Original paper

Sedimentology and tectonic setting of Devonian-Carboniferous turbidites and debris flow deposits in the Variscan Vosges Mountains (Markstein Group, NE-France)

Krecher, Marc; Behrmann, Jan H.; Mü ller-Sigmund, Hiltrud

Abstract

Turbidites and debris-flow deposits are exposed in the Upper Devonian to late Lower Carboniferous Markstein Group of the Southern Vosges Mountains (NE-France). Medium to coarse-grained sandstones are the dominating lithology alternating with fine-grained units. Sedimentary facies and their stacking patterns indicate a prograding evolution of sandy submarine fans from an outer-fan facies to channel-lobe-transional deposits and coarse conglomerates. Sedimentological and tectonical data confirm the strong geological relationship between the sedimentary units of the Southern Vosges and the Badenweiler-Lenzkirch Zone in the southern Schwarzwald.The grain composition of the turbidite sandstones is of metagranodioritic and volcanic origin. It reflects the erosion of an uplifted plutonic basement, episodically mixed with detritus from basaltic to dacitic active volcanoes. Trace element patterns and element ratios in sandstones from mafic-volcanic as well as from non-volcanic stratigraphic levels point to a subduction related setting. Trace element patterns in sandstones from dacite-volcanic active stages have normalized values, which can be compared with those from overthickened active margins or collisional belts. However, large-scale frontal collisional processes between the Protoalpine and the Moldanubian Zone cannot be evidenced by tectonic or provenance data. Instead, the favoured plate tectonic scenarios for the depositional setting are an arc-hinterland collision followed by dextral transpressive deformation through largescale wrench faults or a transpressively deformed active margin basin. In the first case a prograding retro-arc foreland is regarded as the tectonic setting of the submarine fans, in the second case an extensional or strike-slip setting in the fore-arc or back-arc area can also be imagined. Some turbidite complexes share petrographic and sedimentological similarities which in combination with the occurrences of overturned units point to an accretionary tectonic environment. Therefore the first model is favoured here. Our results are of interest for the paleogeographic reconstruction of the southern border of the Variscan Moldanubian Zone.

Kurzfassung

Suspensionsstrom- und Trümmerstromablagerungen bauen in den südlichen Vogesen (NE-Frankreich) die mächtige Gesteinsabfolge der Markstein Gruppe auf. Das Alter der Sedimentgesteine lässt sich zwischen dem oberen Devon und dem höheren Unterkarbon eingrenzen. Lithologisch handelt es sich um mittel- bis grobkörnige Sandsteinabfolgen mit Einschaltungen tonig-feinsandiger Sedimentpakete. Der sedimentfazielle stratigraphische Aufbau spiegelt die Entwicklung von distalen zu proximalen Ablagerungszentren submariner Fächer wider.Die Kornzusammensetzung der Sandsteine verweist auf ein herausgehobenes, metagranodioritisch dominiertes Grundgebirge und auf einen episodisch auftretenden basaltischen bis dazitischen Vulkanismus. Geochemische Analysen, sowohl von Sandsteinen mafisch-vulkanolithischer Zusammensetzung als auch von solchen vulkanisch inaktiver stratigraphischer Niveaus, deuten auf einen Zusammenhang mit Subduktionsprozessen hin. Dagegen zeigen die Sandsteine mit überwiegend dazitischen Komponenten ein Spurenelementmuster, welches vergleichbar ist mit vulkanischen Gesteinen eines überdickten aktiven Kontinentalrandes oder mit Vulkangesteinen eines mächtigen Kollisionsgebirges, wie z. B. dem Himalaya. Letzteres kann jedoch weder durch herkunftsanalytische noch durch tektonische Daten bestätigt werden.Das hier favorisierte plattentektonische Szenario für die Entstehung der Markstein Gruppe basiert auf einer Kollision zwischen einem magmatischen Bogen und dem Hinterland, im Bereich eines aktiven Kontinentalrandes. Die tiefmarine Sedimentation erfolgte dabei in einem progradierenden Hinterbogenbecken.Alternativ dazu ist auch die Sedimentation in einem Dehnungsbecken oder einem Seitenverschiebungsbecken denkbar, welches in direkter Umgebung eines sich heraushebenden magmatischen Bogens entstanden ist. Petrographische und sedimentfazielle Daten geben jedoch eine stratigraphische Wiederholung von Gesteinspaketen zu erkennen, was zusammen mit dem Auftreten überkippter Sedimentgesteinsabfolgen auf ein akkretionierendes tektonisches Milieu hinweist. Transpressive dextrale Seitenverschiebungen, die sich auch in der Badenweiler-Lenzkirch-Zone nachweisen lassen, haben spätestens ab dem höheren Unterkarbon die Sedimentgesteine deformiert.Die Ergebnisse der Arbeit verdeutlichen die engen Beziehungen zur Badenweiler-Lenzkirch-Zone im südlichen Schwarzwald (SW-Deutschland) und lassen darüber hinaus geologische Zusammenhänge mit der Entwicklung der zentralen Kristallineinheiten von Schwarzwald und Vogesen erkennen. Sie sind außerdem für eine paläogeographische Rekonstruktion der südlichen Moldanubischen Zone des Variszikums von Bedeutung.

Keywords

southern vosgesschwarzwaldvariszidesturbiditessedimentary faciesprovenance