Original paper

Detrital zircon ages and provenance data from the Early–Middle Turonian boundary interval of Amberg (upper Winzerberg Formation, Danubian Cretaceous Group, Bavaria)

Hofmann, Mandy; Niebuhr, Birgit; Linnemann, Ulf; Wilmsen, Markus

Abstract

The Lower to Middle Turonian section east of Amberg (Bavaria) shows the marine Winzerberg Formation (Knollensand Member, upper Lower Turonian) that is unconformably overlain by the fluvial Hornsand facies (lower Middle Turonian). The latter unit evolved as a braided river system, cutting into the Knollensand Member, with transport direction from the north. These fluvial deposits were covered by the shallow marine sediments of the Roding Formation (Altenkreith Member, lower Middle Turonian). The Hornsand sediments contain enigmatic reworked quartz-bearing greenish clays that suggest erosion of a deeply weathered, low-lying granitic surface, prior to the onset of tectonic inversion along the marginal faults of the Bohemian Massif. The analysed sample (HS1) from this facies yielded abundant zircon grains in the heavy mineral fraction that are predominantly idiomorphic, indicating a short transport distance. In total, 151 single zircon grains were investigated for their U-Pb age by LA-ICP-MS techniques. Only 43 of them resulted in concordant ages and another 40 could be used to construct a Discordia, its lower intercept age of c. 332 Ma overlapping within error with the majority of concordant zircons for this sample. The youngest age group (c. 320–330 Ma) can be clearly correlated with granite intrusions of the western Bohemian Massif and Th-U ratios of zircons show that the sediment source area providing the zircon grains crystallised from mainly felsic magma. Summarising all results, the western part of the Bohemian Massif in general, and the Oberpfälzer Wald in particular, are the most probable source area for the fluvial Hornsand facies east of Amberg. However, especially in the western part of the Oberpfälzer Wald, directly north of the sample site, U-Pb ages for granites are still missing. Therefore, further analyses comprising these granites are necessary to solve this problem. Nevertheless, the combination of rocks of the Moldanubian Zone (Neoproterozoic to Early Carboniferous) that got intruded by Variscan granites can provide all ages found as detrital zircon signals in the Hornsand sample.

Kurzfassung

Das unter- bis mittelturone Profil östlich von Amberg (Bayern) zeigt die marine Winzerberg-Formation (Knollensand-Member, oberes Unterturonium), welche diskordant durch die fluviatile Hornsandfazies (unteres Mittelturonium) überlagert wird. Letztere entwickelte sich als verzweigtes Flusssystem mit Transportrichtungen von Norden, das sich in die Sedimente des Knollensand-Members einschnitt. Diese fluviatilen Ablagerungen werden durch die flachmarinen Sedimente der Roding-Formation (Altenkreith-Member, unteres Mittelturonium) überlagert. In den Flusssedimenten des Hornsandes finden sich rätselhafte, aufgearbeitete grünliche Tone mit Quarzen, welche die Erosion einer stark verwitterten, tief liegenden granitischen Oberfläche implizieren. Diese Abtragung erfolgte noch vor dem Einsetzen der Inversionstektonik entlang der Randstörungen des Böhmischen Massivs. Die untersuchte Probe (HS1) aus dieser Fazies beinhaltete zahlreiche Zirkone in der Schwermineralfraktion, welche hauptsächlich idiomorph waren und dadurch auf einen kurzen Transportweg des Probenmaterials schließen lassen. Insgesamt wurden 151 Einzelzirkone bezüglich ihres U-Pb-Alters mittels LA-ICP-MS analysiert. Nur 43 davon ergaben ein konkordantes Alter. Weitere 40 konnten für die Konstruktion einer Diskordia genutzt werden, deren unterer Schnittpunkt mit der Konkordia bei ca. 332 Ma innerhalb des Fehlers mit dem Hauptanteil der konkordanten Zirkone dieser Probe zusammenfällt. Die jüngste Altersgruppe (ca. 320–330 Ma) kann mit den Granitintrusionen des westlichen Böhmischen Massivs korreliert werden. Die Th-U-Verhältnisse der Zirkone deuten ebenfalls darauf hin, dass im Sedimentliefergebiet Zirkone aus felsischen Schmelzen vorhanden waren. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der westliche Teil des Böhmischen Massivs im Allgemeinen und der Oberpfälzer Wald im Besonderen die wahrscheinlichsten Liefergebiete für die Fazies des fluviatilen Hornsands östlich von Amberg sind. Allerdings sind bisher besonders im westlichen Teil des Oberpfälzer Waldes, direkt nördlich des Probenahmepunktes, noch keine U-Pb-Alter der Granite bekannt. Deshalb sind weitere Analysen, die diese Granite ebenfalls umfassen, nötig, um dieses Problem zu lösen. Dennoch kann die Kombination aus Gesteinen des Moldanubikums (Neoproterozoikum bis frühes Karbon), die von variszischen Graniten intrudiert wurden, alle Alter, welche als U-Pb-Signale detritischer Zirkone in der Hornsand Probe gefunden wurden, liefern.

Keywords

provenance analysisla-icp-msdetrital u-pb agesturoniancretaceous