Original paper

Rotliegend in den Hessischen Becken

Kowalczyk, Gotthard; Herbst Anette, ; Heggemann, H

Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Heft 61 (2012), p. 378 - 417

48 references

published: Oct 25, 2012

BibTeX file

ArtNo. ESP171906100023, Price: 8.80 €

Download preview PDF Buy as PDF

Kurzfassung

Die nordöstliche Fortsetzung des permokarbonen Saar-Nahe-Beckens besteht aus einem uneinheitlichen Sedimentationsraum im Streichen der variscischen Faltenachsen, den Hessischen Becken. Er endet im W am Sprendlinger Horst in der nördlichen Verlängerung des Odenwaldes und im Osten an der Buchenauer Schwelle; im Norden an der Hunsrück-Taunus-Schwelle des Rhenoherzynikums und im Süden an der nicht zusammenhängenden Schwelle aus Relikten der Mitteldeutschen Kristallin-Zone (Odenwald-Spessart-Rhön -Schwelle). Die Hessischen Becken sind in mehrere untereinander verbundene Einzelbecken gegliedert: Das Wetterau-, das Fulda-, das Haune- und das Eisenacher Becken als Teil des Werra-Beckens. Für zwei dieser Becken ist eine lithostratigraphische Gliederung des Rotliegend etabliert und zwar für das Wetterau- und das Eisenacher Becken, für das Nentershäuser Becken wurde eine Gliederung vorgeschlagen. Im Wetterau-Becken existiert folgende Gliederung des Rotliegend: Die basale Lindheim-Formation (mind. 228 m) lagert deformiertem Variscikum auf. Sie besteht aus durchweg grau gefärbten Sedimenten (Konglomerate, feldspatreiche Sandsteine, Silt- und Tonsteine) verzweigter und mäandrierender Flüsse sowie aus Stillwasserabsätzen (Seen, Altarme). Sie enthält eine relativ reiche Fauna und Flora bis hin zur Bildung geringmächtiger Kohleflöze. Am Top treten einzelne rhyolithische Tuffe auf. Die Altenstadt-Formation (mind. 180 m) führt ein der Lindheim-Formation vergleichbares lithologisches Inventar als Produkt ähnlichen Milieus. Im Gegensatz zu dieser sind die Feinklastite der Altenstadt-Formation jedoch rotbraun gefärbt. Kohlige Substanz in der immer noch reichen pflanzlichen Fossilgemeinschaft fehlt. Die erhaltene Fauna (Anthracosien, Ostracoden, Conchostraken, Stegocephalen) entspricht der in der Lindheim-Formation. Generell feinkörniger ist die Düdelsheim-Formation (bis 150 m) entwickelt mit rotbraunen Sand- und Siltsteinen, mit Pflanzenresten und Fischen, wenigen Tonsteinen und Konglomeraten sowie geringmächtigen Mergeln und Kalken. Sie sind das Produkt mäandrierender Flüsse und lokaler Seen. Während die Obergrenze dieser Formation gut zu fassen ist, kann ihre Untergrenze nicht völlig befriedigend festgelegt werden. Die Abfolge von Lindheim-, Altenstadt- und Düdelsheim -Formation sind Äquivalente der mittleren und oberen Glan-Subgruppe des Saar-Nahe-Beckens. Die Schöneck-Formation (bis 250 m) ist durch das Auftreten basischer Vulkanite an ihrer Basis charakterisiert. Die nichtvulkanische Abfolge besteht aus den Sedimenten mäandrierender und verzweigter Flüsse in mehrfachem Wechsel (rotbraune Sand- und Siltsteine, z. T. pflanzenführend, und Konglomerate, die stets Detritus der basalen Vulkanite enthalten). Am Top treten lakustrische Karbonate auf, die lokal reich an Vertebratenresten sind oder auch als Stromatolithe und Onkolithe vorliegen. Die Schöneck-Formation lässt sich mit der Donnersberg-Formation (Nahe-Subgruppe) des Saar-Nahe-Beckens parallelisieren. Die Bleichenbach-Formation (bis mind. 400 m) bildet den Abschluss der Rotliegend-Sedimentation mit Sedimenten (im Wesentlichen rote Silt- und Tonsteine, Feinsandsteine) einer Sand- und Tonebene mit einer z. T. evaporitischen Playa. Sie ist sehr arm an Körperfossilien (Flora und Fauna), führt aber zahlreiche Tetrapodenfährten. Die Bleichenbach-Formation ist die Beckenfazies des höchsten Rotliegend in der Wetterau und wird wie ihre randlichen Äquivalente (Rodenbach -Formation) von grauen, nichtmarinen, fluviatilen Konglomeraten und Sandsteinen überlagert, die der Definition des Weißliegend entsprechen, denen der untere Werra-Ton (Kupferschiefer, zWT) folgt. Die Bleichenbach-Formation entspricht der Beckenfazies der Eisenach-Formation im Eisenacher Becken und lässt sich auch mit der Standenbühl- und Nierstein-Formation des Saar-Nahe-Beckens parallelisieren. Die Rodenbach-Formation (bis 150 m) mit roten Breccien, Konglomeraten, Sand- und Siltsteinen ist die Schutt- und Schwemmfächer-Fazies (inkl. kurzfristiger fluviatiler und äolischer Sedimentation) des obersten Rotliegend im Wetterau-Becken und damit ein randliches Äquivalent der Bleichenbach-Formation. Sie entspricht faziell und nach der Stellung in der Rotliegend-Abfolge der Wadern-Formation des Saar-Nahe -Beckens und der grobklastischen Ausbildung der Eisenach-Formation des Eisenacher Beckens. Während die Lindheim-, die Altenstadt- und die Düdelsheim -Formation ausschließlich aus dem Wetterau -Becken bekannt sind, lassen sich die Schöneck-, die Rodenbach- und die Bleichenbach-Formation auch auf dem Sprendlinger Horst bis hin zum nördlichen Rheingraben nachweisen. Die Rodenbach- und die Bleichenbach-Formation bzw. ihre Äquivalente sind darüber hinaus in allen nordöstlich an die Wetterau anschließenden Becken verbreitet und bilden überwiegend die einzigen Einheiten des dortigen Rotliegend. Das Rotliegend des Eisenacher Beckens besteht abgesehen vom Grenzbereich zum Zechstein aus einer einzigen Formation, der Eisenach-Formation, in die auch das Rotliegend im Richelsdorfer Gebirge (Nentershäuser Becken) und Werra-Becken gestellt werden könnte. Die Eisenach-Formation umfasst sowohl die randliche Schutt- und Schwemmfächer-Fazies wie auch die playa-Fazies des zentralen Beckenbereiches. Diese Einheit wird zusammen mit dem Rotliegend des Thüringer-Wald-Beckens behandelt (s. Lützner et al. 2011). Die Sedimente im Grenzbereich Rotliegend/Zechstein unterhalb des zWT (unterer Werra-Ton, Kupferschiefer) (Weißliegend, Zechsteinkonglomerat) sind in den Hessischen Becken unterschiedlich entwickelt: als fluviatile grobklastische Rinnensedimente, als flächenhaft sedimentierte Sandsteine und Konglomerate oder auch als äolische Dünensedimente. Eine lithostratigraphische Klassifizierung eines Teils dieser Fazies wird hier vorgeschlagen (Altenmittlau-, Glauburg- und Cornberg-Formation). Außerhalb der Hessischen Becken ist eine formale lithostratigraphische Klassifizierung für das Rotliegend am Ostrand des Rheinischen Schiefergebirges (Frankenberger Bucht) etabliert: Für das ehemalige „Ältere Konglomerat“ bzw. „Ältere Frankenberger Konglomerat“ wird die Bezeichnung „Battenberg-Formation “ eingeführt. Sie besteht überwiegend aus Schutt- und Schwemmfächersedimenten, sowie einzelnen äolischen Dünensedimenten und wenigen pelitischen Lagen. Sie entspricht der Rodenbach-Formation oder auch der grobklastischen Fazies der Eisenach-Formation. Sie verzahnt sich jedoch mit dem basalen marinen Zechstein (z1). Sedimente in der Fazies des Weißliegend fehlen hier.

Abstract

In the north-eastern extension of the Permocarboniferous Saar-Nahe-Basin, a differentiated depositional area exists, the Hessian Basins. These basins are lined parallel to the strike direction of the Variscan fold axes between the Rhenohercynian Zone (Hunsrück Taunus Uplift) in the north and the relics of the Mid German Crytsalline High (Odenwald Spessart Rhön Uplift) in the south. The sedimentation area ends in the west at the Sprendlingen Horst and in the east at the Buchenau Uplift. The Hessian Basins consist of several basins that palaeogeographically connected to each other: The Wetterau Basin, the Fulda, the Haune and the Eisenach Basin (as the part of the Werra Basin). For two of these basins, the Wetterau and the Eisenach Basin, a lithostratigraphical classification of the Rotliegend succession has been established, for the Nentershausen Basin a classification is proposed. Succession of the Wetterau Basin: The Lindheim Formation (at least 228 m in thickness) unconformably overlies deformed Variscan rocks. It consists of grey clastics (conglomerates, arkosic sandstones, mudstones) of braided and meandering rivers and some lacustrine deposits. It is relatively rich in organic remains (for example thin coal seams). In the uppermost part of the succession some rhyolithic tephra occur. The overlying Altenstadt Formation (at least 180 m in thickness) shows a similar lithological spectrum to the Lindheim Formation and it represents a similar depositional environment. But in the Altenstadt Formation fine-grained clastics are red or brown in colour and carbonaceous matter is lacking. Faunal content (Anthracosia, ostracods, conchostracans, Stegocephalia) is the same as in the Lindheim Formation. The Düdelsheim Formation (up to 150 m in thickness) is generally finer grained than the underlying formations. It consists of red-brown sand- and mudstones and rare conglomerates and carbonates. It represents a depositional environment of meandering rivers and some local lakes. While the upper boundary can be clearly defined, the lower one shows some uncertainties. The succession of the Lindheim-, Altenstadt- and Düdelsheim Formations is equivalent to the Middle and Upper Glan Subgroup of the Saar Nahe Basin. The Schöneck Formation (up to 250 m in thickness) is characterized by basic volcanics at its base. The sedimentary succession consists of the deposits of meandering and braided rivers alternating several times (red sand- and siltstones and conglomerates, always containing volcanic detritus). Close to the top, lacustrine carbonate rocks occur, that are locally rich in vertebrate remains and stromatolites. The Schöneck Formation can be correlated with the Donnersberg Formation (Nahe Subgroup) of the Saar Nahe Basin. The top of the succession in the Wetterau Basin is formed by the Bleichenbach Formation which represents the sand and mud flat of a (partly evaporitic) playa environment with red mud and fine-grained sandstones. Floral or faunal remains are very rare, but tetrapod tracks are rather common. The Bleichenbach Formation is the basinal facies of the uppermost Rotliegend in the Wetterau. It corresponds to the basinal facies of the Eisenach-Formation in the Eisenach Basin, as well as to the Standenbühl and Nierstein Formations of the Saar Nahe Basin. The Rodenbach Formation (up to 150 m in thickness), with red breccias, conglomerates and sand- and siltstones, forms the alluvial fan facies of the uppermost Rotliegend in the Wetterau Basin. It is therefore a marginal equivalent of the Bleichenbach Formation and can be correlated with the Wadern Formation of the Nahe Subgroup of the Saar Nahe Basin and the coarse-grained facies of the Eisenach Formation of the Eisenach Basin. The Lindheim, Altenstadt and Düdelsheim Formations only are known from the Wetterau Basin; however the Schöneck, Bleichenbach and Rodenbach Formations can also be observed on the Sprendlingen Horst. The Bleichenbach and the Rodenbach Formation (or their equivalents) are furthermore present in some basins northeast of the Wetterau, where they mostly build up the complete succession of the Rotliegend there. The Rotliegend succession of the Eisenach Basin is made up by one single formation, the Eisenach Formation. It contains both a basinal playa facies and a marginal alluvial fan facies. This unit will be described together with the Rotliegend of the Thuringian Forest Basin (see Lützner et al. 2011). The sedimentary succession in the transitition zone between the Rotliegend and the Zechstein below the zWT (Weißliegend, Zechstein Conglomerate) is developed quite differently in the Hessian Basins: they consist of coarsed-grained fluvial channel deposits, sheetlike accumulated sandstones or conglomerates, or aeolian dune deposits. A lithostratigraphical classification of these different facies is proposed here (Altenmittlau, Glauburg and Cornberg Formation). Outside the Hessian Basins mentioned above a lithostratigraphical classification will be given for the Rotliegend of the eastern margin of the Rheinisches Schiefergebirge (Frankenberg Bight): For the former “Älteres Konglomerat” or rather “Älteres Frankenberger Konglomerat”, the term Battenberg Formation will be introduced. This unit contains mainly deposits of alluvial fans and some aeolian dunes. It corresponds to the Rodenbach Formation and the coarse-grained facies of the Eisenach Formation. However, it’s uppermost part is interfingering with the basal marine Zechstein (z1).

Keywords

Lower PermianRotliegendGermanyHessenHessian Basinssedimentary facies and fossil contentvolcanicsUnterpermDeutschlandHessenHessische BeckenLithostratigraphieSedimentfazies und FossilinhaltVulkanite.