Original paper

The pre-Permian of NW-Germany structure and coalification map

Drozdzewski, Günter Henscheid; Hoth, Peer; Juch, Dierk; Littke, Ralf; Vieth, Angelika; Wrede, Volker

Abstract

A new structure and coalification map of the pre-Permian subcrop in NW-Germany is presented. In addition to presenting the coalification pattern, it is the aim of the map to illustrate the structural evolution of the northern Variscan fold belt and foreland in NW-Germany. During the Carboniferous the tectonic evolution was strongly influenced, respectively by the foreland of the Variscan orogen in the South and the Central European Shear Zone bordering the East European platform in the North. Generally, two types of basins developed in front of the prograding Variscan orogen: (1) Close to the orogen flexural basins, the Aachen and Ruhr basins were formed as a response to the load of the orogen, (2) further north, in the outer foreland, wrench induced basins, such as the Lower Saxony Basin, developed. The Variscan Deformation Front (VDF) was formed during the Stephanian. South of the pre-Variscan Brabant Massif and extending into the Aachen Basin, the Variscan Deformation Front is narrow and thrust dominated. In the Ruhr Basin to the East, a fold belt developed with upright folds and spreading far to the NW. The VDF is abruptly terminated in the Northeast by the Osning Transfer Fault Zone, where it is offset some 100 km towards the Southeast. Within the Lower Saxony Basin and the Pompeckj Block, no Variscan orogenic folding has been observed. This foreland area was subjected to transpressional and transtensional wrench-type deformation along the WNW-ESE and SSW-NNE trending faults of the Central European Shear Zone. Post-Variscan reactivation of the shear zone initiated and controlled the sedimentary infill of the currently named Northwest German Basin. The different structural evolution south and north of the Variscan Deformation Front is reflected by the coalification pattern. Within the Variscan Fold Belt the pre- and synorogenic (Asturian) coalification caused SW-NE orientated iso-reflectance lines. In contrast, in the northern foreland the Variscan coalification and the subsequent Mesozoic and Cenozoic coalification formed a WNW-ESW orientated coalification pattern. A revision of the coalification pattern of the Lower Saxony Basin revealed that the iso-reflectance lines run parallel to the margins of the basin suggesting a close relationship between the wrench dominated basin tectonics and coalification. Models of basin burial history provide strong evidence that maturation in the Lower Saxony Basin is mainly related to deep burial during the Late Cretaceous, followed by uplift and erosion and not by igneous intrusions.

Kurzfassung

Auf der Grundlage einer neuen Präperm-Karte wird die geologische Entwicklung des Subvariscikums und seines Vorlandes in NW-Deutschland dargestellt. Während des Karbons beeinflussten sowohl das jeweilige Orogen-Vorland als auch die am Südwestrand der Osteuropäischen Plattform gelegene Mitteleuropäische Scherzone deutlich die tektonische Entwicklung in diesem Raum. An der Front des Variscischen Orogens entwickelten sich zwei unterschiedliche Beckentypen: nahe dem Orogen auflastgestützte Vortiefen-Becken - wie das Aachen-Becken und das Ruhr-Becken - und nördlich davon durch Seitenverschiebungen gebildete Scher-Becken, wie das Niedersachsen-Becken. Während des Stefans erreichte die Variscische Deformationsfront diesen Grenzbereich und bildete am Südrand des prävariscischen Brabanter Massivs bis in das Aachen-Becken hinein eine schmale, von Überschiebungstektonik dominierte Deformationszone. Im Ruhrbecken dagegen - außerhalb des Einflusses des Brabanter Massivs - entwickelte sich ein von aufrechten Falten geprägter, weit nach NW ausgreifender Faltenbau. Der Übergang zwischen beiden Bereichen erfolgt kontinuierlich im östlichen Teil des Aachen-Beckens und im Bereich des Krefelder Hochs. Der SW-NE streichende Faltenbau des Ruhrbeckens setzt im Nordosten an der Osning-Transformstörung abrupt aus und die VDF wird um über 100 km nach Südosten versetzt. Innerhalb des Niedersachsen-Beckens und in der Pompeckj-Scholle fehlt die orogene Faltung. Stattdessen wurde das nördliche Vorland an WNW-ESE und SSW-NNE streichenden Seitenverschiebungen der Mitteleuropäischen Scherzone transpressiv und transtensiv deformiert. Postvariscische Reaktivierungen dieser Scherzone steuerten letztlich die sedimentäre Auffüllung des Nordwestdeutschen Beckens. Die unterschiedliche strukturelle Entwicklung südlich und nördlich der VDF spiegelt sich im Inkohlungsmuster wider. Innerhalb des Subvariscikums führte die prä- und synkinematische (asturische) Inkohlung zu SW-NE orientierten Isoreflexionslinien. Im Gegensatz dazu bildete im nördlich gelegenen Vorland die variscische und zusätzlich die mesozoische und känozoische Inkohlung ein WNW-ESE orientiertes Inkohlungsmuster aus. Eine Revision des Inkohlungsmusters im Niedersachsen-Becken ergab ebenfalls einen WNW-ESE-Verlauf der Isoreflexionslinien parallel zu den Beckenrändern. Das weist auf einen engen Bezug zwischen der Schertektonik des Beckens und der Inkohlung hin. Aus der Modellierung der Versenkungsgeschichte resultieren deutliche Belege dafür, dass die Reife im Niedersachsen-Becken hauptsächlich auf eine tiefe Versenkung während der Unterkreide-Zeit und nachfolgende Heraushebung und Erosion zurückzuführen ist und nicht auf magmatische Intrusionen.

Keywords

carboniferousmapstructurecoalificationbasin developmentvariscan deformationnw-germany