Geologische Rundschau

, Volume 65, Issue 1, pp 1109–1125 | Cite as

Some particularities of crustal structure in young orogenic systems

  • Peter Giese
  • N. I. Pavlenkova
Aufsätze

Abstract

During the last twenty years, the structure of the earth's crust and mantle of young orogenic systems has been investigated by means of seismic measurements. Therefore, it is possible now to discuss detailed problems. This paper deals with the crustal structure in the transition zone between the central part and the hinterland of an orogene.

As demonstrated by three examples taken from the Western Alps, the Southern Apennines, and the Crimea, it can be stated that the crustal structure in these zones is anomalous. It is typical that, within the upper 20 km, a high-velocity layer exists which is separated from the crust/mantle boundary, being situated at a depth of 40–50 km, by an extreme low-velocity layer. Thus the existence of sialic material under basic material is indicated. The relation between the shallow high-velocity layer and the crust of the hinterland, no more than 20–30 km thick, is different in the cases described here. The crustal structure of the Eastern Alps and of the Caucasus is briefly discussed.

Finally, this anomalous crustal structure and the tectonic development of an orogene are discussed.

Keywords

Transition Zone Basic Material Tectonic Development Crustal Structure Seismic Measurement 

Zusammenfassung

In den letzten 20 Jahren ist mit Hilfe seismischer Messungen die Struktur der Erdkruste und des oberen Erdmantels in jungen Orogenen erforscht worden, so daß es heute möglich ist, Detailfragen zu diskutieren. In der vorliegenden Arbeit wird die Krustenstruktur im Übergangsbereich zwischen der zentralen Zone und dem Hinterland bzw. einem intern benachbarten geantiklinalen Bereich untersucht.

An drei Beispielen aus mediterranen Orogenen — West-Alpen, Süd-Apennin und Krim — wird gezeigt daß die Krustenstruktur in diesen Zonen anomal ist. Diese Beispiele sind dadurch charakterisiert, daß in den oberen 20 km eine Schicht hoher Geschwindigkeit mit etwa 7 km/s auftritt, die von der Kruste/Mantel-Grenze in 40 bis 50 km Tiefe durch eine Zone extrem geringer Geschwindigkeit getrennt ist. Der Zusammenhang zwischen der flachen Hoch-Geschwindigkeits-Schicht und der nur 20 bis 30 km mächtigen Kruste des Hinterlandes ist in den behandelten Fällen unterschiedlich. Kurz werden die Verhältnisse in den Ostalpen und dem Kaukasus behandelt.

Abschließend wird der Zusammenhang zwischen dieser anomalen Krustenstruktur und den Vorstellungen über den tektonischen Werdegang eines Orogens diskutiert.

Résumé

Durant les 20 dernières années on a étudié, à l'aide d'enregistrements sismiques la structure de la croûte terrestre et du manteau supérieur dans les jeunes orogènes. Ceci permet aujourd'hui de discuter quelques questions de détail. Le présent travail a pour but d'étudier la structure de la croûte terrestre de la zone transitoire entre la zone centrale et l'arrière-pays ou une zone géoanticlinale interne voisine.

L'étude de trois exemples tirés d'orogènes méditerranéens — Alpes occidentales, Apennins du sud et Crimée — indique que la structure de la croûte terrestre de ces zones est anormale. Elle est caracterisée par ceci: il existe dans les premiers 20 km d'épaisseur, une couche à vitesse élevée de 7 km/s environ, laquelle est nettement séparée de la limite croûte-manteau supérieur, à 40 à 50 km de profondeur, par une couche d'une vitesse extrêmement basse. La liaison entre la couche de haute vitesse à faible profondeur et la croûte de l'arrière-pays d'une épaisseur ne dépassant pas 20 à 30 km, est différente dans les cas cités. La structure de la croûte terrestre dans la région des Alpes orientales et du Caucase est brièvement discutée.

Finalement la liaison entre cette structure anormale et le développement tectonique d'une orogène sont discutés.

Краткое содержание

С помощью сейсмическ их методов исследова ли структуру земной коры и верхней ее мантии в ра йонах поздних ороген ов. За последние 20 лет собрал и столько фактов, что се йчас уже можно обсужд ать некоторые частности. В данной работе иссле довали строение коры в зоне перехода между центр альной зоной и тыловой облас тью складчатой зоны, и ли же внутренним соседним антиклинал ьным районом. На трех примерах сред неземноморского оро гена — западные Альпы, южные Апеннины и Крым — пока зали, что структура зе мной коры в этих зонах проявляет аном алию. Эти примеры подт верждают, что в верхних 20 км располагается сло й высоких значений ск орости — примерно 9 км/ сек —, отделяемый от гр аницы кора-мантия на г лубине 40–50 км зоной чрезвычайно низких з начений скоростей. Св язь между скоростью прохожден ия волн через слои разли чна. Кратко рассматри ваются подобные взаимоотно шения в восточных Альпах и н а Кавказе. В заключение обсужда ется связь этой анома лии в строении земной коры с представлениями о т ектонических явлени я во время любого горообразова тельного процесса.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Arkchipov, I. V.,Gaynanov, A. G.,Goncharov, V. P.,Muratov, M. V.,Neprochnov, U. P., et al.: Deep structure of the Black Sea depression to the South of the Crimea from the geological and geophysical data. - In: „Bulletin of Moscow society of the nature investigators“, TY V (2), 1970.Google Scholar
  2. Belokurov, V. S.: Velocities of seismic P-waves in the crust of the Black Sea. - Geophys. sbornik AN UKSSR, Kiev,44, 10–18, 1971.Google Scholar
  3. Beloussov, V. V.: Basic Problems in Geotectonics. - 816 p., New York (McGraw-Hill Book Comp, Inc.) 1962.Google Scholar
  4. Berckhemer, H.: Direct Evidence for the Composition of the Lower Crust and the Moho. - Tectonophysics,8, 97–105, 1969.Google Scholar
  5. Choudhury, M., Giese, P., de Visintini, G.: Crustal Structure of the Alps — some General Features from Explosion Seismology. - Boll. Geofis. teor. en appl.,XIII, 51–52, 211–240, 1971.Google Scholar
  6. Closs, H.,Labrouste, Y. (eds.): Recherches séismologiques dans les Alpes occidentales au moyen de grandes explosions en 1956, 1958 et 1960. - Mémoire Collectif Année Géophysique Internationale, C. N. R. S. Sér. III, Fasc. 2, 241 p., 1963.Google Scholar
  7. Colombi, B., Giese, P., Luongo, G., Migliorati, U., Scarascia, S., Schü tte, K.-G.;Strowald, J., de Visintini, G.: Preliminary Report on the Seismic Refraction Profile Gargano-Salerno-Palermo-Pantelleria. - Boll. Geofis. teor. ed. appl.,XV, 59, 225–254, 1973.Google Scholar
  8. Davies, H. L.: Papuan Ultramafic Belt. - 23. Int. geol. Congr. 1, Upper Mantle (Geological Progress), 209–220, Prague 1968.Google Scholar
  9. Garkalenko, J. A.: In: “The Crustal Structure of Central and South-eastern Europe Based on the Results of Explosion Seismology“. - Geophysical Transactiones, Budapest, 68–74, 1972.Google Scholar
  10. Gass, I. G.: The ultrabasic volcanic assemblage of the Troodos massif. - Cyprus 121–132, in: Ultramafic and Related Rocks, Editor: P. J. Wyllie & Sons, Inc. 464, New York, London, Sydney 1967.Google Scholar
  11. Giese, P.; Die Struktur der Erdkruste im Bereich der Ivrea-Zone. -Schweiz. Min. Petr. Mitt.,48, 261–284, 1968.Google Scholar
  12. Giese, P., &Görler, K.: Zur Stellung Kalabriens im geodynamischen Bauplan Italiens. - Nachrichten d. Dtsch. Geol. Ges.,9, 67–77, 1974.Google Scholar
  13. Giese, P., Günther, K., Reutter, K.-J.: Vergleichende geologische und geophysikalische Betrachtungen der W-Alpen und des N-Apennin. - Z. Dtsch. Geol. Ges.,120, 151–195, 1970 (1968).Google Scholar
  14. Giese, P.,Morelli, C.,Prodehl, C.,Vecchia, O.: Crust and Upper Mantle beneath the Southern Part of the Zone of Ivrea. - XIIe Assemblée Générale de la Commission Séismologique Européenne — Luxembourg 1970, 182–183 (1971).Google Scholar
  15. Giese, P., &Morelli, C.: Crustal Structure of Italy. Some General Features from Explosion Seismology. - Bull. of the Geol. Soc. of Greece,X, 1, 94–98, 1973.Google Scholar
  16. -: La struttura della crosta terrestre in Italia. - In: Moderne vedute sulla geologia dell'Appennino, Roma, Acad. Naz. dei Lincei, 317–362, 1973.Google Scholar
  17. Giese, P.,Reichert, Ch.,Wigger, P.: First results of the refraction seismic measurements in Northern Italy 1975. - Internal report.Google Scholar
  18. Kaminski, W., &Wenzel, H.: Topographie des „Ivrea-Körpers“, abgeleitet aus seismischen und gravimetrischen Daten. - Schweiz. Min. Petr. Mitt.,48, 235–246, 1968.Google Scholar
  19. Lemoine, M.: Eugeosynclinal Domains of the Alps and the Problem of Past Oceanic Areas. - Int. Geol. Congress, 24th session, section3, 476–485, 1972.Google Scholar
  20. Morelli, C.: La gravimetria dell'area italiana. - In: Moderne vedute sulla geologia dell'Appennino, Roma, Acad. Naz. dei Lincei, 297–316, 1973.Google Scholar
  21. Muratov, M. V.: Short description of the Crimea geological structure. - Moscow Gosgeoltechisdat, 1960.Google Scholar
  22. Nalivkin, P. V.: Geology of the USSR. - 855 p., Edinburgh (Oliver & Boyd) 1973.Google Scholar
  23. Neprochnow, Y. P.: Structure of the Earth's Crust of epicontinental seas: Caspian Black and Mediterranean. - Can. Journ. Earth Sc.,5, 4, 1037–1043, 1968.Google Scholar
  24. Niggli, E.: Über den Zusammenhang zwischen der positiven Schwereanomalie am Südfuß der Westalpen und der Gesteinszone von Ivrea. - Eclogal geol. Helv.,39, 211–220, 1947.Google Scholar
  25. Pavlenkova, N. I.: Correlation of velocity-depth function of the Earth's crust in Ukraina, methods and results part I and II (in Russian). - Geophys. sbornik, Kiev,39, 12–22, and42, 46–56, 1971.Google Scholar
  26. —: Wavefields and models of the earth's crust. - NAUKA press, Kiev, 219 p., 1973.Google Scholar
  27. Pavlenkova, I. N.: Seismic Models of the Earth's Crust and the Methods of their Determination. - Report given at the meeting of the Commission on Controlled Seismic Sources, Paris 1975.Google Scholar
  28. Schatsky, N. S.,Bogdanoff, A. A.,Muratov, M. V.: Tectonics of Europe. - Intern. Tectonic Map of Europe 1∶2 500 000, Moscow 1964.Google Scholar
  29. Schütte, K. G.: Comparison of Observed and Theoretical Traveltime Curves for a Crustal Model of Central Calabria. - Report at the ESC Meeting, Triest 1974.Google Scholar
  30. Sollogub, V. B., &Chekunov, A. V.: In: “The Crustal Structure of Central and South-eastern Europe Based on the Results of Explosion Seismology“. - Geophys. Transactiones, Budapest 44–67, 1972.Google Scholar
  31. Sollogub, V. B., Pavlenkova, N. I., Chekunov, A. V.: Deep seismic research in Ukraine. - Proceeding of the Eighth Assembly of the European Seismological Commission, Budapest, Akadémiai Kiadó, 252–260, 1968.Google Scholar
  32. Starosfenko, V. I.: Analytical solution of the direct gravity problem for a complicated formed body and for the case of a linear changing of the density with depth. - DAN UkSSR, 5–6, 1968.Google Scholar
  33. Trümpy, R.: Paleotectonic evolution of the Central and Western Alps. - Boll. Geol. Soc. Am.,71, 843–908, 1960.Google Scholar
  34. —: Stratigraphy in mountain belts. - Quarterly Journ. of the Geol. Soc. of London,126, 293–318, 1971.Google Scholar

Copyright information

© Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1976

Authors and Affiliations

  • Peter Giese
    • 1
  • N. I. Pavlenkova
    • 2
  1. 1.Institut für Geophysikalische WissenschaftenD-1 Berlin 33
  2. 2.Institute Physics of the Earth Moscow BAcademy of ScienceMoscow

Personalised recommendations