Geologische Rundschau

, Volume 77, Issue 1, pp 329–344 | Cite as

Pseudotachylite associated with a bedding-parallel fault zone between the Witwatersrand and Ventersdorp Supergroups, South Africa

  • A. M. Killick
  • A. M. Thwaites
  • G. J. B. Germs
  • A. E. Schoch
Article

Abstract

A Proterozoic bedding-parallel fault zone is described from the Witwatersrand basin in South Africa. The fault zone is dominated by pseudotachylite, the youngest tectonite present, but also contains quartz veins and cataclasites which post-date the spatially associated mylonites. Both tectonic eliminations and duplications are caused by the fault zone which is dominated by a northerly to westerly overthrusting. The fault rocks probably did not form during a single event but as a result of a minimum of two periods of activation of the fault zone separated in time by at least the period required to deposit in excess of 4 km of sediments belonging to the lower part of the Transvaal Sequence.

Equivocal evidence suggests that the pseudotachylites, which probably formed as a result of frictional fusion on fault planes, may have formed at similar depths to the mylonites. Consequently the related parameters of pressure and temperature are not considered to be as important in determining whether brittle or ductile deformation occurs, as are pore fluid pressure and strain rate. The age, direction of tectonic transport and a characteristic enrichment in lead all suggest that there may be a genetic link between the pseudotachylites in this fault zone and the type pseudotachylites at Vredefort, 60 km to the south.

Keywords

Fault Zone Fault Plane Quartz Vein Pore Fluid Ductile Deformation 

Zusammenfassung

Aus dem Witwatersrandbecken von Südafrika wird eine proterozoische, schichtparallele Störungszone beschrieben. Diese Störungszone wird von Pseudotachyliten dominiert, ihre jüngsten Tektonite enthalten daneben Quarzadern und Kataklasite, die jünger sind als die mit ihnen räumlich verknüpften Mylonke. Sowohl tektonische Reduktionen als auch Verdoppelungen haben ihre Ursache in der vorherrschend Nord bis West gerichteten Überschiebungszone. Die deformierten Gesteine sind wahrscheinlich nicht während eines einzigen Ereignisses entstanden, sondern das Ergebnis einer Mindestanzahl von zwei Aktivitätsperioden der Störungszone, und werden von mindestens der Periode zeitlich getrennt, die notwendig war, um die mehr als 4 km mächtigen Sedimente der unteren Transvaal-Abfolge abzulagern.

Noch nicht endgültig abgesicherte Daten lassen vermuten, daß die Pseudotachylite, die wahrscheinlich durch Reibungsschmelzen auf den Störungsflächen entstanden sind, in annähernd den gleichen Tiefen gebildet wurden wie die Mylonite. Folglich dürften die hiermit verknüpften Druck- und Temperaturparameter für die Entscheidung ob es zur spröden oder duktilen Deformation kommt, nicht so ausschlaggebend sein wie der Druck in den Porenfluiden und die Deformationsrate. Das Alter, die Richtung des tektonischen Transportes und eine charakteristische Bleianreicherung lassen vermuten, daß die Pseudotachylite dieser Störungszone und die Pseudotachylite von Vredefort 60 km weiter südlich, genetisch miteinander verknüpft sind.

Résumé

Cette note donne une description d'une zone failleuse protérozoïque parallèle à la stratification dans le bassin du Witwatersrand (Afrique du Sud). Cette zone failleuse comporte, de manière prédominante, des pseudotachylites qui y constituent les tectonites les plus jeunes; on y rencontre aussi des veines de quartz et des cataclasites, plus jeunes que les mylonites qui leur sont spatialement associées. Il s'agit essentiellement d'un charriage de direction nord à ouest, qui provoque à la fois des suppressions et des redoublements tectoniques. Les roches tectonisées de la zone failleuse ne se sont pas formées en une fois, mais témoignent d'au moins deux périodes d'activité, séparées au moins par le temps nécessaire au dépôt de 4 km de sédiments appartenant à la partie inférieure de la Série du Transvaal.

Les observations suggèrent, de manière un peu équivoque, que les pseudotachylites, formées vraisemblablement par fusion le long des plans de faille, peuvent avoir été engendrées à la même profondeur que les mylonites. Par conséquent, dans les conditions d'apparition d'une déformation soit cassante, soit ductile, les paramètres pression et température doivent jouer un rôle moins déterminant que la pression des fluides et la vitesse de la déformation. L'âge de l'accident, la direction du transport tectonique et un enrichissement caractéristique en Pb suggèrent une relation génétique entre les pseudotachylites en cause et celles de Vredefort, 60 km plus au sud.

Краткое содержание

Описана зона разрыва в бассейне Витвотерс ранда, Южная Африка, протеро зойского возраста. В э той зоне отмечается госп одство псевдотрахит ов; кроме того более поздние те ктониты содержат жил ы кварца и катаклистов и являю тся моложе находящих ся там же мелонитов. Зона надвигов, простирающ аяся гл. обр. с севера на запа д, вызвала, как уменьше ние, так и наложение текто нических деформаций. Деформация пород в этой зоне вызв ана, вероятно, не одним единственным с обытием, а является ре зультатом, no-крайней мере, двух, яв лений разделенных периодом, потребовав шимся для отложения о садков мощностью в 4 км на нижн ем отрезке Трансваал ьских свит. По предварительным д анным можно предпола гать, что псевдотрахиты, ко торые, вероятно, возни кли на поверхности разрыва в результате расплав ления при трении, образовались примерно на той же глу бине, что и мелониты. Т. о. мож но заключить, что решающую роль на хара ктер деформации (хруп кой, или пластичной) влияе т не температура и дав ление, но давление в поровых флюидах и скорость де формации вообще. Возраст, напра вление тектоническо го переноса и характерн ое накопление свинца разрешает предполагать, что псе вдотрахиты этой зоны разрыва и таковые 60 км д алее на юг в Vredefort генетиче ски связаны друг с другом.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Allen, A. R. (1979): Mechanism of frictional fusion in fault zones. - J. Struct. Geol.,1, 231–243.CrossRefGoogle Scholar
  2. Brewer, J. (1981): Thermal effects of thrust faulting. - Earth and Planet. Sci. Letters.,56, 233–244.CrossRefGoogle Scholar
  3. Burger, A. J. &Coertze, F. J. (1974): Age Determinations - April 1972 to March 1974. - Ann. Geol. Surv. S. Afr., 135–141.Google Scholar
  4. Crockett, R. N. (1971): The rocks of the Ventersdorp system of the Lobatsi and Ramotswa areas, Republic of Botswana; their possible origins and regional correlations. - Trans. Geol. Soc. S. Afr.,74, 1–24.Google Scholar
  5. Hargraves, R. B. (1981): Precambrian tectonic style: a liberal uniformitarian interpretation, 21–56. - In: Kroner, A. (ed.). Precambrian Plate Tectonics, Elsevier, Amsterdam, 781 pp.Google Scholar
  6. Lilly, P. A. (1980): Faulting mechanics in the collar rock of the Vredefort ring structure. - Tectonophysics,67, 45–60.CrossRefGoogle Scholar
  7. Macaudiere, J. &Brown, W. L. (1982): Transcrystalline shear fracturing and pseudotachylite generation in a metaanorthosite (Harris, Scotland). - J. Struct. Geol.,4, 395–406.CrossRefGoogle Scholar
  8. Maddock, R. H. (1983): Melt origin of fault-generated pseudotachylites demonstrated by textures. - Geology,11, 105–108.CrossRefGoogle Scholar
  9. Marshall, R. R. (1961): Devitrification of natural glasses. - Geol. Soc. Amer. Bull,72, 1493–1520.Google Scholar
  10. McKenzie, D. &Brune, J. N. (1972): Melting on fault planes during large earthquakes. - Geophys. J. R. Astr. Soc,29, 65–78.Google Scholar
  11. Passchier, C. W. (1982): Pseudotachylite and the development of ultramylonite bands in the Saint-Barthelemy Massif, French Pyrenees. - J. Struct. Geol.,4, 69–79.CrossRefGoogle Scholar
  12. Pretorius, D. A. (1976): The nature of the Witwatersrand gold-uranium deposits 29–88. - In: Wolf, K. H. (ed.). Handbook of Stratabound and Stratiform Ore Deposits,7, Elsevier, Amsterdam, 656 pp.Google Scholar
  13. Scholz, C. H. (1980): Shear heating and the state of stress on faults. - J. Geophys. Res.,85, pp. 6174–6184.Google Scholar
  14. Shand, S. J. (1916): The pseudotachylite of Parijs (Orange Free State) and its relation to »trapschotten gneiss« and »flinty crush rock«, - Q. J. Geol. Soc. London,72, 198–217.Google Scholar
  15. South Africa Committee For Stratigraphy (Sacs) (1980): Stratigraphy of South Africa, Part I (Comp. L. E. Kent). Lithostratigraphy of the Republic of South Africa, South West Africa/Namibia and the Republics of Bophutatswana, Transkei and Venda. - Handb. Geol. Surv. S. Afr.,8, 690 pp.Google Scholar
  16. Sibson, R. H. (1973): Interactions between temperature and pore-fluid pressure during earthquake faulting and a mechanism for partial or total stress relief. - Nature Physical Sci.,243, 66–68.Google Scholar
  17. — (1974): Frictional constraints on thrust, wrench and normal faults. - Nature Physical Sci.,249, 542–544.Google Scholar
  18. — (1975): Generation of pseudotachylite by ancient seismic faulting. - Geophys. J. R. Ast. Soc.,43, 775–794.Google Scholar
  19. — (1977): Fault rocks and fault mechanisms. - J. Geol. Soc. Lond.,133, 191–213.Google Scholar
  20. Simpson, C. (1981): Occurrence and orientation of shatter cones in Pretoria Group quartzites in the collar of the Vredefort »Dome«: Impact origin precluded. - J. Geophys. Res., 86, B11, 10701–10706.Google Scholar
  21. Van Niekerk, C. B. &Burger, A. J. (1978): A new age for the Ventersdorp acidic lavas. - Trans. Geol. Soc. S. Afr.,81, 155–163.Google Scholar
  22. Wenk, H. R. (1978): Are pseudotachylites products of fracture or fusion? - Geology,6, 509–511.CrossRefGoogle Scholar
  23. Wilshire, H. G. (1971): Pseudotachylite from the Vredefort ring, South Africa. - J. Geol.,79, 195–206.Google Scholar
  24. Wise, D. H., Dunn, D. E., Engelder, J. T., Geister, P. A., Hatcher, R. D., Kish, S. A., Odom, A. L. &Schamel, S. (1984): Fault-related rocks: Suggestions for terminology. - Geology,12, 341–394.CrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1988

Authors and Affiliations

  • A. M. Killick
    • 1
  • A. M. Thwaites
    • 1
  • G. J. B. Germs
    • 1
  • A. E. Schoch
    • 2
  1. 1.Research UnitJohannesburg Consolidated Investment Co.RandfonteinSouth Africa
  2. 2.Department of GeologyUniversity of the Orange Free StateBloemfontainSouth Africa

Personalised recommendations