybackbassinerne henføres til Rubjerg Knude Formationen. Heri indgår blokke

(olistolither) af Lønstrup Klint Formationen aflejret i udskridningslag hidhørende fra spidserne af de

opskudte skiver.

Mudderdiapirer er et fremtrædende element i overskydningskomplekset (Fig. 3). Diapirismen

startede med dannelsen af små polydiapirer af mobiliseret mudder langs hængende-blok

overskydningsramper og flader. De store diapirer udvikledes typisk i forbindelse med bevægelse af

en hængende-blok flade op langs en liggende-blok rampe fra det dybeste décollementniveau til øvre

hængsel af liggende-blok rampe.

Hol

ocæ

nM

idtW

eich

sel

Sen

Wei

chse

l

Skæ

rum

hede

Gru

ppe

11.5

19–15

27–23

30–28

32–30

35–32

Form

atio

n

Inko

nfor

mite

t

Lito

logi

Ler

Silt

Gru

s

Sand

Sten

Foss

iler

Stru

ktur

erog

korn

stør

rels

e

Ret

ning

s-el

emen

ter

Tykk

else

År

i 100

0 fø

r nu

30

20

10

0 m

Recente flyvesandsklitter

Top af klintNr. Lyngby Lag

Vendsyssel Formation

Midt Danske TillFormation

Ribjerg Formation

Blå-inkonformiteteuKattegat Till

Formation

Rubjerg Knude Formation

eu L/R-inconformitet

Lønstrup Klint Formation

Stortorn Formation

gu

gu

eu

euLer

Siltet mudder

Dropsten i ler og siltet mudder

Sandet mudder

Sand

Till, morænesand

Grus

Daterede plantefossiler

Daterede marine skaller

Palæostrømretning

Isbevægelsesretning

Erosions inkonformitet

Glacialtektoninsk inkonformitet

f. m. c.

eu

gu

Tørv og gytje

5

Fig. 2. Oversigt over stratigrafiske enheder repræsenteret i Rubjerg Knude glacialtektoniske

Kompleks. De markerede fossiler angiver placeringen af 14C-daterede prøver.

Lønstrup Klint Fmi BR02

Rubjerg Knude Fmi KR04

BR01

BR02HWR

Paddehat diapir

L/R-inkonformitet

NNV SSØ5 m

Fig. 3. Mudderdiapir i den frontale del af Brede Rende Sektion. Diapirismen foregik mens spidsen

af overskydningsskive BR02 blev forskudt langs med sin hængende-blok rampe op over den

liggende blok rampe og flade knyttet til den bageste del af Kramrende Sektionen. Efter

diapirismen var igangsat ved overskydningsskivens passage af de nedre liggende-blok rampers

øvre hængsler, intruderede det mobiliserede mudder L/R-inkonformiteten og dannede paddehat-

formede diapirer op i Rubjerg Knude Formationen.

6


7

Skiverne kan være opdelt i et antal mindre segmenter, der gradvist stabledes oven på hinanden

under dannelse af et duplex. Duplex segmenter er specielt tilknyttet de nedre dele af

overskydningskomplekset. Imbrikerede duplexer udgør en karakteristisk del af

overskydningskomplekset. De tolkes som årsag til komplekse foldestrukturer. Disse dannedes som

hængende-rampe antiklinaler ved de imbrikerede duplex segmenters passage af øvre hængsel i

liggende-blok ramper.

Hængende-rampe antiklinaler, knyttet til duplex imbrikationer, kan have flanker, som hælder

stejlt mod forlandet. I disse flanker udvikledes forlandshældende (foreland-dipping)

normalforkastninger (Fig. 4). Imbrikerede duplexsegmenter tolkes som en afspejling af pladsmangel

på dybere niveau forårsaget af den indledende sammenpresning under overskydningsbevægelse i de

øvre niveauer.

Rubjerg Knude glacialtektoniske Kompleks er opdelt i tretten strukturelle sektioner, som er

navngivet efter lokalitetsnavnene på det geologiske tværsnit af Lønstrup Klint udarbejdet af A.

Jessen i 1918. Sektionerne benævnes fra syd (nær Nr. Lyngby) mod nord (ved Lønstrup): Ulstrup,

Stensnæs, Martørv Bakker, Kramrende, Brede Rende, Sandrende, Stenstue Rende, Grønne Rende,

Rubjerg Knude Fyr, Stortorn, Moserende, Mårup Kirke, og Ribjerg Sektionerne. Opdelingen i

sektioner er begrundet i følgende tre kriterier: (1) sektionerne afgrænses af markante liggende-blok

ramper, (2) de enkelte sektionerne har en ensartet strukturel arkitektur, og (3) sektionerne kan

deskriptivt og geografisk afgrænses. Udfærdigelsen af det nye geologiske tværprofil blev foretaget

ved hjælp af en fotogrammetrisk opmåling og udtegning i et computeropkoblet stereoskopisk

instrument, som muliggjorde en profiludtegning med en nøjagtighed på under 25 cm (Fig. 1).

I afhandlingen "Structural analysis of the Rubjerg Knude Glaciotectonic Complex" er der givet en

systematisk beskrivelse af samtlige sektioner. Denne omfatter tektonisk arkitektur, sedimentære

enheder, strukturer, og tolkning af strukturernes dannelse. Tektonisk arkitektur omfatter

overskydningsskiverne og disses makro-strukturer. Beskrivelsen af de sedimentære enheder i

sektionerne fokuserer på de detaljer i de syntektoniske forhold i Lønstrup Klint og Rubjerg Knude

Formationerne, som er specielle for de enkelte sektioner og relevante for tolkningen af den

strukturelle udvikling. Afsnittet om strukturer fokusere på meso- og mini-strukturer (folder,

overskydningszoner, forkastninger, diapirer, breccier og sprækker). Systematikken i denne

beskrivelse følger den strukturelle analyse: først beskrives geometrien, derefter kinematikken,

hvorefter dynamikken tolkes, og analysen afrundes med en tektonisk syntese.

BRNF

BRNF

BR06HWF

BR06HW

FSatell

it TF

Rubjerg Knude Fmi BR06

Lønstrup Klint Fmi overskydningsskive BR04

Lønstrup Klint Fm

Rubjerg Knude Fmi overskydningsskive BR04

L/R-inkonformitet

BR06HWR

BR04FWF

N S

5 m

KR4

Brede Rende trin 5

BR8BR7

BR6 BR6

BR6 BR5

BR3u

BR4BR3

BR2

SR1

Brede Rende trin 6BR8 BR7

BR6

BR6

BR5 BR4

BR3 BR2uBR2 BR1 KR4

BR6

Brede Rende liggende-blok rampe

Brede Rende liggende-blok rampe

Kramrende liggende-blok rampe

Kramrende liggende-blok rampe


Aktiv overskydning


100 mN S

Fig. 4. Normalforkastningen i Brede Rende Sektion (BRNF) er et

godt eksempel på forlandshældende overskydningsstrukturer, som

er opstået ved overskydning ned over en forlandshældende flanke

af en underliggende hængende-blok antiklinal. Dannelsen er

illustreret ved to mellemtrin (5 & 6) i den sekventielle udvikling af

Brede Rende Sektionen.

8


9

Den progressive dynamiske deformation

Den dynamiske udvikling af de enkelte sektioner er illustreret i figurerne 112–122 og syntetiseret i

figurerne 123–124 i "Structural analysis of the Rubjerg Knude Glaciotectonic Complex,

Vendsyssel, northern Denmark". Det er en af undersøgelsens hovedkonklusioner, at den proksimale

del af komplekset har gennemgået de deformationer, som opbygger den distale og den centrale del

af komplekset, inden disse blev overpræget af de strukturer, som karakteriserer den proksimale del.

Derfor opridses kort hvilke deformationer, som karakteriserer den progressive udvikling.

Under den dynamiske udvikling af det glacialtektoniske kompleks er den tidligste deformation

dannelsen af en lang, horisontal forlandsoverskydning (foreland translated thrust sheet) med

décollementniveau i 10 meters dybde. Denne form for deformation blev ved med at pågå i den

forreste del af komplekset. Den næste type af deformation indtrådte, hvor overskydningen sprang

fra décollementniveau 10 m til 20 m. Ved dette spring dannedes en rampe, ved hvilken den

overskydende hængende-blok pressede sig fremad og gradvis nedbrød rampen under dannelsen af

duplexsegmenter, som blev intensivt foldet (rampekollapsfoldning, duplex folds at ramp collapse).

Det er ved denne rampekollaps, at de mest spektakulære folder dannedes i Rubjerg Knude

glacialtektoniske Kompleks (Fig. 5).

Ved hver rampe dannedes en hængende-blok antiklinal (hanging-wall anticline). Ved et stigende

antal ramper blev disse antiklinaler mere og mere dominerende. I takt med, at décollementniveauet

skiftede fra 20 til 30 m dannedes endnu højere ramper, hvorved hængende-blok antiklinaler kom til

at udgøre den dominerende strukturtype. De hængende-blok antiklinaler udvikledes til

antiformstakke (antiformal stack), når tidligere lange horisontale overskydninger indgik i en senere

rampepassage. I forbindelse med antiformstakke skabtes også forlandshældende overskydninger

(foreland-dipping thrusts), som vil kunne opfattes som normalforkastninger, der hælder modsat den

generelle orientering af overskydningerne.

Under hurtig fremrykning af overskydningskomplekset blev lange horisontale overskydninger i

décollementniveau 20 m opsplittet i kortere segmenter, som blev imbriket. Ved en aktivering af et

underliggende langstrakt overskydningssegment langs décollementniveau 30 m blev disse taglagte

overskydninger reorienteret til en vifte af meget stejltstående skiver, en imbrikationsvifte (imbricate

fan). Et godt eksempel på en imbrikationsvifte ses i Grønne Rende (Fig. 6).

Tolket liggende-blok overskydning

12

34

N S

2 m

Leret mudder

Finkornet sand

Overskydning

0 1 2 3 4 5 m

Trin 1 Duplex segmenter

Hængende-blokantiklinal

Liggende-blok rampe

2 31

1

1

1

2 3

2

2

3

3

Trin 2

Trin 3

Trin 4

Antiformstak

Fig. 5. Den sydlige del af Stensnæs

Sektion findes de mest intensivet foldede

partier i Lønstrup Klint. Folderne er

dannet som hængende-blok antiklinaler

foldet ved passage over rampe-hængsler.

Da ramperne dannedes sekventielt

fremefter mod den frontale del af

overskydningssystemet vil det første sæt

af folder efterfølgende blive overpræget

af foldning ved dannelsen af næste

rampes hængende-blok antiklinal. Dette

er illustreret ved de fire skematiske

udviklingstrin.

10

Grønne Rende 1

Grønne Rende liggende-blok rampe


240 m nedre segment

Stenstue Rende liggende-blok rampe

GR12GR13 GR11

GR8uGR10 GR9 GR8 GR6GR7 GR5 GR4 GR3 GR2

GR1 SSGR7u

Grønne Rende 2GR12

GR13

GR8u

GR11

GR11 GR6

GR1SS

RF1

GR10GR9u

GR9 GR8GR7GR6

GR5GR4 GR3 GR2 GR1 SS


Grønne Rende 3




Aktiv overskydning


100 mN S

Fig. 6. Grønne Rende Sektion set fra syd mod nord, hvor Stortorn står frem som den stejle

klint i det fjerne. Lønstrup Klint Formationen danner her tynde skiver af leret mudder imellem

tykkere partier af Rubjerg Knude Formationens sandaflejringer. Hele denne sektion udgør en

imbrikationsvifte, hvis trinvise udvikling ses i de tre dynamiske udviklingstværsnit.

11


12

Hver gang der skete overskydning i et højere niveau end det dybeste décollementniveau, blev der

efterladt et nedre overskydningssegment mellem de to niveauer. Når dette segment deformeredes af

en fremadrykkende rampe, som havde sin rod i det dybeste décollementniveau, blev det opsplittet i

delsegmenter, som stabledes oven på hinanden under dannelse af en duplexstak (duplex stack). Ved

den fortsat fremadskridende deformation blev duplexstakkene foldet i større imbrikerede stakke

(imbricated duplex stack). Ovenpå duplexstakkene blev der dannet piggybackbassiner, og afhængig

af antallet af duplexsegmenter i stakken hævedes piggybackbassinerne til varierende højde.

I den mest proksimale del af komplekset skete overskydningen fra décollementniveauet 40 m,

hvorved der var fire aktive overskydningsniveauer. Under den maksimal kompression opstod en

struktur kaldet forkastnings-bøje-foldet duplex (fault-bend-folded duplex) ved forsætning og

imbrikation af segmenter imellem de enkelte overskydninger. Den dominerende struktur i

forkastnings-bøje-foldet duplexer er basalt set en angulær S-form, og den maksimale kompression

af enheder bestående af foldede duplexer er ca. 56 m målt horisontalt svarende til bøje-foldning af

en 40 m tyk lagpakke langs ramper med en hældning på 45 . Den progressive udvikling af

strukturelle arkitekturelementer er illustreret i Fig. 7.

I den nordlige del af komplekset udgør "Det lille Blå" og "Det store Blå" (navngivet af A. Jessen

i 1918) et væsentlig element. Farven blå refererer her til det blågrå ler som står frem i den nederste

del af kystprofilet ved Ribjerg. Toppen af det "blå" er en inconformitet (glacialtektonisk

diskordans), som udgør den overflade, isens sål hvilede på under fremrykningen mod syd. Leret

under den glacialtektoniske diskordans er strukturløst mudder med spredte sten og enkelte store

blokke, og tolkes som den øvre del af Skærumhede Gruppen, der under isens vægt og deraf dannede

porevandsovertryk blev mobiliseret. Efter at porevandstrykket aftog, konsolideredes det lerede

mudder, og shearbevægelser langs isens bund forplantede sig ned i leret under dannelse af en

glacitektonit.


13

Overskydningsdynamik og glacialgeologi

Overskydningsdeformationen resulterede i at den laterale udstrækning af lagserien blev forkortet

med 50%. Kun 11% af den oprindelige lagserie er eroderet væk under overskydningsdeformationen,

som var forårsaget af gravitationsspredning foran den fremrykkende iskappe. Porevandsovertryk i

de finkornede sedimenter var et vigtigt led i overførslen af den deformerende kraft. På baggrund af

dateringerne af Stortorn, Rubjerg Knude og Ribjerg Formationerne er hastigheden af

overskydningsbevægelsen beregnet til 2 m/år, og deformationens nettoresultat er, at en 12 km lang

og 40 m tyk serie af horisontalt aflejrede sedimenter nu indgår i et 6 km langt og ca. 80 m højt

overskydningskompleks, hvoraf en væsentlig del i dag ligger under havniveau.

Overskydningskomplekset blev afskåret af en glacialtektonisk inkonformitet da Det norske

Isfremstød endelig overskred komplekset. Da iskappen smeltede tilbage var der dannet et høj-og-

hul-par, og hullet opfyldtes af smeltevandsaflejringer (Ribjerg Formationen) afsat foran den

fremrykkende iskappe fra NØ. Dette isfremstødet med kildeområde i Midtsverige overskred

komplekset under sin fremrykning til Hovedopholdslinien beliggende adskillige kilometer vest for

Lønstrup Klint. Da denne iskappe smeltede bort ca. 17 000 år før nu dækkedes det glaciale landskab

af den arktisk marine Vendsyssel Formation, som efterfølgende blev isostatisk opløftet til 40 m over

nuværende havniveau ved Lønstrup.

Documents

Strukturgeologisk analyse af Rubjerg Knude ... · PDF fileRubjerg Knude SASP2006 1 Strukturgeologisk analyse af Rubjerg Knude glacialtektoniske Kompleks, Lønstrup Klint, Vendsyssel,