Original paper

A high-resolution inorganic geochemical profile across the Zechstein-Buntsandstein boundary in the North German Basin

Hiete, Michael; Berner, Ulrich; Heunisch, Carmen; Röhling, Heinz-Gerd

Abstract

In the North German Basin the transition from Upper Permian Zechstein to Lower Triassic Buntsandstein is associated with a change from an evaporitic sabkha facies to a playa lake and fluvial facies. To investigate these changes in detail, high-resolution inorganic geochemical analyses have been applied to a sedimentary profile in the Wulften-1 borehole from the North German Basin. The sediments present the transition zone between Zechstein and Buntsandstein, and include the Permian-Triassic boundary (PTB). The supposed Permian-Triassic boundary – as indicated by palynostratigraphic analyses – is located close to a grey-bed interval. This so-called "Graubankbereich" at the base of the base-level cycle 2 of the Calvörde Formation (Lower Buntsandstein) is 8–9 m thick and characterised by grey silt- and claystones. The Permian-Triassic boundary is geochemically inconspicuous, and the grey-bed interval is probably a result of a longer lasting perennial phase of the playa lake. More than 20 m below the supposed PTB lies the boundary between Zechstein and Buntsandstein already in playa sediments. The change from sabkha to playa environments does not coincide with the Zechstein-Buntsandstein boundary on a basin-wide scale, and occurred here some 25 m earlier. This facies transition is clearly reflected in inorganic geochemistry. Near the facies transition the source area and the direction of sediment transport changed in northern Hesse and southern Lower Saxony.A thorough inspection of the applicability of various inorganic geochemical proxies to environmental reconstructions showed that any proxy should be interpreted with care.

Kurzfassung

Der Übergang vom Zechstein des Oberen Perm zum Buntsandstein der Unteren Trias ist im Norddeutschen Becken mit einem Fazieswechsel von einer evaporitischen Sabkhafazies zu einer Playasee- und fluviatilen Fazies verbunden. Um diese Änderungen im Detail zu untersuchen, wurden in hoher räumlicher Auflösung anorganisch-geochemische Analysen an den Bohrkernen der Bohrung Wulften-1 aus dem Norddeutschen Becken durchgeführt. Die untersuchten Sedimente stammen aus der Übergangszone zwischen Zechstein und Buntsandstein und beinhalten die Perm-Trias Grenze (PTB). Diese liegt – nach palynostratigraphischen Befunden – nahe einem graugrünen Bereich. Dieser so genannte Graubankbereich an der Basis des Kleinzyklus 2 der Calvörde-Folge des Unteren Buntsandsteins ist 8–9 m mächtig und durch graue Schluff- und Tonsteine geprägt. Die Perm/Trias-Grenze ist geochemisch unauffällig, und der Graubankbereich ist vermutlich während einer länger andauernden perennischen Playaseephase entstanden. Mehr als 20 m unterhalb der PTB liegt die Grenze zwischen Zechstein und Buntsandstein innerhalb einer Abfolge von Playasedimenten. Der Wechsel von der Sabkha- zur Playaseefazies fällt nicht mit der Zechstein-Buntsandstein-Grenze zusammen, sondern erfolgte hier etwa 25 m zuvor. Der Fazieswechsel spiegelt sich deutlich in der anorganischen Geochemie wider. Nahe dem Fazieswechsel änderten sich in Nordhessen und im südlichen Niedersachsen das Liefergebiet und die Richtung des Sedimenttransports. Eine sorgfältige Analyse der Anwendbarkeit verschiedener geochemischer Proxies für Umweltbedingungen zeigt, dass Proxies generell mit Vorsicht interpretiert werden sollten.

Keywords

zechsteinbuntsandsteinlithostratigraphybasin developmentgeochemical proxiespermian-triassic boundary (ptb)sequence stratigraphynorth german basinnorthern germanywulften-1 core