Original paper

Die jurassische hydrothermale Überprägung der sedimentären Deckgebirgsserien im Schwarzwald (Süddeutschland) The Jurassic hydrothermal alteration of sedimentary cover rocks of the Black Forest in Southern Germany

Brockamp, Olaf; Schlegel, Andreas

Abstract

German Aus der Synopse lokaler geochemischer Analysenwerte ergibt sich in Kombination mit Illit-K-Ar-Datierungen, dünnschliffmikroskopischen Arbeiten, mikrothermometrischen Untersuchungen, röntgendiffraktometrischen Bestimmungen sowie infrarotspektroskopischen Daten an Gesamtproben und Tonfraktionen eine durchgreifende hydrothermale Alteration der sedimentären Deckgebirgsserien im Schwarzwald. Diese geht von Verwerfungen in den fünf intramontanen Senken aus, erfasst die permokarbone Sedimentfüllung und verbreitet sich in den überlagernden Buntsandsteinschichten. In den Senken werden bei intensiver Überprägung die detritischen Feldspatkörner vollständig illitisiert oder sie sind nur reliktisch erhalten und der illitische Detritus ist rekristallisiert. Über Feldspat- und Quarzkörnern angelagerte detritische Glimmerplättchen werden palisadenartig von feinschuppigen authigenen Illitpartikeln durchsetzt, die bis in Porenzwickeln vorwachsen. Eine spätere Verkieselung durch Quarzanwachssäume ist insbesondere im Buntsandstein häufig. Jedoch wird der Bereich intensiver Illitisierung vom Nord- zum Südschwarzwald kleiner und der Smektitanteil in Illit/Smektit-Wechsellagerungsmineralen steigt in der Fraktion <2 μm von <5 auf bis zu 25 % an. Weitverbreitete Nebenbestandteile sind in den südlicheren Gebieten aus Feldspäten neugebildete Al-reiche dioktaedrische Chlorite. Die Illit- und Chloritneubildungen werden von einem hochtemperierten und niedrigsalinaren Fluidsystem (150–250 °C, <10 Gew.-% NaClÄquiv.) ausgelöst, während die partiellen Verkieselungen auf niedrigtemperierte und hochsalinare Lösungen (<150 °C, 20–25 Gew.-% NaClÄquiv.) zurückgehen. Bei beiden Fluidtypen verringert sich – ebenfalls vom Nord- zum Südschwarzwald – die Temperatur um 50 °C und die zusetzende Lösungsmenge wird offensichtlich kleiner. Die weiträumige Überprägung ereignete sich nach K-Ar-Datierungen authigener Illite der Fraktion <2 und <0,2 μm im Oberjura vor ca. 145 Ma, zudem werden lokal kretazische und – in Rheingrabennähe – tertiäre Alter nachgewiesen. Ähnlich wie im Schwarzwald kommen definierte episodische Fluidschübe auch im Deckgebirge weiter Teile West- und Mitteleuropas vor. Sie sind mit großskaligen geodynamischen Prozessen bei der Öffnung des Nordatlantiks, Rifting-Aktivitäten im Bereich der Biskaya und westlichen Tethys, der Alpenorogenese, der Entstehung intrakontinentaler Grabenzonen und offensichtlich regional auch mit der Ausbildung geothermischer Anomalien in der kontinentalen Kruste verknüpft. English The extent of pervasive hydrothermal alteration of the sedimentary cover rock in the Black Forest is revealed by geochemical analyses together with illite K-Ar dating, thin section microscopy, microthermometry, X-ray diffractometry and infrared spectroscopy of bulk samples and clay separates. The alteration extends from faults in the five intramontane troughs into the Permo-Carboniferous sediments and further into the overlying Bunter deposits. Within the troughs, extensive alteration occurred by complete illitisation of detrital feldspar grains and recrystallisation of the illitic detritus. Authigenic illite particles are commonly grown in pore spaces and intersperse palisadian like as small authigenic illite flakes detrital mica particles encrusting feldspar and quartz grain surfaces of Bunter sandstones that are partly coated later by quartz overgrowth. The degree of intensive alteration within the intramontane troughs decreases from the northern to the southern Black Forest, and equally the smectite component in illite/smectite mixed-layered minerals of the <2 μm fractions increases from <5 % up to 25 %. Hydrothermal dioctahedral Al-rich chlorite from feldspar is widely observed as a minor component in the southern areas. Illite and chlorite authigenesis was triggered by hot and low saline solutions (150–250 °C, <10 wt% NaCleq), while the partly silicification was caused by low temperature and high saline fluids (<150 °C, 20–25 wt% NaCleq). Temperature of both fluid types decreases by about 50 °C from the northern to the southern Black Forest and likewise the ascending fluid volume appears to have been reduced. According to K-Ar ages of authigenic illite of the <2 and <0.2 μm fractions pervasive alteration occurred in the Upper Jurassic at about 145 Ma, and locally in addition Cretaceous hydrothermal events and – next to the Rhine Graben boundary fault – even those of Tertiary age are evident, indicating multiple hydrothermal activities. Similar to the Black Forest multi-episodic fluid transport along reactivated faults and hydrothermal rock alteration is locally distributed also in cover rocks of Western and Central Europe. They are altogether connected to large-scale geodynamic processes accompanying opening of the North Atlantic, rifting activities in the Bay of Biscay and western Tethys, the Alpine Orogeny, evolution of intracontinental rift systems and development of regional geothermal anomalies in the continental crust.

Keywords

intramontane troughsk-ar datingchemistry of illite and chloritehydrothermal alterationcover rocksblack forestmicrothermometry