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Rotliegend im Döhlen-Becken

Reichel, Wolfgang; Schneider, Jörg. W; Hoffmann., U.; Jaschke., I; Neumann, E; Schauer, M; und Walter, H

Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Heft 61 (2012), p. 589 - 625

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published: Oct 25, 2012

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Kurzfassung

Das südwestlich von Dresden gelegene Döhlen-Becken ist neben dem Weißig- und dem Briesnitz-Becken das größte und südlichste jungpaläozoische Molassebecken in der Elbtalzone des Elbelineaments, es ist zugleich eines der kleinsten Rotliegend-Becken Mitteleuropas. Den geologischen Rahmen und Untergrund bilden der Meißener Intrusiv- und Vulkanit-Komplex, das Nossen-Wilsdruff- und das Elbtal-Schiefergebirge sowie die Gneise des Osterzgebirges. Die Ausdehnung des Beckens von ca. 6 x 22 km entspricht im Wesentlichen dem ursprünglichen Ablagerungsraum, die Längsachse folgt der Richtung der Elbezone (NW-SE). Die nach post-Rotliegend-Erosion erhalten gebliebene Mächtigkeit beträgt ca. 800 m. Beckenentwicklung und Faziesmuster sind durch synsedimentäre vulkanotektonische Aktivitäten geprägt. Querschnitte durch das Becken lassen insgesamt eine Halbgrabenstruktur erkennen, die durch mehrere NW streichende Störungssysteme intern gegliedert ist. Die Beckenfüllung lässt sich in vier Großzyklen bzw. Formationen unterteilen. Die Unkersdorf-Formation umfasst basale Klastite, Ablagerungen pyroklastischer Dichteströme mit rhyolithischem Chemismus (im wesentlichen Ignimbrite) mit klastischen Einschaltungen und teilweiser Umlagerung sowie rhyodacitische bis trachyandesitische Vulkanite, welche auf den nordwestlichen Beckenteil beschränkt sind. Die beiden folgenden Formationen sind vollständige fining-upward-Megazyklen. Von ihnen enthält die untere, die Döhlen-Formation, bis zu 7 Brandschiefer- und Steinkohlenflöze. In den Flözen treten Gyttja-Sapropelit-Lithotypen auf, die Uran und Vanadium enthalten. Pyroklastische „Letten“ sowie Tonsteine konservierten eine bedeutende Flora des Unteren Rotliegend. Die Basis der Niederhäslich-Formation bilden bis 35 m mächtige Konglomerate mit Geröllen von Gneis und verschiedenen Rhyolithen oder als deren Äquivalente Sandsteine sowie dunkelgraue Schluff- bis Tonsteine. Im höheren Teil herrschen pelitische Sedimente vor, dabei ist ein allmählicher Farbwechsel von Grünlichgrau nach Rot zu beobachten. Am SW- und SE-Beckenrand wurden grobe Klastitfächer abgelagert. Wie in der Döhlen-Formation sind die beckenrandnahen Bereiche auch hier vollständig in Rotfazies ausgebildet. Im gesamten Profil sind zahlreiche Pyroklastithorizonte und im obersten Bereich zwei kohlige und zwei karbonatische Horizonte eingeschaltet. Die berühmten Niederhäslich-Kalksteine enthalten neben einigen Invertebraten eine reiche Tetrapoden-Fauna; das Fehlen von Fischen ist hervorzuheben. Die Sedimente der vollständig in Rotfazies ausgebildeten Bannewitz-Formation erreichen eine maximale Mächtigkeit von 380 m. Die obere Formationsgrenze kann aufgrund von post-Rotliegend-Erosion nicht angegeben werden. Offensichtlich führten tektonische Prozesse zur Reaktivierung des im Top der Niederhäslich-Formation weitestgehend ausgeglichenen Sedimentationsraums und zur Ablagerung unter faziell stark unterschiedlichen Bedingungen. Abhängig von der Lage zum jeweiligen Erosionsgebiet werden entlang des SW- und NW-Beckenrandes grobe Konglomerate bzw. Fanglomerate geschüttet. Eine Herkunft aus nordwestlicher Richtung kann für die Rhyolith-Fanglomerate angenommen werden. Diese Sedimente werden als Ablagerungen von Schuttströmen bzw. sedimentüberfrachteten Strömen (hyperconcentrated flows) interpretiert. Eingeschaltet sind primär abgelagerte und als Leithorizonte nutzbare Pyroklastite unterschiedlicher Genese. Vulkaniklastite bilden auch den oberen Teil der Formation; als Bildungsraum sind Alluvialebenen denkbar. Diesen Sedimenten ist der bis 12 m Mächtigkeit erreichende ignimbritische Wachtelberg-Tuff als Leithorizont eingeschaltet. Tektonische Elemente sind zahlreich und vielgestaltig. Die netzartig die Flöze durchziehenden sog. „Kämme “ (klastische Gänge) entstanden als flächenhafter Spannungsausgleich. Mit zunehmender Sedimentmächtigkeit glichen lineare, NW-SE streichende Abschiebungen mit bis zu 350 m Sprunghöhe die NE-SW gerichteten dextralen Bewegungen aus (Reichel). Eine Beckenerweiterung von bis zu 20% (ca. 1200 m) ist im SE-Becken nachgewiesen. Tektonische Ereignisse erfolgten ohne „Hiatus“ permanent, wenn auch mit wechselnder Intensität (Reichel). Postsedimentäre niedrigthermale Metasomatose, hoher Inkohlungsgrad, Mineralneubildungen und -anreicherungen weisen nach Reichel auf frühdiagenetische (hydro) thermale Ereignisse und eine geringe geothermische Tiefenstufe hin. Schneider und Mitarbeiter sehen in den verjüngten Isotopenaltern der Zirkone aus den Rotliegend-Vulkaniten dagegen Hinweise auf mesozoische (hydro)thermale Ereignisse.

Abstract

The Döhlen Basin is located close to Dresden, within the NW-SE trending Elbe Zone. This small intramontane basin is bordered by the Meißen Intrusive Complex, the Nossen-Wilsdruff and Elbe Slate Complex, as well as Erzgebirge gneisses, and covers an area of about 6 x 22 km, which represents the main syndepositional area. The long axis parallels the direction of the Elbe Zone. Basin development and facies patterns are strongly controlled by synsedimentary tectonic activities. Sectioned perpendicularly to this elongation, the basin reveals a halfgraben structure. Several fault zones trending mainly NW complicate this overall structure. Important depositional areas with facies differentiations are the so-called Döhlen-Hauptmulde, which is separated by a NW trending basement obstacle from the so-called ‘Hainsberg-Nebenmulde ’. Despite the fact that the latter is larger, economically-important coal seams, mined for over 250 years, are mainly restricted to the former. Sedimentation in the Hainsberg-Nebenmulde is dominated by clastic deposition. Repeatedly downthrown in an oblique sense to NE, the Permo-Carboniferous strata dip anthithetic, i. e. mainly SW. Exceptions are the NW and SE margins, where dip is towards the areas with larger downthrow, i. e. to S and N. Preserved thicknesses of the basin fill do not exceed more than ca. 800 m. The sedimentary and volcaniclastic rocks are divided into four formations. An expression of the intensive synsedimentary tectonic activity is the exceptionally high quantity of clastic dikes, which are interpreted to be generated by earthquakes. These structures crosscut sediments, as well as volcanic rocks, from the Unkersdorf Fm. to the top of the Niederhäslich Fm. Compared to other European Rotliegend basins, the basin fill is here neither dominated by volcanics nor clastic sediments, but by pyroclastics. Volcanics occur only in the northwestern part of the Döhlen Basin. Consequently, cyclicityinsedimentationcombinedprimary deposition and reworking of pyroclastic material. The Unkersdorf Fm. comprises basal clastic rocks, rhyolitic, pyroclastic, density-flow deposits (mainly ignimbrites), with clastic intercalations and phases of redeposition, and rhyodacitic to trachyandesitic volcanics, which are restricted to the northwestern basin part. Prior to the following Döhlen Fm. intensive erosion removed deposits of the Unkersdorf Fm. especially in the central parts of the basin. The Döhlen Fm. is lithologically twofold in composition. Conglomerates and pyroclastics in the lower part are sometimes red-coloured. The colour changes into grey or black in the upper part, where up to seven coal seams are developed. The seams are intercalated with clastic and pyroclastic deposits. An exception to this is the deposition of sediments deficient in oxygen, especially in marginal basin parts, where red-coloured rocks prevail in the whole formation. Conglomerates with pebbles of gneiss and different rhyolites are locally developed in the basal parts of the Niederhäslich Fm. and can reach thicknesses of 35 m. Alternatively the top seam of the Döhlen Formation is overlain by dull grey claystones and siltstones in other basin parts. The Zauckerode Tuff is a prominent pyroclastic marker horizon of about 6 m maximum thickness, which contains accretionary lapilli in several layers. Many of the sandstones and siltstones directly overlying the primary deposits consist of reworked and altered pyroclastic material. Claystones to sandstones with minor intercalations of coarser sediments and some pyroclastic horizons follow upwards, the colour of the deposits changes from greenish-grey to red in the upper part. Marginal basin parts are red-coloured throughout. Near the upper formation boundary, laminated limestone and claystone horizons are the result of local development of lakes in response to tectonic subsidence. In other locations, coaly strata can be observed as well. The so-called Niederhäslich Limestones contain a famous tetrapod fauna, as well as some invertebrates. The entirely red sediments of the Bannewitz Fm. reach a thickness of at least 380 m; the upper formation boundary is not known because of post-Rotliegend erosion. Deposition was obviously triggered by tectonic movements and formed a pattern of differing facies. Next to the southwestern basin border, coarse to very coarse conglomerates and fanglomerates are either dominated by gneiss or rhyolite components, depending on their position relative to the drainage area. Derived from a northwestern source are the so-called “Rhyolite Fanglomerates”, which are poorly sorted and in parts matrix-supported, coarse volcaniclastic sediments, containing clasts of a conspicuous flow-foliated rhyolite. They are interpreted to have been deposited by debris and hyperconcentrated flows. Interlayered are primary pyroclastic horizons of a probably different origin. The upper part of this formation consists of predominately volcaniclastic rocks deposited in an alluvial plain environment. The Wachtelberg Tuff (ignimbrite) is an intercalated pyroclastic marker horizon of about 12 m thickness. There is ample evidence of various tectonic activities. A network of clastic dykes that cross the seams evidence crack formation under tensile stress. With increasing height of the deposits over the course of time, concentrated dislocations with NW-SE strike and with up to 350 m fault throw formed as a response to NE-SW motion (Reichel). In connection with this, the basin became up to 20% wider (about 1200 m) in its southeastern part. There was permanent tectonic activity of variable intensity (Reichel). Post-sedimentary, low-temperature metasomatism, a high degree of carbonization, and mineral transformation indicate a high geothermal gradient during early diagenesis (Reichel). In contrast, Schneider and co-authors take the apparent younger isotopic age of zircons from of the Rotliegend volcanics as an indication of Mesozoic (hydro)thermal events.

Keywords

Lower PermianDöhlen BassinRotliegendGermanySaxonylithostratigraphycoal seamspyroclasticsclastic dykesUnterpermRotliegendDöhlen- Becken DeutschlandSachsenLithostratigraphieKohlenflözePyroklastiteKlastische Gänge