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Der Magmatismus in und zwischen den spätvariscischen permokarbonen Sedimentbecken in Deutschland

Seckendorff, Volker von

Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Heft 61 (2012), p. 743 - 860

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published: Oct 25, 2012

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Kurzfassung

Die spezifische Entwicklung des Rotliegend-Magmatismus zeigt eine Fortsetzung der magmatischen Entwicklungen des Karbon oder eine dazu parallele Entwicklung. Bei einigen Becken begann der Magmatismus im Stefan C bei etwa 302 Ma (Ilfeld, Halle-Vulkanit-Komplex). Bei den meisten anderen Vorkommen lag der Zeitraum des Magmatismus zwischen 300 und 295 Ma. BeimHalle-Vulkanit-KomplexunddemNordwestsächsischen Becken trat eine noch jüngere Phase des Magmatismus von 292 bis 284 Ma auf. Das Thüringer-Wald -Becken und das Saar-Nahe-Becken nehmen als Folge ihrer jeweiligen geotektonischen Situation eine Sonderstellung in der magmatischen Entwicklung ein. Beim Thüringer-Wald-Becken war wegen der Lage in einem durch Transtension beeinflussten tektonischen Regime über einen Zeitraum von 20 Ma (300 bis 280 Ma) die Förderung von Magmen möglich. Im aufgeschlossenen Teil des Saar-Nahe-Beckens standen nur in einem kurzen Zeitabschnitt von 4 Ma (297 bis 293 Ma) Magmen und Wegsamkeiten für einen intensiven MagmatismuszurVerfügung. DiejüngstenMagmatite sind an große Störungen gebunden, wie die Rhyolithe von Groß-Umstadt an die Otzberg-Störung zwischen Bergsträßer und Böllsteiner Odenwald. Magmen aus partieller Aufschmelzung des Oberen Erdmantels werden angezeigt durch Basalt, Basaltischen Andesit, Andesit, Latiandesit sowie Lamprophyre. Nur wenige dieser direkt aus dem Oberen Erdmantel abgeleiteten Magmen sind unmodifiziert, die meisten zeigen Anzeichen von Modifikation durch Differentiation oder Assimilation. Die Magmen gehören zumeist zur Kalkalkali-Serie und sind sehr K2O-reich mit einer Spurenelement-Signatur, deren Anreicherungsfaktoren auf einen durch Subduktion metasomatisch veränderten Erdmantel hinweisen. Diese Magmen und ihre Differentiate bilden I-Typ-Magmatite. Zusätzlich treten Rhyolithe-Granite mit S-Typ-Signaturen auf, die aus der partiellen Aufschmelzung von kontinentaler Unterkruste entstanden sind. Die magmatische Entwicklung führte zu Pyroxen-Dacit-Rhyolithen, die ähnlich wie bei den Graniten des Erzgebirges eine Zusammensetzung von oder eine Affinität zu A-Typ-Graniten zeigen. Das Vorkommen von Orthopyroxen und Klinopyroxen in Dacit und Rhyolith weist auf die Entwässerung der kontinentalen Unterkruste durch (wiederholte) vorhergehende partielle Aufschmelzung. In vielen Gebieten treten Andesit und Rhyolith nebeneinander bzw. in mechanisch oder chemisch gemischten Vorkommen auf, so dass die Aufschmelzung in der Unterkruste bei diesen Vorkommen als Folge der Intrusion von Mantel-abgeleiteten Magmen erfolgt sein dürfte. In Odenwald, Schwarzwald und Vogesen treten Rhyolithe ohne gleichzeitig geförderte Andesite auf. Wahrscheinlich bedingt durch tektonische oder magmatische Ursachen wurde ein Aufstieg der mafischen Magmen an die Erdoberfläche verhindert. Eine Aufschmelzung als Folge von Wärmeproduktion durch Zerfall radioaktiver Elemente in verdickter Kruste ist dagegen unwahrscheinlich, da die Kruste im betrachteten Bereich des Variscischen Orogens eine Mächtigkeit zwischen 35 und 50 km aufwies.

Abstract

During the final stage of the Variscan orogeny (Carboniferous, Permian) in Central Europe, both lithosphere delamination and ascending asthenosphere caused an updoming of the central part of the Variscan orogen and a subsequent formation of a basin-and-range type tectonic scenario. By partial melting of the enriched mantle mafic magmas were produced that intruded the lower crust and, by heat transfer, induced partial melting of the lower crust (magmatic underplating). Magmas derived from partial anatexis of the Earth’s upper mantle during that period are represented by basalt, basaltic andesite, andesite, latiandesite and lamprophyres. Only a few of these magmas are unmodified partial melts directly derived from the upper mantle, but most of the magmas show modification by differentiation or assimilation, respectively. The magmas belong to the calc-alkaline series and are rich in K2O with an enriched trace element signature indicating a subduction-modified upper mantle source. These magmas and their differentiates form I-type magmas. In addition, rhyolite and granite with S-type signatures were products of partial melting of the lower continental crust. During the final stages of the igneous development, pyroxene dacite-rhyolite with a composition of, or an affinity to A-type granite composition was formed, similar to the late-stage granites of the Erzgebirge (Ore Mountains). The occurrence of orthopyroxene and clinopyroxene points to dehydration of the continental lower crust by (repeated) previous partial anatexis. In many of the areas, andesite and rhyolite occur contemporaneously, or in occurrences with physical or chemical magma mixing. In these cases, the melt generation in the continental lower crust may be attributed to the intrusion of mantle-derived melts. In the Odenwald, Schwarzwald and Vosges mountains rhyolites apparently occur without coeval andesites. Very likely, caused by tectonic or magmatic circumstances, respectively, the mafic magmas did not reach the surface. A melting event caused by radioactive decay within a thickened crust is unlikely, because the crustal thickness in that part of the Variscan Orogen was between 35 and 50 km. The specific evolution of the Rotliegend magmatism shows either a continuation of the igneous development during the Carboniferous, or a similar development. In some of the basins the magmatism began during Stefanian C around 302 Ma (Ilfeld, Halle Volcanic Complex). Most of the other occurrences show magmatism between 300 and 295 Ma. In the Halle Volcanic Complex and the Northwest Saxonian Basin a younger phase of magmatism occurred betwen 292 and 284 Ma. As a consequence of their respective tectonic positions, both the Thuringian Forest Basin and the Saar Nahe Basin had a special magmatic development. In the Thuringian Forest Basin, due to its position in a transtensional regime, emplacement of magmas was possible for 20 Ma (300 to 280 Ma). In the exposed part of the Saar-Nahe Basin, only during a short period of time, which lasted 4 Ma (297 to 293 Ma), both magma and pathways to the surface were available. The youngest igneous rocks were emplaced along major faults such as, e. g., the rhyolite of Groß Umstadt into the Otzberg Fault Zone that separates the Bergstraße Odenwald from the Böllstein Odenwald.

Keywords

OberkarbonPermRotliegendMagmatismusspätvariscische SedimentbeckenDeutschlandUpper CarboniferousPermianRotliegendmagmatismlate Variscan sedimentary basinsGermany