The Central European Basin System (CEBS) is a complex intracontinental system of sedimentary basins that have evolved through several geodynamic phases since Late Carboniferous times. The basin system is framed by the Tornquist Zone in the north and the Elbe Fault System in the south. The main structural configuration of the basin system is well established due to decades of scientific research and intense industrial exploration for mineral resources. The scope of this PhD thesis is to assess which paleostress fields controlled the evolution of the basin system. The present thesis introduces the “Stress Inversion via Simulation” (SVS) as a new strategy for estimating paleostress states. For a set of striated fault planes with known sense of slip (fault- slip data), this stepwise technique identifies the corresponding “reduced stress tensor” comprising (1) the directions of the principal stress axes with sigma1≥sigma2≥sigma3 and (2) the ratio of principal stress differences, R=(sigma2-sigma3)/(sigma1-sigma3). For heterogeneous fault-slip data, SVS separates the different corresponding “reduced stress tensors”. Any estimated stress tensor thereby fulfils both the criterion of low misfit angles and the criterion of high shear-to-normal-stress ratios for the associated fault-slip data. The base for the present study is provided by fault-slip data gathered from outcrops in the Elbe Fault System area (906 fault-slip data) and in the Oslo Graben area north of the Tornquist Zone (2191 data). 77 paleostress tensors have been estimated for the Elbe Fault System area and 194 tensors for the Oslo Graben area. These locally estimated stress states can be related to a small number of regionally traceable paleostress fields. The paleostress fields that have demonstrably controlled the Oslo Graben area include (1) a Caledonian compressional stress field with a horizontal NW-SE-directed sigma1, (2) a Permo-Carboniferous tensional stress field with a horizontal WNW-ESE- directed sigma3 (rifting phase) and (3) a (post?-)Permian wrench regime with a roughly N-S-directed sigma1. Thus, the Oslo Graben area probably remained widely unaffected by any major tectonic activity during much of the Mesozoic and Cenozoic. The regional stress fields reconstructed for the Elbe Fault System area comprise a compressional and a younger wrench regime both with a horizontal N S- to NE-SW-directed sigma1 and both related to the Late Cretaceous/Early Tertiary phase of basin inversion. Stress fields (wrench and tensional) that post-dated the inversion phase are much weaker, while signs of any pre-inversion stress fields have not been detected at all. While the Late Cretaceous/Early Tertiary phase of inversion widely overprinted traces of earlier deformation across the Elbe Fault System area, it had minor if not no effects on the Oslo Graben area. The respective strain localisation in particular zones of crustal weakness of the CEBS is one of the major aspects of the present study.
Das Zentraleuropäische Beckensystem (CEBS) ist ein intrakontinentales System sedimentärer Becken, das sich seit dem spätesten Karbon im Zuge verschiedener geodynamischer Phasen entwickelt hat. Die Struktur des CEBS wird durch die Tornquist Störungszone im Norden und das Elbe-Störungssystem im Süden geprägt. Das strukturelle Inventar dieses Beckensystems ist weitgehend bekannt – eine Folge jahrzehntelanger wissenschaftlicher Aktivitäten und industrieller Exploration mineralischer Rohstoffe. Mit der vorliegenden Dissertation soll rekonstruiert werden, welche tektonischen Paläospannungsfelder die Entwicklung des CEBS kontrollierten. Zu diesem Zweck wird eine neue Strategie zur Ermittlung von Paläospannungszuständen aus Harnischflächen-Daten eingeführt, die „Spannungsinversion mittels Simulation“. Dieses schrittweise Verfahren leitet aus Harnischflächen-Daten den „reduzierten Spannungstensor“ ab, bestehend aus (1) den Richtungen der Hauptspannungsachsen mit Sigma1≥Sigma2≥Sigma3 und (2) dem Spannungsdifferenzenquotienten, R=(Sigma2-Sigma3)/(Sigma1-Sigma3). Für heterogene Datensätze werden alle inhärenten Spannungstensoren separiert. Dabei passt jeder dieser Tensoren optimal zu den korrespondierenden Harnischflächen-Daten bezüglich sowohl der beobachteten Scherrichtungen als auch der Verhältnisse zwischen Scher- und Normalspannungen auf den Störungsflächen. Die vorliegende Studie basiert auf Harnischflächen-Daten der Gebiete des Elbe-Störungssystems (906 Daten) und des Oslograbens (2191 Daten). Für das Gebiet des Elbe-Störungssystems konnten 77 Tensoren, für das des Oslograbens 194 Tensoren ermittelt werden. Diese lokal abgeleiteten Paläospannungen lassen sich zu wenigen regionalen Spannungsfeldern zusammenfassen. Für das Oslograbensystem lassen sich (1) ein Kaledonisches kompressionales Spannungsfeld mit horizontaler NW-SE-gerichteter Sigma1-Achse, (2) ein permo-karbones extensionales Regime mit horizontaler WNW-ESE-gerichteter Sigma3-Achse (Riftentstehung) und (3) ein (post-)permisches Seitenverschiebungsregime mit etwa N-S-gerichteter Sigma1-Achse nachweisen. Folglich wurde das Oslograbengebiet über weite Zeiträume des Mesozoikums und Känozoikums nicht von stärkeren tektonischen Aktivitäten erfasst. Für das Elbe-Störungssystem können ein Kompressions- und ein jüngeres Seitenverschiebungsfeld nachgewiesen werden, die beide eine horizontale N S- bis NE-SW-gerichtete Sigma1-Achse zeigen und der spätkretazisch-frühtertiären Phase der Beckeninversion zuzuordnen sind. Jüngere Spannungsfelder erscheinen deutlich schwächer, während prä- spätkretazische Felder gar nicht nachgewiesen werden konnten. Während die spätkretazisch-frühtertiäre Inversion Zeichen früherer Störungsaktivität im Elbe-Störungssystem weitgehend überprägt hat, hatte die Inversion keinen entscheidenden Einfluss auf das Oslograbensystem. Eine entsprechende Deformationskonzentrierung auf bestimmte krustale Schwächezonen des CEBS ist ein zentraler Aspekt der vorliegenden Arbeit.
