Tectono-stratigraphic model for high-displacement crustal normal faults on continental rifts : The Late Jurassic and earliest Cretaceous on and around the Frøya High, Norwegian Sea

Abstract

Nye seismiske refleksjonsdata og forbedringer i prosessering av seismikk i løpet av de siste to tiårene har forbedret muligheten for å se strukturer i necking- og distaldomenet i riftede marginer. Osmundsen og Peron-Pinvidic (2018) har dokumentert at normalforkastninger med høyt sprang (> 30 km) skiller de ulike strukturelle domenene på riftede marginer. Disse normalforkastningene, eller grenseforkastningskompleksene, kontrollerer kildeområdet for sedimenter, avsetningsrute og avsetningsområde gjennom rift-fasen og i flere millioner år etter den tektoniske hendelsen. Til tross for den viktige rollen normalforkastninger med høyt sprang spiller, finnes det lite kunnskap om hvordan deres vekst skiller seg fra andre forkastninger, og hvordan de samhandler med andre strukturer for å kontrollere arkitekturen og utviklingen av sedimentære systemer. Gjennom denne forskningen har det blitt benyttet seismikk og brønndata lokalisert på den sørlige delen av den norske riftmarginen for å undersøke tre viktige temaer knyttet til den tektonostratigrafiske utviklingen på og rundt Frøyahøyden under sen Jura og de tidligste riftfasene fra Kritt. Arbeidet starter med å undersøke hvilken rolle strukturer i grunnfjellet spiller når det kommer til plassering, geometri, orientering og segmentering av forkastningskomplekset Klakk vest for Frøyahøyden. Det andre temaet for arbeidet tar for seg den tredimensjonale geometrien og utviklingen av et skjeformet supradetachment-basseng utviklet i neckingdomenet til en riftmargin. Det tredje temaet omfatter en «source-to-sink»-analyse (S2S) for å syntetisere den geomorfologiske og tektonostratigrafiske utviklingen av avsetningssystemene på og rundt Frøyahøyden, Norskehavet. Resultater fra disse studiene viser (i) at en kombinasjon av nedarvede strukturer og reologi kontrollerer den tredimensjonale geometrien til grenseforkastningskompleksene, (ii) at normalforkastninger med høyt sprang genererer to typer supradetachment-bassenger, skjeformede og grensetype, (iii) hvordan størrelsesorden på sprang og samhandling mellom forkastningssegmenter styrer lokalisering av både grunne og dype avsetningssystemer, og (iv) normalforkastninger med høyt sprang viser to typer «source-to-sink» systemer som kan relateres til aktive og passive eller de hellende flankene. Avhandlingen presenterer utviklingen av en tektono-sedimentær modell for normalforkastninger med høyt sprang, utviklet i neckingdomener med tykk kontinentalskorpe. Funnene i avhandlingen vil bidra til å identifisere plasseringen og arkitekturen til silisiklastiske reservoarer, som videre vil bedre kunnskap om utviklingen av riftsystemer og leting etter hydrokarboner.

New seismic reflection data and improvement in seismic processing capacities in the last two decades have improved the possibility of seeing the structures of the necking and distal domains of rifted margins. Osmundsen and Peron-Pinvidic (2018) identify that high-displacement (> 30 km) normal faults separates the different structural domains of the rifted margins. These normal faults, breakaway complexes, control the sediment source areas, sediment routing and sink deposits during the rift phase and several million years after the tectonic event. Despite the relevance of high displacement normal faults, little is known about how their growth differs from other faults, and how they interact with other structures to control the architecture and evolution of sedimentary systems. This research utilised seismic and well data located on the southern part of the Norwegian rifted margin to investigate three important themes related to the tectonostratigraphic evolution on and around the Frøya High during the Late Jurassic and earliest Cretaceous rift phases. The first theme investigates the role of basement structures in controlling the location, geometry, orientation and segmentation of the Klakk Fault Complex to the west of the Frøya High. The second theme addresses the three-dimensional geometry and evolution of a spoon-shaped supradetachment basin developed in the necking domain of a rifted margin. The third theme encompasses a source-to-sink (S2S) analysis to synthesise the geomorphological and tectonostratigraphic evolution of the depositional systems on and around a basement high, the Frøya High, Norwegian Sea. Results from these studies show (i) that a combination of inherited structures and rheology control the three-dimensional geometry of the necking breakaway complexes, (ii) that high-displacement normal faults generate two types of supradetachment basins, spoon-shaped and breakaway-type, (iii) how the amount of displacement and the type of fault segment interaction control the location of the shallow- and deep-water depositional systems and (iv) high-displacement normal fault display two types of source-to-sink system related to the active and passive or dips-slope flanks. The thesis provides the development of a tectono-sedimentary model for high-displacement normal faults developed in necking domains with a thick continental crust. This knowledge will help identify the location and architecture of siliciclastic reservoirs, which have an impact on the knowledge of the evolution of rifts and hydrocarbon exploration.