Original paper

Thermal grade of Early Paleozoic shales and slates across the Caledonian Deformation Front, NE Germany

Glasmacher, Ulrich A.; Giese, Uwe

Neues Jahrbuch für Geologie und Paläontologie - Abhandlungen Band 222 Heft 1-2 (2001), p. 301 - 328

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published: Sep 26, 2001

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ArtNo. ESP155022201012, Price: 29.00 €

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Abstract

Clay mineral crystallinity of Early Paleozoic shale and slate samples from five boreholes (G 14-1, K 5-1, H 2-1, Rügen 5, Loissin 1) across the Caledonian Deformation Front were determined to characterize the thermal grade. In general, the mineral composition of the samples as revealed by X-ray diffraction (XRD)-analysis of the < 63 μm size fraction is very similar and dominated by quartz, illite and chlorite. Minor amounts of potassium feldspar, albite and anorthite occur in G 14-1, Rügen 5 and Lossin 1. In the vicinity of thrusts, the slates of Rügen 5 bear talc, potassium feldspar and calcite. Nearly all samples of Rügen 5 contain mixed-layer minerals in various quantities. Illite and chlorite crystallinity data show a variable but consistent trend for each borehole. The thermal grade ranges from lower diagenesis to upper anchizonal conditions with a mean maximum in the upper diagenesis. Therefore, all drill sections represent an upper crustal level which never experienced temperatures in excess of 300 °C. The Lossin 1 and G 14-1 well show a gradual increase of the thermal overprint with depth without or very little influence of tectonic deformation. Therefore, metamorphism could be syn- and/or post-kinematic to the deformation. The rather high grade in the G 14-1 well could be explained by additionally induced tectonic overburden instead of a solely sedimentary overburden. In contrast, main thrusts interrupted the clay mineral crystallinity-depth profile in the Early Paleozoic sequence of Rügen 5. Therefore, the thermal overprint is pre-kinematic and was considerably disturbed by the Caledonian thrusting. The clay mineral crystallinity investigations confirm the interpretation of a frontal high-level thrust fan for the Rügen Early Paleozoic sequence.

Kurzfassung

Zur Charakterisierung der thermischen Beanspruchung altpaläozoischer Tonsteine und Tonschiefer nordöstlich und südwestlich der kaledonischen Deformationsfront wurde an Bohrkernen der Bohrungen G 14-1, K 5-1, H 2-1, Rügen 5 und Loissin 1 die Illit- und Chloritkristallinität bestimmt. Die RBA-Analysen der < 63 μm Fraktionen zeigen sehr ähnliche durch Quarz, Illit und Chlorit dominierte Mineralzusammensetzungen für alle Proben. Untergeordnet sind Kalifeldspat, Albit und Anorthit in den Tonsteinen und Tonschiefern der Bohrungen G 14-1, Rügen 5 und Loissin 1 vertreten. Tonschiefer aus dem Nahbereich von Störungen in der Rügen 5 Bohrung führen Talk, Kalifeldspat und Kalzit. Fast alle Proben der Bohrung Rügen 5 sind durch unterschiedlich hohe Mixed-Layer Anteile gekennzeichnet. Im Vergleich zeigen Illit- und Chloritkristallinität variable, jedoch konsistente Trends für jeden Bohrkern. Die thermische Beanspruchung reicht von unterer Diagenese bis zur oberen Anchizone mit einem Maximum der Werte im Bereich der oberen Diagenese. Dies deutet auf eine maximale thermische Beanspruchung hin, die nie Temperaturen oberhalb von 300 °C erreicht hat. Die Tonsteine und Tonschiefer der Bohrungen Loissin 1 und G 14-1 zeigen eine kontinuierliche Zunahme der Kristallinitätswerte zur Tiefe. In den Bohrungen auftretende Störungen und Falten beeinflussen diesen Trend nicht. Somit muß die thermische Beanspruchung nach Anlage der Störungen bzw. der Falten erfolgt sein. Die relative hohe thermische Beanspruchung in der Bohrung G 14-1 ist möglicherweise auf eine tektonisch induzierte Erhöhung der überlagernden Mächtigkeiten zurückzuführen. In der Rügen 1 Bohrung ist an allen Hauptstörungen das Illit- und das Chloritkristallinitäts-Tiefenprofil gestört. Aus diesem Grund muß bei der Rügen 1 Bohrung die thermische Beanspruchung vor der Anlage der Hauptstörungen erfolgt sein.

Keywords

Trans-European Suture ZoneCaledonian Deformation FrontNE GermanyClay mineral crystallinitythermal grade