Structures in jurassic rocks of the Wessex Basin, Southern England - II : diapirism in evaporite layers

Abstract

No afloramento Fóssil Forest da localidade de Lulworth Cove, no sul da Inglaterra, a Formação Purbeck (Jurássico) engloba uma cunha (espessura ~ lOm) de rochas divididas em quatro andares verticalmente justapostos, os quais diferem quanto a estilos / intensidade de deformação (L2-L5) e ocorrem encaixados entre dois andares de rochas não deformadas (LI e L6). O andar L2 consiste, na base, de margas carbonáticas que exibem zonas de 1-2 cm de espessura nas quais a rocha é foliada e que se dispõem de modo a formar um padrão anastomosado ou em almofadas e, no topo, de camadas de evaporitos exibindo dezenas de estruturas na forma de cogumelos (ou diápiros) que têm geometria normalmente circular ( ~ lm de diâmetro) em seções paralelas ao acamamento, e que normalmente exibem uma zona tubular central com cerca de 0.5 m de altura, formando uma chaminé ou cauda perpendicular às camadas; tais estruturas são comumente circundadas por dobras sinclinais asimétricas e apertadas, na zona interna das quais o evaporito, folhelho e chert são trapeados e deformados. O andar L3 consiste de evaporitos e folhelhos afetados por estruturas compressionais e extensionais de escala sub-métrica; o andar L4 consiste de fragmentos de camadas de evaporito misturados caoticamente em matriz de folhelhos, ou seja, típica melange tectônica; e o andar L5 apresenta camadas brechadas de evaporito e calcáreo, com intercalações de folhehos e argilitos, todas afetadas por estruturas compressionais e extensionais de escala = l 0 metros. O andar L5 resulta do deslocamento, para oeste, das camadas superiores da cunha ao longo e acima de um descolamento extensional estabe- lecido na interface dos andares L3 e L4, e abaixo de um outro descolamento estabelecido ao longo de camada de folhelho no contato com o andar L6. Os cogumelos do andar L2 claramente deformam o descolamento L3 / L4 e são, portanto, estruturas tectônicas, aqui interpretadas como devidas a processo de convecção termal que teve lugar logo após o deslocamento inicial das rochas acima da interface L3/L4. Em consequência do processo convectivo, as camadas foram sugadas para baixo e para trás, em direção a um ponto imaginário no centro dos diápiros - uma espécie de sucção centrípeta responsável pela formação simultânea de estruturas contracionais e extensionais. Simultaneamente, formaram-se as almofadas da base do andar L2 por percolação de fluidos através das margas. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

The Jurassic Purbeck Beds of the Fossil Forest cliff, Lulworth Cove (southern England) encloses a ~ 10 m-thick wedge in which four juxtaposed levels (L2-L5) of differential strain have been characterized, between two levels of non deformed rocks (LI and L6). Within the zone of strain, level L2 comprises basal calcareous marls displaying 1 cm-thick zones of bed-parallel foliation developed in an anastomosed pathway to form pillow-like features, and upper layers of evaporite where tens of mushrooms or diapirs are observed. They commonly display a ~ 1 m-sized circular geometry on bed-parallel sections, a ~ 0.5 m high central zone forming a generally bed-perpendicular tail, and are surrounded by rim synclines where the evaporite layers are entrapped together with chert and shale; level 3 consists of evaporite and shales displaying cm- to dm-scale extension and contraction structures; level L4 comprises remnants of evaporite layers embedded in a shale matrix - a tectonic melange; and level L5 comprises blocks of evaporite and limestone involved in a shale / argillite matrix, a limestone breccia (the so-called Broken Beds) inside which some layers are still preserved and exhibit 1-10 m-scale contraction and extension structures. Level L5 results from the westwards displacement of a wedge above an extensional detachment (the interface L3 / L4) and below another detachment established on a layer of shale at the contact with level L6. The mushrooms clearly deform the L3 / L4 detachment and are interpreted as thermal convection structures formed by a progressive down-sucking of the layers back in the direction of an imaginary point at the center of the diapirs - a centripetal suction leading to contraction and coeval extension, soon after initial displacement of the wedge. The pillow-like features result from percolation of fluids across the marls simultaneously with the evolution of the mushrooms.