Tectonische eenheden in de Zuidelijke Noordzee

Tectonische verschijnselen in de Zuidelijke Noordzee
Inleiding
De Nederlandse ondergrond is uitgebreid onderzocht aan de hand van vele duizenden boringen.
Bij deze onderzoeken kwam al snel het inzicht dat er tussen diverse boringen breuken moesten
bestaan die lokaal de Neogene afzettingen hebben verzet.
Een aantal breuken is zelfs vandaag de dag nog in het terrein herkenbaar als een steilwandje of een
duidelijke verhoging. De Peelrandbreuk bij Uden is hiervan een goed voorbeeld.
Andere breuken zijn alleen te herleiden uit een nauwgezet vergelijk van de diepteligging van
horizontaal afgezette lagen. Dit laatste kan snel leiden tot een afwijkende interpretatie van de
doorgaandheid van horizontale lagen bij het aanhouden van afwijkende criteria.
In het type afzettingen wat in het Neogeen van Nederland zijn afgezet (kustnabije/deltaische
afzettingen) is het moeilijk om een echt horizontaal afgezette laag over grotere gebieden te vervolgen.
In 1913 produceerde o.a. Molengraaf (Molengraaf, 1913) een tectonische schetskaart van Nederland
waarbij een van de uitgangspunten blijkbaar de huidige topografie was. Er werd bijvoorbeeld een
Veluwe-Horst getekend. Wel was de Peelhorst al redelijk nauwkeurig bekend door de activiteiten van
de opsporing van steenkool.
In 1975 werd door de RGD (Zagwijn, 1975) een ondiepe breukenkaart gepubliceerd die een overzicht
gaf over geheel Nederland. Er was al langer bekend dat de diepere ondergrond doorsneden werd door
een groot aaantal breuken, maar de algehele indruk was dat slechts een beperkt aantal (o.a. de
Peelrandbreuk en de Feldbiss) in de jongere lagen nog een significant verzet kenden. Deze kaart was
nog verre van compleet en bevatte nog veel vraagtekens.
De laatste jaren is mede door het voorkomen van een aantal relatief grote aardbevingen de interesse
voor het voorkomen van ondiepere breuken toegenomen. Voorts is er stilaan de notie gegroeid dat
deze ondiepe breuken van invloed zijn op de regionale grondwaterstroming.
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
1/11
Tectoniek v 2.0
Werkwijze
Mogelijke breuken zijn onderkend door gebruik te maken van de theorie van Sequentie Stratigrafie.
Deze techniek gaat uit van het voorkomen van een logische sequentie van afzettingen langs een
profiellijn. Deze sequenties worden aan de boven- en aan de onderzijde begrenst door zogenaamde
bounding surfaces, gidshorizonten. Deze horizonten zijn het gevolg van een ploteslinge verandering in
de afvoercapaciteit van bijvoorbeeld een rivier (bijvoorbeeld ten gevolge van meer debiet, droogvallen
of insnijding in een gesteente met een andere hardheid) of van de reactie van een kustlijn op een
zeespiegelwijziging. Deze laatste zijn over de gehele wereld teruggevonden en met behulp van onder
andere magentische ompolingen gedateerd. In een deltaische kuststreek zoals Nederland zullen in
theorie beide een rol spelen.
In deze notitie wordt dan ook uitgegaan van het voorkomen van een groot aantal gidshorizonten die
over grotere of kleinere oppervlakten te vervolgen zijn. Deze gidshorizonten zullen in theorie op
regionale schaal min of meer parallel lopen. Indien in een aantal boringen gidshorizont A niet terug te
vinden is maar B, C en D wel, en in een verderop gelegen boring A en D kan over het gehele
oppervlakte toch een inschatting worden gemaakt over de diepteligging van de verschillende
gidshorizonten.
Een sprong in de diepteligging van een serie gidshorizonten kan veroorzaakt worden door een
tektonische breuk. Voorts kan aan de hand van de datering van de gidshorizonten (die op hun beurt
gedateerd kunnen worden door ze naast de internationaal geaccepteerde schaal van
zeespiegelwisselingen te leggen) een inschatting worden gemaakt van de activiteit van de
verschillende breuken in de tijd.
Deze laatste zou dan weer in een logisch verband moeten liggen met bovenregionale tektocnische
activiteit.
Aan de hand van een profiel van zuidoost naar noordwest over Nederland, profiel ZONW1, kon een
aantal herkenbare gidshorizonten worden onderkend (zie het hoofdstuk profielen) Tijdens de
constructie van dit profiel werd al snel duidelijk dat op een aantal plaatsen de reeks horizonten
versprongen was. Deze sprongen werden als tektonische sprong benoemd.
Logischerwijze moeten deze sprongen een samenhang hebben. Dat wil zeggen dat een sprong van
een gidshorizont van bijvoorbeeld 35 [m-NAP] naar 55 [m-NAP] aan beide zijden van deze sprong
over een groter oppervlakte terug te vinden zou moeten zijn.
Dit uitgangspunt is gebruikt om “blokken” te onderkennen waarop een bepaalde gidshorizont een
vergelijkbare diepte heeft.
Voorts werd onderkend dat de reeks gidshorizonten zelf een helling naar het noordwesten heeft, wat
niet meer dan te verwachten in een deltaische kustsituatie.
Verder is er nog het gegeven dat in sommige situaties diepe geulen kunnen worden uitgesleten in de
ondergrond, bijvoorbeeld doordat er een grote rivierafvoer is bij een lage zeespiegel.
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
2/11
Tectoniek v 2.0
Resultaten
Macroniveau
Op de onderstaande breukenkaart is een overzicht gegeven van de diepteligging van een van de
uitgebreider voorkomende gidshorizonten, de top van de T3 sequentie van de Tegelen afzettingen
gecombineerd mat de top van de H2 afzettingen van de Harderwijk afzettingen.
Deze is in grote delen van Nederland een dikke kleilaag die de top vertegenwoordigt van een
rivierafzetiing die in de Tegelentijd de afsluiting vormt van het verdwijnen van de mariene invloeden in
het zuidelijke deel van het Noordzeebekken, een regressie die werd ingezet na de terugkeer van de
mariene invloeden in het tweede deel van het Plioceen.
De T3 is verder goed herkenbaar door het voorkomen van Azolla tegeliensis in de fauna-macroresten
en het voorkomen van de hoger gelegen T4 sequentie. Deze laatste heeft zeer vaak een volledig
andere zware-mineraalinhoud: stabiel ten opzichte van de instabiele T3. Op gammalogs is dit vaak
goed herkenbaar door de overgang van de gamma-straling rijke T3 naar de stralingsarme T4.
Het beeld wat deze methodiek opleverde is er een van een grote serie breuken met een klein verzet
(over het algemeen 10-25 meter) die tesamen een breukzone vormen tussen het LBM (LondenBrabant Massief) en het noordelijker gelegen Noordzeebekken. Een belangrijke component is verder
de Peelhorst.
Veel van de breukjes zijn dermate klein dat ze mogelijk op seismische profielen in de ruis verdwijnen.
Het oplossend vermogen van een seismisch profiel ligt mogelijk boven de 25 meter. Voorts is een
seismisch profiel een interpretatie van reflecties van geluidsgolven in de ondergrond. Deze reflecties
treden op bij dichtheidsverschillen in de ondergrond.
Welke lagen (eigenlijk: welke overgangen) zorgdragen voor die reflectie is in eerste instantie
onduidelijk. Hierdoor is een boring vaak noodzakelijk als referentiepunt. Dan nog blijft de
onduidelijkheid welke overgang voor die reflectie heeft gezorgd. Verder is van belang of een
overgang in bijvoorbeeld de zoet/zout-grens een reflectie veroorzaakt. Deze laatste is niet in de
lithologie van een boring terug te vinden. Het risico bestaat dan dat een diepere of minder diepe
lithologische grens als referentie wordt gekozen.
In de Neogene ondergrond ligt deze zoet/zout-grens in het beboorbare bereik.
Gesteld kan worden dat seismische profielen aanvullend zijn op de bevindingen uit sequentiestratigrafie interpretaties en niet omgekeerd.
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
3/11
Tectoniek v 2.0
Neogene breukenkaart
Zuidelijke Noordzee
-194 (geextrapoleerde) Top T3/H2
64
64
\
80
-178
178
102
21
Leek
-122
122
27
166 164
-166
95
152
95
95
24
93
26
160
93
180
-95
153
192
21
94
18
165
22
-194
28
194
26
72
26
Groninger Hoog
194
72
-190
IJsselmeerbekken
72
190
192
72
-72
96
26
192
144
24
-144
26
198
122
40
114
190
18
116
44
-116
178
-206
48
130
206
18
50
-48
54
162
40
54
130
114
162
192
184
40
-192
134
44
200
46
166
114
-4
4
6 Brud
-114
-164
168
Zaandam
*32
50
-178
-44
178
*22
*61?
152
*74
*64
-152
112
44
168
Dowsing-South
Hewitt Fault Zone
*79
79
*98?
-108
*88
108
108
108
174
116
20
32
*20
108
36
48
Noordwijk
lisse
50
172
-174
164
94
52
164
49
48
144
*22
32
-48
174
50
*70
-32
-52
50
54
62
50
125
-82
Utrecht
47
>*120
*66
126
52
46
130
54
-47
16
47
-16
47
16
52
*104
104
123
46
82
-50
36
*100
124
*84
*81
122
84
47
52
oost nederlands hoog
-122
46
4
50
>120
*62
130
6
>*120
Oost Nederlands Hoog
126
94
*85
*83
48
-144
164
*60
88
116
44
*4
4
36
50
52
-28
28
42
32
50
55
44
38
44
37
50
44
>120
-44
44
36
*>120
50
-32
28
-55
54
53
*22
22
37
42
37
42
30
40
*18
38
10
40
10
30
48
-38
32
68
40
34
10
44
52
28
>10
96
70
32
*2
10
Nuland
10
-54
28
10
*26
6
6
8
10
8
-10
6
26
6
28
44
-40
10
26
38
72
40
10
Dorst
36
40
Ulvenhout
10
38
6
72
16
*16
*16
*26
16
*16
16
100
54
96
-32
*24
*10
32
*10
78
96
80
*10
84
46
*195
*22
114
32
*26
Venloslenk
*270
270
92
-92
32
16
*16
*20
*176
76
28
6
*16
*16
52
74
76
10
.*36
176
-52
74
46
*6
-10
*4
*16
Gilze
-74
44
-10
Tilburg breuk zone
10
10
54
Tilburg
38
-10
10
Peelrandbreuk
72
74
-10
10
Brabants blok
4
48
-28
*36
>*36
-70
72
40
>*36
*40
70
32
-30
Rheinischbreuk
36
-32
30
10
*69
38
30
34
30
10
*18
32
32
*38
*60
-54
*10
*21
Centrale Slenk
Half Graben
72 115
54
106 108
100
*84
*32
62
*62
*50
*60
*60
*36
*48
56
*48
*56
84
*74
*76
74
*24
*24
60
*58
*54
*26
32
26
Kempisch blok
*24
*26
*24
H
*20
-34
*24
*52
*70
92
34
92
92
92
Peelhorst
-92
*24
52
*70
92
*24
*32
32
H
*36
70
*30
Hoogterras
100
Neerpelt
92
90
86
-96
H
*88
H
H
H
H
184 40
Peyhorst
*184
H
76
*40
Erkelenz
pop-up
*76
Bolderberg hoog
DH
DH
Feldbissbreuk
London-Brabant
massief
Stavelot Massief
Eifel vulkanisme
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
4/11
Tectoniek v 2.0
Mesoniveau
De volgende elementen worden hier nader toegelicht:
Het Londen-Brabant Massief.
Dit is een van oorsprong paleozoisch terrane (Avalonia) wat rond 430 miljoen jaar geleden
(Ordovicium/Siluur) tegen Baltica aanbotste. Dit Massief is later geplooid tot een grote anticline in het
Perm tot aan de Jura. In het Tertiair is de noordflank van dit massief gaan dalen. Het oorspronkelijke
pre-tertiaire oppervlakte heeft mogelijk horizontaal gelopen. Door de scheefstelling (die de zuidelijke
daling van het Noordzeebekken veroorzaakte) ontstond er ruimte voor de tertiaire en kwartaire
afzettingen. In deze notitie wordt de kruin van het LBM als vast punt genomen. Dit wil zeggen dat ten
opzichte van deze kruin de afzettingen hebben bewogen.
Net ten noorden van het Massief ligt een zone met veel tectonische verschijnselen, de zogenaamde
Anglo-Brabant Deformation Belt (Winchester, 2002) . Deze Belt lijkt een zone waaronder het paleozoische
basement zwak is. Met name in het late Ordovicium is deze Belt gevormd (Pharaoh, 1999)
Deze zone (de ADBD) uit zich in een aantal sterk verbroken blokken in het westen ligt de DOSH. Dit is
een breukzone, de Dowsing South-Hewitt breukzone, die vanaf de oostkust van Groot-Britannie naar
de noordzijde van de Centrale Slenk loopt. Deze breuk vertegenwoordigt de noordzijde van het
Massief van Brabant. In theorie zou hier een sutuurlijn (sluitingslijn) kunnen bestaan uit het Siluur.
Deze lijn is mede onderkend door een afwijkend seismisch karakter. Hier wordt momenteel in het
kader van ISES (Netherlands Research Centre for Integrated Solid Earth Science) nader onderzoek
naar gedaan.
In West-Brabant bestaat de ADBD uit het Brabant Blok (BB), een serie blokken waar de T3 aan of
nabij het maaiveld ligt. In Ulvenhout (zie Ulvenhout-onderzoek) is deze onder meer aangetroffen,
evenals in de groeve bij Ossendrecht. Aan de oostzijde wordt het BB begrensd door de Tilburg Breuk
Zone (TBZ). Vlakbij de TBZ liggen afzettingen uit het Bavelien/Cromerien aan de oppervlakte. Ten
noorden van deze TBZ zijn deze afgedekt door jongere afzettingen. Het BB wordt doorsneden door
een aantal NNW-ZZO gerichte horizontaalverschuivingen die een vrij grote hoek maken ( 40º-50º) met
de TBZ.
De TBZ zelf is een verbinding is tussen de DOSH en de Feldbiss in Limburg. Ze bestaat uit een serie
gewone breuken met een relatief klein verzet. De TBZ is naar het beeld te oordelen een rechtslaterale horizontaal verschuiving. De ten zuiden van deze TBZ gelegen BB en KB zijn naar het
noordwesten opgeschoven.
Meer naar het oosten ligt het Kempen Blok (KB), een door veel onderkende breuken doorsneden
hoog. Hier liggen oudere afzettingen tot aan het maaiveld. Pliocene (zanden van Mol, Zanden van
Diest) tot glauconietrijke Miocene afzettingen worden aangetroffen, Lokaal komt een Maasterras
afzettingen (het Pietersberg-3 terras) voor als extreem grindrijke afzetting (zie de Sterksel afzettingen.
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
5/11
Tectoniek v 2.0
Ten westen van de ADBD ligt een grote oude inzakkingsstructuur, de Centrale Slenk Half Graben.
Dit is een inzakkingsstructuur waar de T3 diep is weggezakt. Ze heeft het uiterlijk van een
zogenaamde Half-Graben. De inzakkingstructuur wordt aangetroffen tussen de Peelrandbreuk in het
oosten en de TBZ in het westen, Ze wordt aan de westzijde begrensd door een NNW-ZZO breuk die in
het zuiden een verzet kent van meer dan 125 meter en aan de noordkant van ongeveer 15 meter. In
deze half graben is een groot deel van het sediment wat door de Rijn en de Maas werd aangevoerd in
het Plioceen/vroeg-Pleistoceen afgevangen.Deze half-Graben is de voortzetting van een vergelijkbare
structuur uit het Mioceen. Ten zuidoosten van de CSHG werd in het Mioceen veel sediment
afgevangen door een Half-Graben net ten NW van Keulen. (zie de het hoofdstuk over
deNederrijnbocht).
Ten oosten van al deze structuren ligt een aantal tectonische eenheden die mogelijk behoren tot het
Baltica terrane. De meest westelijke daarvan is de Peelhorst (PH), een hoog wat pas na de afzetting
van delen van de Oosterhout afzettingen (Laat-Plioceen) is gaan stijgen. Miocene afzettingen komen
onder de Peelhorst juist in grote dikten voor. De PH is herkenbaar tot nabij Utrecht. De opheffing
neemt af van ZO naar NW.
Ten oosten van de PH ligt in Zuid-Nederland de Venlo Slenk (VS), een inzakkingsgebied wat een
eerste aanzet lijkt van het Ijsselmeerbekken (YB) meer naar het noorden.
Dit YB is een grote inzakkingsstructuur die verder naar het noorden overgaat in het Centrale Noordzee
bekken. De T3 is hier diep weggezakt naar meer dan 205 meter onder het maaiveld. Deze inzakking is
voor een belangrijk deel gevuld door de Oost-rivier afzettingen.
Het Groninger Hoog (GH) en het Oost Nederlands Hoog (ONH) zijn twee hoog gelegen blokken waar
weinig Neogene afzettingen zijn terug te vinden. Opvallend is het voorkomen van N 010 E gerichte
breuken, een richting die bij Baltica lijkt te horen en waarvan de meest zuidelijke aanwijzingen zijn
terug te vinden op de Peelhorst. Een verdere zwaktezone lijkt de Rheinischbreuk te zijn. Deze zone
loopt parallel aan de Peelrandbreuk.
Ten slotte is er nog een bijzonder tectonisch verschijsel in het Zuidoosten van het gebied, de Erkelenz
Pop-op (EPU). Dit is een pop-up structuur de bestaat tussen de rechts-laterale horizontaal
verschuiving van de Peelrand en de rechts-laterale horizontaal verschuiving van de Rurrandbreuk.
Onder deze structuur wordt een intrusief lichaam vermoed (Bredewout, 1989)
Onderstaande figuur geeft een beeld van de Erkelenz pop-up. De rode en roze kleuren geven het deel
van deze pop-up die het meest zijn gestegen. De groene naar blauwe kleuren geven de delen aan die
minder zijn gestegen. De zachtoranje kleur geeft een deel van de afzettingen die horizontaal liggen
over grotere oppervlakten. Mogelijk is dit deel niet opgeheven/gedaald. De rode pijlen geven de daling
van de lagen aan binnen een deelblok.
.
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
6/11
Tectoniek v 2.0
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
7/11
Tectoniek v 2.0
Deze figuur lijkt sterk op de door McClay (2000) experimenteel gevonden structuren. Onderstaande
figuur geeft een beeld van een experiment beschreven op pagina 235 van het artikel.
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
8/11
Tectoniek v 2.0
Microniveau
Tilburg
Recent is er naar breuken nader onderzoek gedaan door het graven van sleuven dwars oer de breuk.
Dit is mede ingegeven door hernieuwde interesse in het optreden van aardbevingen in het zuidelijk
deel van de Noordzee. Verder blijken breuken te kunnen optreden als drempel of juist preferente
lokatie voor grondwaterstroming.
Een van die breuken is opgegraven nabij Tilburg (zie artikel in de bijlage)
Bovenstaande samengestelde foto over deze breuk laat links een kleilaag zien die uit het vroege
Cromerien kan stammen en rechts dekzanden uit een van de laatste ijstijden.
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
9/11
Tectoniek v 2.0
Bree
Recent paleoseismologisch onderzoek in Noordoost-Limburg, langsheen de breuktrap van de
Feldbissbreuk ten zuiden van Bree, heeft zo reeds 6 belangrijke aardbevingen in de laatste 150.000 à
180.000 jaar aan het licht gebracht (zie o.a. Camelbeeck & Meghraoui 1996, 1998, Vanneste et al.
1999, Vanneste et al. 2001). De meest recente aardbeving zou zo’n 1.000 à 1.350 jaar geleden de
streek getroffen hebben. Het was een zware aardbeving met een magnitude van ongeveer 6.3 op de
Richterschaal. De zwaarste aardbeving moet zich echter zo’n 23.000 à 63.000 jaar geleden hebben
voorgedaan. Uit deze studie blijkt dat zware aardbevingen in Noordoost-Limburg zich voordoen met
een tijdinterval van tenminste ~10.000 jaar.
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
10/11
Tectoniek v 2.0
Litteratuur
Bredewout, J.W.
McClay, K
1989
2000
Bonora, M
The character of the Erkelenz intrusive as derived from
Geol. Mijnbouw, 68,
geophysical data
p. 445-454
Analog models of restraining
AAPG Bulletin, v. 85, no. 2
stepovers in strike-slip
(February 2001), pp. 233–
fault systems
260
1913
Niederlande, Handbuch der Regionalen Geologie
Phraraoh T.C.
1999
Palaeozoic terranes and their lithospheric
boundaries within the Trans-European Suture Zone (TESZ):
Winchester J.C.
2002
Palaeozoic amalgamation of Central Europe: new results
from recent geological and geophysical investigations
Zagwijn, W.H
1975
Toelichting bij geologische overzichtskaarten van Nederland
Molengraaff, G.A.F Van
Waterschoot van der Gracht,
W.A.J.M.
Tectonophysics 314, 7 – 29.
a review
D. Edelman
[email protected]
10/30/2007
11/11
Tectonophysics 360, 5 –21
Tectoniek v 2.0