Original paper

Zur Rand- und Schwellen-Fazies des Kupferschiefers

[Schwellen Facies of the Kupferschiefer]

Paul, Josef

Kurzfassung

Der Kupferschiefer des mitteleuropäischen Zechstein-Beckens ist ein laminierter, bituminöser Mergel und gilt als typischer Vertreter einer Schwarzschiefer-Fazies. Er kommt von England bis Polen in etwa gleicher Ausbildung vor. Fazies-Änderungen sind auf die Ränder und Schwellen beschränkt. Diese Schwellen-Fazies wurde auf der Eichsfeld-Schwelle am Harzrand näher untersucht. Vergleiche mit anderen Gebieten zeigen, daß der Kupferschiefer der Eichsfeld-Schwelle repräsentativ für Rand- und Schwellen-Bereiche des Zechstein-Beckens ist. Die Schwellen-Fazies des Kupferschiefers ist ein ausgezeichneter Indikator für Prozesse, die das gesamte Becken betreffen, die aber in der einförmigen Becken-Fazies nicht erkennbar sind. Besonderheiten der Schwellen-Fazies gegenüber der Becken-Fazies sind: wechselnde Mächtigkeit, die bis zum Auskeilen an Kuppen führt; hoher Karbonat-Gehalt, der häufig als Dolomit vorliegt; Wechsellagerung von ton- und karbonat-reichen Bänken; Einschaltungen von Schillagen in die laminierte Folge; Auftreten von rötlichen Farben im sonst schwarzen Kupferschiefer. Ein fossilreiches Karbonat, das im Schwellen-Gebiet den Kupferschiefer unterlagert ("Mutterflöz"), ist eine Fazies-Vertretung des unteren Teils der Kupferschiefers, der im Becken bereits anoxisch ausgebildet ist. Einschaltungen von biogenem Detritus in die Stagnat-Sedimente des Kupferschiefers zeigen, daß die benthonische Fauna die anoxische Phase im Bereich oberhalb des Wellenschlages überlebte. Sowohl die Fauna als auch die Zusammensetzung der Karbonat-Fraktion sprechen für die normale Salinität des Kupferschiefer-Meeres. Die Wassertiefe am Rand der Schwellen betrug wohl mehr als 100 Meter und im eigentlichen Becken entsprechend mehr. Die obere Grenze des Kupferschiefers wird durch das schlagartige Einsetzen der Bioturbation bestimmt, die den Zusammenbruch der anoxischen Verhältnisse des Wasserkörpers anzeigt. Konzentrationen und das Verteilungsmuster der Buntmetalle (Cu, Pb, Zn) werden durch die Paläomorphologie und das Redoxpotential bestimmt. Die rezent vorliegenden Erzgefüge sind ausschließlich das Resultat diagenetischer Prozesse. Das noch ungelöste Problem der Herkunft und der Anlieferung der Metalle wird kurz diskutiert.

Abstract

The Kupferschiefer of the Central European Zechstein Basin is a typical thin and laminated black shale formation. Fades and thickness are uniform throughout the basin from England to Poland. Changes of facies are restricted to margins and schwellen. The schwellen fades has been analysed in sections from the flanks to the top of the Eichsfeld-Schwelle (southwestern Harz Mountains, Lower Saxony). Other schwellen and margins of the Zechstein basin show similar features, e. g.: Thuringia, the southeastern Harz Mountains, the eastern border of the Rheinisches Schiefergebirge, and the Foresudetic Monocline in western Poland. The schwellen fades is an ideal indicator for hydrographic and sedimentary processes, which affect the whole of the basin, but are not recognizable in the basinal fades. Among those are the progress of transgression, and the buildup and breakdown of chemoclines. Facies and thickness depend mainly upon the relief of the pre-Zechstein surface and the position of the chemocline. In the schwellen fades the carbonate content, mainly dolomite, is generally high and organic matter is lesser than in the basinal facies. Red colors point to oxidizing conditions within the sediment. Other characteristics of schwellen fades are alternations of clayrich and more calcareous layers, and intercalations of shell-layers in laminated beds. A fossiliferous, carbonate-rich bed underlying the Kupferschiefer in schwellen positions is time-equivalent to the lower part of the black shale facies in the basin. Fauna and composition of the carbonate-fraction give evidence of normal salinity of the Kupferschiefer sea. Water-depth was more than 100 m at the lower flanks of the schwellen and increased towards the basins. The upper limit of the Kupferschiefer is given by the abrupt onset of bioturbation which destroys lamination and indicates renewed oxygenation of the sea. Concentrations and distribution pattern of non-ferrous metals (Cu, Pb, Zn) of the Kupferschiefer are controlled by palaeomorphology and the redox-potential at the time of the deposition. But the actual texture and structure of the ore are the results of diagenetic processes. The copper ore minerals mainly replaced carbonates. The problem of the source and delivery of the metals is briefly discussed.

Keywords

ZechsteinKupferschieferbasinridgelithofaciessedimentary cyclemarldolomitelaminationbenthic faunacoquinaanaerobic environmentpaleosalinityred colours ("Rote Fäule")concentrationCuPbZnredox potential North German Hills (E