Faktory řídící vývoj mikrokontinentů při kontinentálním rozpadu na příkladu Elan Bank

Sudipta Tapan Sinha, Ph.D.

Doctoral thesis

Factors controlling a micro-continent development during continental break up: the Elan Bank case study

Abstract:

Mikrokontinent Elan Bank, který byl spojen s východní Indií až do spodní křídy, v současné době leží v jižní části plateau Kerguelen v jižní části Indického oceánu nedaleko Antarktidy. Je to východozápadně směrovaný výběžek, který na mapě vytváří pozitivní batymetrickou a gravitační anomálii. Tato práce se zabývá dvěma hlavními hypotézami vysvětlujícími vytvoření mikrokontinentu Elan Bank. První je hypotéza přesunu plášťového chocholu, která vyžaduje plášťový chochol k iniciaci obnoveného riftingu, čímž se postupně uvolní mikrokontinent. Druhá hypotéza známá jako hypotéza konkurenčního riftu vysvětluje složitost "soutěží" mezi propagujícími se riftovými zónami v extrémně extendovaném kontinentálním okraji, takže dojde k štípání litosféry za vzniku mikrokontinentu. Datové soubory použité v této studii zahrnují reflexní seismiku a data z vrtů z východní Indie a mikrokontinentu Elan Bank, hodnoty potenciálních polí měřená družicově a pomocí vlečných lodí a petrologické informace z publikovaných souborů dat. Použité metody jsou založeny na interpretaci seismických dat a dat potenciálních polí, techniku seismického profilování, určování času tektonických aktivit, syntetické rekonstrukce oblasti mezi mikrokontinentem Elan Bank a východní Indií a spasovávání dráhy mikrokontinentu Elan Bank se stopou horké skvrny v Bengálském zálivu. Stavby extrémně extendované kůry spřažených okrajů východní Indie a mikrokontinentu Elan Bank se vyznačují různými fázemi deformace, jako je extenze, ztenčování, exhumace a rozšiřování oceánského dna. Proximálně-distální stavba zahrnující obě spojené a oddělené domény byla interpretována na obou spřažených okrajích. Oba spřažené okraje jsou segmentovány tak, že obsahují segmenty kolmé, kosé i horizontálních posunů. Ve východní Indii jsou kolmé okraje buď nevýrazně propojeny prostřednictvím stavby ramp-flat-ramp nebo výrazně spojené horizontálními posuny. Přítomnost domény exhumace byla doložena ve východní Indii i na severozápadním okraji mikrokontinentu Elan Bank. Stavba ekvivalentních okrajů ukazuje, že okraj východní Indie se nachází v nadložní kře vyklenutého hlavního odlepení (horní deska). Mikrokontinent Elan Bank pak leží v podložní kře stejné poruchy (spodní deska). Stratigrafické korelace vrstev v mělkovodních a hlubokovodních částech extenzních riftových zón ukazují, že při kontinentálním rozpadu nedochází k diskordanci z rozšiřování, ale že konformní povrch může být korelován přes riftovou zónu. Je navrženo, aby první hlubokomořská sekvence, která obaluje celou syn-kinematickou sekvenci od proximální k distální části okraje okraji, byla horní hranicí skutečného rozpadu kontinentu. Interpretace seismického a tektonického časování ukazují následující historii rozpadu podél východoindického okraje. K prvnímu štěpení Indie a Elan Bank a Antarktidy podél východní části Cauverské příkopové zóny došlo kolem valanginu. Druhé nastalo mezi mikrokontinentem Elan Bank a Indií podél riftové zóny Krishna-Godavari v raném aptu. Rozpad je nejmladší podél Coromandalské zlomové zóny (střední apt), která je spojena s druhým eventem rozpadu v Cauverské pánvi, protože mikrokontinent Elan Bank byl odsunut od indického okraje podél Coromandalského systému horizontálních posunů. Cauverská oblast prodělala dva izostatické výzdvihy v důsledku dvou rozpadových událostí, zatímco v oblasti Krishna-Godavari proběhl pouze jeden izostatický výzdvih. Ukazuje se, že hypotéza konkurenčního riftu lépe vysvětluje uvolňovací mechanismus mikrokontinentu Elan Bank. I když raný rozpad mezi Indií a Antarktidou začal ve východní části Cauverské příkopové zóny a na jižním

Abstract:

okraji mikrokontinentu Elan Bank, propagace rozpadu západním směrem pokračovala podél zóny Krishna-Godavari i po oddělení v překrývající se části Cauverské zóny. Obě kolmé extenze řídily rozpad dokud nakonec byly zcela propojeny prostřednictvím Coromandalského horizontálního posunu. Efektivní kinematické propojení ustavené mezi odumřelou Cauverským riftem a částí riftu Krishna-Godavari tak podlehlo kontinentálnímu rozpadu. Následkem toho oddělování Indie a Antarktidy nakonec přeskočilo z jeho počáteční do konečné polohy podél severního okraje mikrokontinentu Elan Bank a na rift Krishna-Godavari. To znamená, že konkurence mezi dvěma rifty v rámci kontinentálního rozpadu za asymetrické propagace hřbetu vede k přeskočení hřbetu do nové pozice. Coromandalský transformní pohyb se nezastavil, dokud mikrokontinent Elan Bank a centrum rozpínání oceánského dna na sever od něj nebyly odsunuty od Východoindického pobřeží. Alternativní model přesunu plášťového chocholu byl odmítnut, protože tento model nevysvětluje ani kinematiku riftingu za vzniku extrémně extendovaného pasivního okraje, ani časové omezení pro různé tektonické události. Navíc jediným kandidátem pro vulkanismus vázaný na plášťový chochol jsou útvary vytvořené zcela zřetelně až po rozpadu kontinentu.

Abstract:

The Elan Bank microcontinent, which was attached to East India until early Cretaceous, is currently located inside the southern Kerguelen Plateau in southern Indian Ocean close to Antarctica. It is characterized by an east-west trending promontory and a positive feature in the bathymetry and gravity anomaly maps. The thesis discusses two major candidate hypotheses to explain the Elan Bank microcontinent release mechanism. The first one is the plume refocusing hypothesis, which requires a mantle plume to initiate renewed rifting to successively release the microcontinent. The other one, known as competing rift zone hypothesis, suggests that the complexity in the competition between the propagating rift zones in a hyper-extended continental margin, to host the lithospheric breakup, contributes to the release of the microcontinent. The datasets used in this study include reflection seismic and borehole data from East India and Elan Bank, satellite and ship-track potential field data and petrological information from published datasets. The applied methods include seismic and potential field data interpretation, seismic profile marriage technique, tectonic timing determination, synthetic reconstruction between the Elan Bank and the East India and matching of Elan Bank displacement track with hot-spot track in Bay of Bengal. The hyper-extended crustal architecture of the East India and the Elan Bank conjugate margins are characterized by different phases of deformation, like stretching, thinning, exhumation and sea-floor spreading. The proximal-distal margin architecture including both the coupled and decoupled domains has been interpreted at both conjugate margins. Both conjugate margins are segmented containingorthogonal, oblique and strike-slip segments. In East India, the orthogonal margins are either soft-linked through ramp-flat-ramp architecture or hard-linked though strike-slip faulting. The presence of an exhumation domain is interpreted in the East India and north-western margin of the Elan Bank. The conjugate margin architecture shows that the East India margin is located on the hanging wall side The Elan Bank microcontinent, which was attached to East India until early Cretaceous, is currently located inside the southern Kerguelen Plateau in southern Indian Ocean close to Antarctica. It is characterized by an east-west trending promontory and a positive feature in the bathymetry and gravity anomaly maps. The thesis discusses two major candidate hypotheses to explain the Elan Bank microcontinent release mechanism. The first one is the plume refocusing hypothesis, which requires a mantle plume to initiate renewed rifting to successively release the microcontinent. The other one, known as competing rift zone hypothesis, suggests that the complexity in the competition between the propagating rift zones in a hyper-extended continental margin, to host the lithospheric breakup, contributes to the release of the microcontinent. The datasets used in this study include reflection seismic and borehole data from East India and Elan Bank, satellite and ship-track potential field data and petrological information from published datasets. The applied methods include seismic and potential field data interpretation, seismic profile marriage technique, tectonic timing determination, synthetic reconstruction between the Elan Bank and the East India and matching of Elan Bank displacement track with hot-spot track in Bay of Bengal. The hyper-extended crustal architecture of the East India and the Elan Bank conjugate margins are characterized by different phases of deformation, like stretching, thinning, exhumation and sea-floor spreading. The proximal-distal margin architecture including both the coupled and decoupled domains has been interpreted at both conjugate margins. Both conjugate margins are segmented containingorthogonal, oblique and strike-slip segments. In East India, the orthogonal margins are either soft-linked through ramp-fla

Abstract:

t-ramp architecture or hard-linked though strike-slip faulting. The presence of an exhumation domain is interpreted in the East India and north-western margin of the Elan Bank. The conjugate margin architecture shows that the East India margin is located on the hanging wall side of the main convex-up detachment fault, which the upper plate. The Elan Bank is located on the foot-wall side of the same fault or the lower plate. The stratigraphic correlation of strata in shallow-water and deep-water parts of the extensional rift zones indicate that the continental breakup is not represented by a breakup unconformity, but a conformable surface, which can be correlated across the rift zones. It is proposed that the first deep marine sequence that envelopes the entire syn-kinematic sequences from the proximal to the distal margin is the upper limit of the true continental breakup. The seismic and tectonic timing interpretations suggest the following breakup histories along the East Indian margin. The first breakup between India-Elan Bank and Antarctica along the eastern portion of the Cauvery rift zone occurred around Valanginian. The second one took place between the Elan Bank and India along the Krishna-Godavari rift zone in Early Aptian. The breakup is youngest along the Coromandal fault zone (Mid Aptian), which is associated with the second breakup event in Cauvery Basin as the Elan Bank was clearing the Indian margin using Coromandal strike-slip system. As a consequence of two breakup events, Cauvery region experienced two isostatic uplifts while the Krishna-Godavari region experienced only one isostatic uplift. It is proposed that the competing rift zone hypothesis better explains the Elan Bank release mechanism. Although early breakup between India and Antarctica was initiated in the eastern portion of the Cauvery rift zone and southern margin of Elan Bank, the westward breakup propagation continued along the Krishna-Godavari rift zone even after the breakup in the overstepping portion of the Cauvery rift zone. Both orthogonal extension controlled breakups got eventually hard-linked through the Coromandal strike-slip fault. The effective kinematic linkage got established between the failed Cauvery rift zone and the portion of the Krishna-Godavari rift zone that underwent a continental breakup. As a result, the breakup between India and Antarctica eventually jumped from its initial to its final location along the northern margin of the Elan Bank and the Krishna-Godavari rift zone. Thus, the competition between the two rift zones to capture continental breakup and asymmetric ridge propagation resulted in a ridge jump. The Coromandal transform movement did not stop until the Elan Bank microcontinent and the sea-floor spreading center, to the north of it, laterally cleared the East Indian margin. The alternate plume refocusing model was rejected because this model explains neither the kinematics of rifting and formation of neither the hyper-extended passive margin nor the age constraints for different tectonic timing events. Additionally, only candidate for the plume related volcanism has been clearly determined to represent a post-breakup event.

Keywords

kontinentální rozpad, mikrokontinent, hyper-extendovaný okraj, plášťový chochol, riftové zóny, horizontální posuny, Východní Indie, Elan Bank, continental breakup, microcontinent, hyper-extended margin, mantle plume, competing rift zones, ridge-jump, strike-slip margin, East India

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 8. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 13. 11. 2014
• Supervisor: doc. RNDr. Rostislav Melichar, Dr.
• Reader: doc. RNDr. František Marko, CSc., doc. RNDr. Jiří Žák, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geology (4-years) / Geological Sciences