Original paper

The crustal structure around the Harz Mountains (Germany): review and analysis

[Die Struktur der Kruste von Harz und Umgebung: Übersicht und Analyse]

Brink, Heinz-Jürgen

Abstract

The Harz Mountains are a tectonic and petrologic window into the basement of the still subsiding North German Basin. Based on the interpretation of available geophysical data and geological, petrologic and geothermal information the crustal structure around this sample of the Variscan Orogen is being reviewed and analysed. This includes the characterisation of an area with low refraction seismic velocities of the upper mantle at Moho level. This abnormal velocity field represents most likely remnants of an un-transformed Variscan root that may suggest the presence of the highest mountain ranges (“Rocky Mountains“) at this location of the central European Variscan Orogen in late Paleozoic times. Density modelling results, compilation of data on granite intrusions, information contained in volcanic xenoliths and determinations of rock physical parameters are used to describe the geological history of the Harz Mountains in general terms. A Moho fault with a throw of 3 to 4 (7?) km near the Northern Harz Boundary Fault, identified by refraction seismic surveys and tentatively verified by (re-)interpretation of reflection seismic data, may support an improved interpretation of the uplift processes of the Harz Mountains from late Cretaceous to present.

Kurzfassung

Der Harz ist ein tektonisches Fenster in den Untergrund des immer noch einsinkenden Norddeutschen Beckens. Basierend auf der Interpretation verfügbarer geophysikalischer Daten sowie geologischer, petrologischer und geothermischer Informationen wird die Struktur der Kruste dieses Teils des variszischen Gebirges beschrieben und analysiert. Dies schließt die Charakterisierung eines Gebietes mit einer niedrigen refraktionsseismischen Mohogeschwindigkeit des oberen Mantels mit ein. Dieses abnormale Geschwindigkeitsfeld repräsentiert möglicherweise Überbleibsel einer untransformierten variszischen Gebirgswurzel, die auf einen Gebirgszug innerhalb des Orogens hinweist, der möglicherweise die höchsten ,,Rocky Mountains“ in Mitteleuropa zur Zeit des späten Paläozoikums war. Die Ergebnisse von Gesteinsdichtemodellierungen, eine Kompilation von Daten über Granitintrusionen, Informationen aus vulkanischen Xenolithen und Bestimmungen gesteinsphysikalischer Parameter werden genutzt, um die geologische Geschichte des Harzes in verallgemeinerter Weise zu beschreiben. Eine Verwerfung der Moho um einen Betrag von 3 bis 4 (7?) km in der Nähe der nördlichen Harzrandverwerfung, die mit refraktionsseismischen Messungen nachgewiesen worden ist und durch die (Re-)Interpretation reflexionsseismischer Daten in etwa bestätigt werden konnte, könnte zu einer verbesserten Interpretation der Hebungsprozesse des Harzes von der späten Kreidezeit bis heute führen.

Keywords

harz mountainsnorthern harz boundary faultvariscan orogenymohoupper mantlegranite intrusionsxenolithsorogenetic rootseismicgravimetry