Original paper

Facies evolution of syntectonic Upper Cretaceous deposits in the Subhercynian Cretaceous Basin and adjoining areas (Germany)

Voigt, Thomas; Wiese, Frank; von Eynatten, Hilmar; Franzke, Hans-Joachim; Gaupp, Reinhard

Abstract

The Subhercynian Cretaceous Basin and the adjacent basement high of the Harz Mountains in Central Germany represent one of the key structures for Late Cretaceous intraplate deformation of Western and Central Europe. A well-exposed 2,500 m thick basin-fill of syntectonic deposits reflects the tectonic history of the area and allows a precise reconstruction of timing and amount of uplift of the surrounding source areas, especially the exhumation of the Harz.The basin history is reflected within 4 depositional units (A-D), each characterized by distinct facies associations. The formation of the Subhercynian Cretaceous Basin started in the Turonian and continued into the Campanian (about 10 Ma), as suggested by a distinctive thickness trend indicating a narrow NW-SE orientated subsidence axis in front of the thrusted basement block of the Harz. While Cenomanian and Turonian deposits are dominated by pelagic limestones without major siliciclastic input, the majority of Coniacian to Campanian deposits is dominated by sandy and marly deposits, which were derived from adjacent source areas. Coniacian storm-dominated deposits and Santonian deposits of a low-energy delta plain to tidal-flat environment consist of sands that were predominantely shed from the northeast and east. The Santonian facies belts are modified by the activity of the Harznordrand Thrust. During the Early Campanian, the eastern source area lost its influence and the exhumed basement south of the Harznordrand Thrust acted as a source area (distal rocky shore deposits). The observed changes in facies and the varying activity of different source areas are explained by the interaction of eustacy and tectonics and not by individual tectonic pulses. A continuously growing anticline (fault-propagation fold) above the Harznordrand Thrust acted as a source area during low sea level while high sea level led to the formation of progressive unconformities on the rotated sediments in front of the thrust and subsequent deposition on the uplifting swell with clastic deposits derived from a source area in the east.

Kurzfassung

Das Subherzyne Kreidebecken und die benachbarte Grundgebirgshochlage des Harzes sind eine Schlüsselstruktur für das Verständnis der kreidezeitlichen Intraplattendeformation in West- und Mitteleuropa. Die tektonische Geschichte des Gebiets wird in den gut aufgeschlossenen syntektonischen Sedimenten des Subherzynen Beckens widergespiegelt. Die Beckenfüllung erlaubt eine sehr präzise Rekonstruktion der faziellen Entwicklung und der Liefergebiete, insbesondere die Raum-Zeit-Analyse der Harz-Hebung.Seit dem Turon widerspiegelt ein ausgeprägter Mächtigkeitstrend die Bildung einer schmalen Subsidenzachse direkt vor dem überschobenen Harz-Block. Die Absenkung des Beckens hielt bis zum Campan an und führte in nur 10 Millionen Jahren zur Akkumulation einer bis zu 2500 m mächtigen Sedimentserie. Die Beckengeschichte kann in vier deutlich separierte Sedimentationseinheiten (A-D) unterteilt werden, die jeweils durch bestimmte Faziesassoziationen gekennzeichnet sind. Während die pelagischen Karbonate des Cenoman und Turon keinen nennenswerten siliziklastischen Eintrag enthalten, wird die Sedimentation vom Coniac bis zum Campan durch sandige und mergelige Ablagerungen beherrscht, die von den umgebenden Hochgebieten stammen. Die proximalen Sande und Konglomerate des Coniac (sturmdominiert) und Santon (niedrig-energetische Delta- und Gezeitensedimente) stammen mehrheitlich nicht vom Harz, sondern von nordöstlich und östlich gelegenen Liefergebieten. Erst die Faziesgürtel des Santon werden durch die aktive Harznordrandüberschiebung und ein assoziiertes Liefergebiet im Süden modifiziert. Während des Campans verlor das östlich angrenzende Liefergebiet seinen Einfluss und das exhumierte variszische Grundgebirge des Harzes im Süden bildete das Liefergebiet (distale Felsküsten-Ablagerungen). Die beobachteten Faziesvariationen und die wechselnde Aktivität der Liefergebiete werden nicht mit phasenhafter tektonischer Aktivität in Verbindung gebracht, sondern können durch das Wechselspiel kontinuierlicher tektonischer Aktivität und eustatischer Meeresspiegelschwankungen erklärt werden. Während niedriger Meeresspiegelstände bildete eine kontinuierlich wachsende Antiklinale über der Harznordrand-Überschiebung (fault-propagation fold) das Liefergebiet. Steigender Meeresspiegel führte mehrfach zur Überdeckung der Aufwölbung mit Sedimenten, die von den östlich gelegenen Liefergebieten stammen und zur Bildung progressiver Winkeldiskordanzen auf den rotierten Sedimentserien vor der Überschiebung führten.

Keywords

sedimentationbasin inversiontectonicscretaceousharzgermanycentral europe