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Rotliegend des Harzes

Paul, Josef

Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Heft 61 (2012), p. 204 - 234

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published: Oct 25, 2012

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ArtNo. ESP171906100015, Price: 8.00 €

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Kurzfassung

Rotliegend-zeitliche Gesteine kommen im Harz sowohl als Plutonite, Ganggesteine, Vulkanite und Sedimente vor. Die Sedimente wurden in separaten Becken abgelagert. Im Ilfelder Becken begann die Sedimentation im oberen Ober-Karbon (Stefanium). Das Rotliegend des Ilfelder Beckens wird in sieben Formationen gegliedert, die anhand von Typusprofilen definiert sind. Innerhalb einer Formation kann eine feinkörnige Beckenfazies von einer grobklastischen Randfazies unterschieden werden. Die Sedimente des Rotliegend setzen mit roten und grauen Grob- und Feinklastika der bis zu 100 m mächtigen Fuchsburg-Fm. ein. Die darüberfolgende Netzkater-Fm. setzt sich aus grauen Ton- und Siltsteinen zusammen, in die ein Kohleflöz eingeschaltet ist. Darüber besteht die etwa 30 m mächtige Neustadt-Fm. wiederum aus roten Grobklastika. Laven latitischer und andesitischer Zusammensetzung drangen in zwei räumlich getrennten Ergüssen empor, die bis zu 90 m mächtig werden. Die nächstjüngere Baumgarten-Fm. ist im gesamten Becken vertreten. Sie wird bis zu 320 m mächtig und besteht überwiegend aus roten Ton- und Siltsteinen, die in einer Playa sedimentiert wurden. Eingelagert ist eine Serie limnischer und pedogener Kalke. Die anschließende Sülzhayn-Fm. wird in drei Subformationen aufgeteilt: Die Limbach-SubFm. besteht aus vulkanischen Konglomeraten und Sandsteinen mit eingeschalteten Aschentuffen. Die Sülze-SubFm. ist ein bis zu 35 m mächtiger, gut kartierbarer Ignimbrit. Charakteristisch für die Dörnsenberg-SubFm. sind Kristall-Sandsteine, die aus umgelagerten Pyroklastika hervorgingen. Die bis zu 100 m mächtige Werna-Fm. besteht wiederum aus groben Klastika unterschiedlicher Zusammensetzung. Die im zentralen Bereich äolische jüngste Walkenried-Fm. setzt sich aus gut sortierten Sandsteinen zusammen. Darüber folgt ein Konglomerat, bevor mit dem Kupferschiefer die Zechstein-Gruppe beginnt. Erosionsdiskordanzen und Kornvergröberungen als Folge von tektonischen Impulsen kommen an der Basis des Permokarbons und am Top der Netzkater-, der Baumgarten -, der Sülzhayn- und der Walkenried-Fm. vor. Das Ilfelder Becken ist Teil eines N-S streichenden Grabens, der im Süden das Mühlhäuser Becken einschließt und im Norden weit in den Harz hineinreicht. Die etwa 300 m mächtigen, klastischen Sedimente des am nordöstlichen Harzrand gelegenen Meisdorfer Beckens werden in sechs Formationen gegliedert. Die Sedimentation setzt mit roten, etwa 30 m mächtigen grobklastischen Gesteinen der Wolfstal-Fm. ein. Sie wird überlagert von der ein Kohleflöz führenden, etwa 10 m mächtigen Triftbach-Fm., die aus dunkelgrauen pelitischen Sedimenten besteht. Die darüberfolgende Ballenstedt-Fm. wird wiederum aus einer Wechsellagerung von roten Silt- und Sandsteinen und wenigen Konglomeraten aufgebaut. Sie wird bis 70 m mächtig. Die bis 30 m mächtige Kirchberg-Fm. setzt sich vorwiegend aus grobklastischen Gesteinen zusammen. Die Endorf-Fm. wird bis 250 m mächtig. Sie besteht aus roten Silt- und Sandsteinen, in die zahlreiche Tuffund Kalkbänke eingelagert sind. Die weniger als 10 m mächtige sandige Eisleben-Formation schließt die Sedimentation des Rotliegend ab. Sie überlagert winkeldiskordant die unteren Formationen. Während diese auf das Meisdorfer Becken beschränkt sind, lässt sich die Eisleben-Formation bis an die Typlokalität am östlichen Harzrand verfolgen. Am westlichen Harzrand bei Seesen sind geringmächtige klastische Gesteine aufgeschlossen, die schwellenwärts auskeilen. Sie gehören zur Randfazies des Norddeutschen Rotliegend-Beckens. Die Plutonite des Harzes bestehen aus dem granitischen Ramberg-Massiv und dem komplex aufgebauten Brocken-Massiv, das sich aus dem Harzburger Gabbro und mehreren granitischen Teilintrusionen, dem Brocken-, Oker- und Ilsestein-Granit, zusammensetzt. Das Spektrum der Ganggesteine reicht von aplitischen Graniten bis zu Lamprophyren. Die Ilfelder Vulkane haben rhyodacitische, während die Vulkane des Ravensberges, Knollens und Auerberges rhyolithische Zusammensetzung aufweisen. Die vorliegenden radiometrischen Datierungen zeigen unter Berücksichtigung der Fehlergrenzen, dass die Abkühlung der Plutonite und die Förderung der Vulkanite gleichzeitig innerhalb eines kurzen Zeitraums vor etwa 300-290 Mio. Jahren stattfanden.

Abstract

The Permo-Carboniferous of the Harz Mountains consists of plutonics, as well as volcanics and sediments. The most important sedimentary basins are the Ilfeld and the Meisdorf Basin. The Permo-Carboniferous succession of the Ilfeld Basin, at the southern margin of the Harz Mountains, consists mostly of coarse and fine-grained siliciclastics with intercalated vulcanoclastic sediments and lava flows. The succcession is up to 800 m thick. It can be subdivided in 7 formations. In many cases, a coarse-grained marginal facies can be distinguished from a fine-grained basin facies. The sedimentation started in the Upper Carboniferous (Stephanian). The basal Fuchsburg Fm., which consists of alluvial fan sediments, is deposited above reddened and weathered Devonian greywackes and cherts. The following Netzkater Fm. is characterized by fine-grained grey palustrine deposits including a coal seam that was mined during the last centuries. Due to frequent findings of plant fossils, it is possible to differentiate between a submerged algal flora, a marginal Calamites, and a Cordaites flora growing at dry locations. The Neustadt Fm. consists of reddish conglomerates, sandstones, and clays deposited in alluvial fans. Andesitic and latitic lava flows are the first impact of volcanic activity that forms gentle domes. The finegrained reddish Baumgarten Fm. was deposited in a playa environment. During humid periods a lake persisted in the center of the basin, as indicated by laminated microbial carbonates with ostracods, Xenacanthodian teeth, and Branchiosaurid jaws. In arid periods the lacustrine environment was replaced by pedogenic carbonates, which formed hydromorphic soils and fine caliche nodules and root horizons. At the Permian-Carboniferous boundary, rhyodacitic lava flows covered large areas of the basin. They have domal structures and also intrude as sub-volcanoes into the playa deposits of the Baumgarten Fm. The lava flows were accompanied by pyroclastic breccias, lapilli, and ash tuffs, which form the Sülzhayn Fm. This loosely-aggregated material was easily reworked by fluvial processes. Separation of fine and coarse grains led to sands consisting of well sorted, but unrounded quartz crystals. The following Werna Fm. consists of coarse-grained deposits – most clasts are reworked volcanics – which were laid down in alluvial fans. The sedimentary succession is terminated by the Walkenried Fm., which is composed of sandy material. Petrography, grain morphoscopy, grain-size distribution, and sedimentary structures indicate an eolian origin of these sands. The terrestrial Rotliegend is topped by the marine Upper Permian Zechstein Group. However, as there is an angular unconformity between both units, a time gap of unknown duration is assumed. The sediments of the Ilfeld Basin are deposited in a N-S trending graben, perhaps crossing the Harz Mountains. The Ilfeld Basin is the northward continuation of the Mühlhausen Basin. The Meisdorf Basin is situated on the north-eastern margin of the Variscan Harz Mountains. The about 300 m thick sedimentary succession consists almost exclusively of coarse and fine-grained siliciclastics. It is subdivided in 6 formations. Sedimentation started in the Upper Carboniferous (Stephanian). The basal Wolftal Fm. is about 30 m thick and consists of coarsegrained conglomerates deposited in alluvial fans. The following palustrine Triftbach Fm. is composed of dark grey claystones, including a coal seam, which was mined during the last centuries. The Ballenstedt Fm. is characterized by coarse-grained conglomerates, which have a thickness of about 60-70 m. They were laid down in a proximal alluvial fan. The fine-grained reddish Endorf Fm. was deposited in a playa environment. It is up to 240 m thick and contains numerous pyroclastic layers. Up to 15 calcrete horizons have been recorded. The Rotliegend succession is terminated by the sandy Eisleben Fm., which is less than 10 m thick. The Eisleben Fm. can be traced into the northern foreland and around the Harz Mountains. Some tectonic events are indicated by discordances and coarsening of grain sizes. These events are at the base, between the Triftbach Fm. and the Ballenstedt Fm., and the Endorf Fm. and the Eisleben Fm. The Eisleben Fm. is concordant with the overlying Zechstein Group. The configuration of the Meisdorf Basin is not known exactly due to the lack of boreholes in the northern foreland and erosion in the south as a consequence of the Cainozoic uplift of the Harz Mountains. It is supposed that the sediments of the Meisdorf Basin were deposited in a N-S trending graben. Clastic sediments crop out at the western margin of the Harz Mountains near Seesen. They are part of the large North German Rotliegend Basin. The plutonic intrusions of the Harz Mountains consist of the Ramberg and the complex Brocken Massif, which is composed of the Harzburg gabbro and the Brocken, Oker, and Ilsestein Granite. In the Harz Mountains, there are a variety of dikes, ranging from aplites to lamprophyres. The Ilfeld volcanics consist of rhyodacites, whereas the Ravenberg, Knollen, and Auerberg volcanoes are of rhyolithic composition. Radiometric dating yield ages of about 300-290 Ma for plutonics, as well as volcanics.

Keywords

Lower PermianRotliegendHarz Mts.Ilfeld and Meisdorf BasinlithostratigraphyGermanyUnterpermRotliegendHarzIlfeld-undMeisdorf -BeckenLithostratigraphieDeutschland