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Der Keuper im Westteil des Zentraleuropäischen Beckens (Deutschland, Niederlande, England, Dänemark): diskontinuierliche Sedimentation, Litho-, Zyklo- und Sequenzstratigraphie

Barnasch, Jens

Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Heft 71 (2010), p. 7 - 169

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published: Sep 30, 2010

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Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit wird eine, für das gesamte westliche Zentraleuropäische Becken (Deutschland, Niederlande, England, Dänemark) anwendbare lithostratigraphische Gliederung und Korrelation des Keupers (Obere Trias) vorgestellt. Diese beruht auf den durch die Deutsche Stratigraphische Subkommission Perm-Trias definierten 6 Formationen (Erfurt-, Grabfeld-, Stuttgart-, Weser-, Arnstadt- und Exter-Formation) in der Beckenfazies (Beutler 2005a). Grundlagen der Arbeit sind die lithologische und kleinzyklische Bearbeitung und Korrelation von über 750 geophysikalischen Logs, 8 Kernbohrungen und 6 Tagesaufschlüssen. Bedeutsam für die Korrelation sind Leithorizonte und Diskordanzen. Leithorizonte, welche durch eine markante lithologische Ausbildung gekennzeichnet und in großen Teilen des Beckens korrelierbar sind, werden insbesondere durch Sulfat-, Halit- und Karbonatbänke gebildet. Hinzu kommen bis zu acht mehr oder weniger bedeutende Diskordanzen (D1–D8). Im gesamten westlichen Zentraleuropäischen Becken nachzuweisen und für Korrelationen bedeutsam sind dabei insbesondere die Diskordanzen D2 (Basis Stuttgart-Formation), D4 (Basis Arnstadt-Formation) und D6 (Basis Mittlere Exter-Formation). Im Ergebnis lassen sich im Westteil des Beckens alle sechs Formationen korrelieren und teilweise weiter untergliedern. Mit zunehmender Entfernung von Deutschland ändert sich oft die Fazies. Trotzdem lassen sich mit Hilfe von Leithorizonten und Diskordanzen die Äquivalente der im deutschen Keuper definierten Formationen in den individuellen lithostratigraphischen Gliederungen der einzelnen Länder wiederfinden. Die Westgrenze einer weiteren Untergliederung der Formationen bildet das Dowsing-Störungssystem in der englischen Nordsee. An diesem findet eine abrupte Mächtigkeitsreduktion aller Formationen statt, die randfaziellen Charakter hat und mit höheren Silt- und Sandgehalten einhergeht. Nördlich des Ringkøbing- Fyn-Hochs, im Dänischen Becken, ist aufgrund der dort vorherrschenden Randfazies meist keine weitere Untergliederung der Formationen möglich. Die Erfurt-Formation (Unterer Keuper, Lettenkeuper) lässt sich im gesamten westlichen Zentraleuropäischen Becken nur ungegliedert korrelieren. Die sAblagerungsbedingungen der Erfurt-Formation reichen von fluviatil, fluviodeltaisch und fluviolakustrin bis eingeschränkt marin. Sie beginnt mit dem Sandstein S1 und seinen Äquivalenten bzw. einem Wechsel von überwiegend karbonatischer zu klastischer Sedimentation und endet mit dem Grenzdolomit, der mit seinen sulfatischen Äquivalenten bis in die englische Nordsee nachweisbar ist. Erst in Ostengland fehlt das Äquivalent des Grenzdolomits, weshalb hier die Obergrenze mit dem Aussetzen der Sandsteine (Cotgrave Sandstone-Member) definiert wird. Die überwiegend playafazielle bis sabkhafazielle Grabfeld-Formation (Unterer Gipskeuper) lässt sich aufgrund zyklisch wechselnder Sulfat- und Dolomitgehalte sowie der Äquivalente der Bleiglanzbank und der Engelhofer Platte in eine Untere, Mittlere und Obere Grabfeld-Formation gliedern. Diese bilden zusammen mit den fünf Salzlagern A–E hervorragende Leithorizonte und lassen sich mit ihren Äquivalenten bis in die englische Nordsee nachweisen. Die z. T. mehr als 50 m mächtigen Salzlager sind auf ausgedehnte zusammenhängende Areale in verschiedenen Ablagerungszentren beschränkt. In Ostengland wird das Äquivalent der Grabfeld-Formation lediglich ungegliedert betrachtet. Die Diskordanz D2 und das Äquivalent der Kühl’schen Brekzie, mit welcher deutlich erhöhte Sulfatgehalte einsetzen, bilden die Liegend- und Hangendgrenzen der Stuttgart-Formation (Schilfsandstein). Diese wurde überwiegend in einem fluviatilen bis fluviolakustrinen Ablagerungsraum gebildet und lässt sich aufgrund ihrer markanten, häufig sandigen Zusammensetzung im gesamten westlichen Zentraleuropäischen Becken korrelieren. Die playa- bis sabkhafazielle Weser-Formation (Oberer Gipskeuper) lässt sich in Aufschlüssen Nordwestdeutschlands dreigliedern (Untere, Mittlere und Obere Weser-Formation), kann im übrigen westlichen Zentraleuropäischen Becken jedoch nur ungegliedert korreliert werden. Sie enthält mit den drei im gesamten westlichen Zentraleuropäischen Becken nachweisbaren Salzlagern F–H und dem Heldburg-Gips überregional bedeutsame Leithorizonte. Der Heldburg-Gips kann bis zu mehrere 10er Meter mächtig werden und korreliert mit dem Tutbury-Gips Ostenglands. An der Grenze zwischen der Weser- und der Arnstadt-Formation ist die bedeutendste keuperzeitliche Diskordanz D4 (Altkimmerische Hauptdiskordanz) ausgebildet. Die playafazielle Arnstadt-Formation (Steinmergelkeuper) lässt sich aufgrund markanter Unterschiede im Karbonat- und Sulfatgehalt über das gesamte westliche Zentraleuropäische Becken hinweg zweigliedern. Die Untere Arnstadt-Formation besitzt aufgrund der Anlagerung im Hangenden der Diskordanz stark schwankende Mächtigkeiten. Die Obere Arnstadt-Formation beginnt in Aufschlüssen Nordwestdeutschlands mit Residuallagen von Gips (Hangende Residuallagen nach Sander 1977). In westlicher Richtung nimmt die Gipsführung jedoch stetig zu und kulminiert im ostenglischen Newark-Gips, welcher einen bedeutenden Leithorizont bildet. Die Grenze zur Exter-Formation (Oberer Keuper, Rhätkeuper) ist in Nordwestdeutschland lithologisch durch den Wechsel hin zu siltig-sandigen Gesteinen mit Pflanzenhäcksel stets scharf ausgebildet. Die Exter- Formation wurde in unterschiedlichen Ablagerungsräumen gebildet, die von limnisch, über fluviatil bis zu brackisch-marin reichen. Die Exter-Formation kann mit Ausnahme des Dänischen Beckens im gesamten westlichen Zentraleuropäischen Becken dreigeteilt werden. Durch eine Abnahme des Sandgehaltes nach Westen und damit einhergehenden faziellen Änderungen sind besonders für die Korrelation der Unteren Exter-Formation biostratigraphische Belege bedeutsam. Die Untere Exter-Formation besitzt ab dem Niederrhein eine ähnliche Ausbildung wie die Arnstadt-Formation und lässt sich lithologisch und biostratigraphisch mit der Blue Anchor-Formation Ostenglands korrelieren. An der Basis der Mittleren Exter-Formation bildet die Diskordanz D6 eine im gesamten westlichen Zentraleuropäischen Becken nachweisbare Leitfläche, die vor allem im Westteil des Arbeitsgebietes mit dem Umschwung zu zeitweiligen marinen Ablagerungsbedingungen einhergeht. Die Obere Exter-Formation kann aufgrund eines ähnlichen Bildungsmilieus, welches von limnisch (Nordwestdeutschland) bis lagunär (Ostengland) reicht, im ganzen Teilbecken verfolgt werden. Bedeutsam ist das weithin nachgewiesene Auftreten rötlicher Farben, welche bereits Will (1969) mit den Levallois-Tonen Frankreichs und Süddeutschlands korrelierte. Aufgrund der im gesamten westlichen Zentraleuropäischen Becken möglichen Korrelation aller Formationen ließen sich Mächtigkeitskarten für jede einzelne Formation und für den gesamten Keuper erstellen. Die Mächtigkeiten der einzelnen Formationen werden im Wesentlichen von der Subsidenz gesteuert. Diese ist in Gräben, auf Schwellen und in Teil-Becken unterschiedlich, weshalb sich ein komplexes Muster in der Mächtigkeitsverteilung ergibt. Während die Gräben und Becken durch ungewöhnlich hohe Mächtigkeiten gekennzeichnet sind, nehmen diese auf Schwellen und am Beckenrand deutlich ab. Diese z. T. um mehrere hundert Meter geringeren Mächtigkeiten werden mitunter durch mit Diskordanzen einhergehende Schichtausfälle verursacht, teilweise jedoch auch durch Schichtkondensation. Auch bei kondensierter Sedimentation lassen sich alle bedeutsamen Leithorizonte nachweisen. Häufig wurde auch eine Abhängigkeit der jeweiligen Fazies von der Mächtigkeit nachgewiesen. So ergaben die Mächtigkeitskarten der Erfurt- und Stuttgart-Formation eine Aufgliederung in tektonisch gesteuerte sandreiche Strömungsbänder mit dazwischen liegenden feinklastischen Überflutungsebenen. In der Grabfeld- und Weser- Formation sind die Salze an Gebiete mit der größten Subsidenz und den größten Mächtigkeiten gebunden. Die an Diskordanzen gebundenen Schichtausfälle setzen sich generell aus zwei Komponenten, Erosion und Anlagerung (Onlap) zusammen, d. h. im Liegenden werden Schichten erodiert, während die Sedimentation im Hangenden verzögert einsetzt. Die Diskordanzen D2, D4 und D6 weisen die größten Schichtausfälle auf und lassen sich im gesamten westlichen Zentraleuropäischen Becken nachweisen. Detaillierte abgedeckte Karten dieser drei Diskordanzen zeigen Gebiete mit starker Erosion, welche hauptsächlich durch die Eichsfeld-Altmark- und die Niederlande- Schwelle, das Ringkøbing-Fyn-Hoch und den südwestlichen Beckenrand gebildet werden. Die Schwellen besitzen einen komplizierten, z. T. durch Bruchtektonik entstandenen Bau, der sich sowohl bei der Eichsfeld- Altmark- als auch der Niederlande-Schwelle in unterschiedlich einfallenden Schwellenschenkeln äußert. In großen Teilen des westlichen Zentraleuropäischen Beckens sind mit den Diskordanzen keine Schichtausfälle verbunden, weshalb hier eine kontinuierliche Sedimentation angenommen werden kann. Der Keuper kann am Beispiel der Bohrung Morsleben 52a in vier Großzyklen gegliedert werden. Diese Großzyklen lassen sich absteigend in weitere Zyklenbündel, Zyklen und Ablagerungszyklen untergliedern. Die Großzyklen werden als Sequenzen dritter Ordnung interpretiert, die Zyklenbündel, Zyklen und Ablagerungszyklen als Parasequenzen. Die Zyklen werden wahrscheinlich durch Änderungen der astronomischen Parameter bedingt und entsprechen Milankovitch-Zyklen. Sie enthalten somit eine zeitliche Komponente, wobei der zeitliche Umfang, der auf die Diskordanzen entfällt, lediglich abgeschätzt werden kann. Großzyklus (Sequenz) I umfasst die Erfurt- und Grabfeld- Formation. Die Erfurt-Formation besteht aus 8 Zyklen, die Grabfeld-Formation umfasst 29 Zyklen. Großzyklus (Sequenz) II umfasst die Stuttgart- und Weser-Formation. Die Stuttgart-Formation wird von 8 Zyklen aufgebaut, die Weser-Formation von 18 Zyklen. Großzyklus (Sequenz) III umfasst die gesamte Arnstadt- Formation und setzt sich aus 34 Zyklen zusammen. Die Sequenz III lässt sich in zwei Teilsequenzen untergliedern. Großzyklus (Sequenz) IV entspricht der Exter-Formation, welche 19 Zyklen umfasst. Alle Zyklen lassen sich unter Vorbehalt als Milankovitch-Zyklen interpretieren. Aufgrund der zyklostratigraphischen Interpretation des Keupers lässt sich die ursprünglich beschriebene Dauer einzelner Diskordanzen (z. B. Diskordanz D4) z. T. reduzieren. Die Grenzen der Sequenzen bzw. Großzyklen werden durch die Diskordanzen D1, D2, D4, D5 und D8 gebildet. Jede Sequenz enthält einen Transgressiven Systemtrakt (TST) und einen Hochstand-Systemtrakt (HST), die durch die maximale Überflutungsfläche (MFS) getrennt werden. Diese sind der Grenzdolomit, die Äquivalente des Hauptsteinmergels, die Dohlenbergbank und die Mittlere Exter-Formation.

Keywords

keupertriassicwestern european basinplaya deposit