Tectonostratigraphical development of the Upper Karooforeland basin: Orogenic unloading versus thermally-induced Gondwana rifting

• Published in: Journal of African earth sciences (1994) Vol. 28; no. 1; pp. 215 - 238
• Main Author: Turner, Brian R.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Ltd 1999
• ISSN: 1464-343X; 1879-1956
• DOI: 10.1016/S0899-5362(99)00025-1

The origins of the Karoo Basin have never been adequately explained, but twomain models have been suggested: (1) a purely foreland basin (retro-arc) model; and (2) a polyphase successor basin, beginning with extension during Upper Table Mountain Group (Silurian) times to a foreland basin in the Early Karoo (Permian) and extension in the Upper Karoo (Upper Triassic-Jurassic). Subsidence and forward modelling on the known stratigraphy of the Karoo Basin do not fit a simple foreland basin model. This is particularly true for the Upper Karoo where the stratigraphy, stacking patterns and age of the succession suggest that the foreland basin model is not viable, and that continental extension played a major role in late basin development. Evidence for extension, and when this occurred, is provided by: (1) sequence stratigraphical identification of a major Middle-Late Carnian low stand sequence boundary unconformity, related to uplift of a newly emergent source area in the southeast; and (2) the presence of volcanic detritus in Upper Karoo sediments, chemically similar to the Karoo basalts, suggesting a possible chemogenetic link between them and, by implication, with early volcanism and incipient Gondwana rifting, now well-preserved in the rift sequences of East Antarctica. This early volcanism, which began not later than the Carnian (∼230 Ma), and provenance uplift, may be related to a thermal anomaly linked to mantle plume-induced updoming, crustal extension and faulting approximately 40 Ma prior to maximum uplift preceeding Karoo Basalt eruption at 183 Ma. Thermal uplift occurred some 200 km off the present southeast coast of South Africa, just south of the Karoo Hotspot, but away from the direct influence of any known hotspot or hotspot track. This uplift, aligned parallel to the southeast coast of South Africa, at a high angle to the Cape Fold Belt, was located close to the site of later rifting and separation along the Agulhas Falkland Fracture Zone. L'origine du bassin du Karoo n'a jamais été expliquée correctement, mais deux modèles ont été suggérés: (1) un modèle purement de bassin d'avant-pays (rétro-arc), (2) un bassin polyphasé, commençant en extension au Silurien (Groupe Supérieur de la Montagne de la Table), se poursuivant en bassin d'avant-pays au Permien (Karoo inférieur) et se terminant en extension au Trias supérieur-Jurassique (Karoo supérieur). La subsidence et la modélisation progressive de la stratigraphie connue du Bassin du Karoo ne conviennent pas au simple modèle de bassin d'avant-pays. C'est surtout vrai pour le Karoo supérieur où la stratigraphie, l'empilement et l'âge de la séquence des formations suggèrent que le modèle de bassin d'avant-pays n'est pas viable et que l'extension continentale a joué un rôle majeur dans le développement du bassin. Les arguments en faveur de l'extension et des périodes pendant lesquelles elle s'est exercée, sont: (1) l'identification stratigraphique d'une discordance majeure au Carnien moyen et supérieur marquée par un arrêt, liée à la surrection et l'émergence d'une nouvelle zone au sud-est, (2) la présence de débris volcaniques dans les sédiments du Karoo supérieur, semblables chimiquement aux basaltes du Karoo, ce qui suggère un lien chimico génétique possible et, par conséquent, un volcanisme précoce et un début de rift dans le Gondwana, bien préservé aujourd'hui dans les séquences de rift de l'Antarctique oriental. Le volcanisme précoce, qui commence au plus tard au Carnien (environ 230 Ma), et la surrection associée peuvent être liés à une anomalie thermique et un bombement mantellique induits par un panache, à une extension crustale et à une fracturation environ 40 Ma avant le paroxysme de surrection précédant l'éruption des basaltes du Karoo il y a 183 Ma. La surrection d'origine thermique s'est située à quelque 200 km de la côte sud-est actuelle de l'Afrique du Sud, au sud du point chaud du Karoo, hors de l'influence directe de tout point chaud connu ou de toute trace de point chaud. La zone de surrection, parallèle à la côte sud-est de l'Afrique du Sud, fait un angle aigu avec la Ceinture Plissée du Cap et se place près du site postérieur de rift et de séparation le long de la Zone de Fracture d'Agulhas-Malouines.