Original paper

Abschätzung der mittleren Sedimentations- und Subsidenzraten im Devon und Karbon des Oberharzes

[Estimation of Mean Sedimentation- and Subsidence Rates of the Devonian to Lower Carboniferous Sequence of the Upper Harz Mountains (Germany)]

Buchholz, Peter; Wachendorf, Horst

Kurzfassung

Die mittleren Sedimentations- und Subsidenz-Raten im Zeitraum Devon bis Unterkarbon des NW'Oberharzes (Rhenoherzynikum) wurden bestimmt. Grundlage der quantitativen Auswertung von Lithofazies und Mächtigkeiten sind 71 publizierte, biostratigraphisch kontrollierte Profile. Die Gesamtmächtigkeit im Givet, Frasne und Fammene korreliert mit dem Pelitanteil, hingegen weist der Karbonatanteil keine Korrelation zur Gesamtmächtigkeit auf. Die Delta-Fazies des oberen Unterdevons, die Riff-Fazies des höheren Mitteldevons bis tieferen Oberdevons und die Flyschfazies des höheren Unterkarbons ergeben maximale Sedimentationsraten. Für den Zeitraum Mitteldevon bis tiefes Unterkarbon resultiert in der Beckenentwicklung eine kontinuierliche Verringerung der Sedimentationsraten. Die regionale Subsidenz wurde unter Berücksichtigung der Kompaktion und der Auflast berechnet. Als Eichmarken für die Bestimmung der Wassertiefen dienen der Kahleberg-Sandstein (Ems-Stufe) sowie die Riff- und Postriffentwicklung des Ibergs (Mitteldevon - Unterkarbon). Die Subsidenzraten ergeben eine allmähliche Abnahme für den Zeitraum hohes Unterdevon - tiefes Oberdevon. Während des höheren Oberdevons bis tiefen Unterkarbons hielt die Subsidenz bei vermindertem Sedimenteintrag an. Im Verlauf der Flyschsedimentation erfolgte eine Umkehr der Subsidenz, die zum Molasse-Stadium überleitete. Die Entwicklung der regionalen Subsidenz wird als Dehnungsphase der Lithosphäre bzw. als Höherverlegung der Isothermen im Unterdevon mit anschließender Abkühlungsphase vom Mitteldevon bis einschließlich tieferes Unterkarbon interpretiert.

Abstract

The rates of sedimentation and subsidence, respectively, during the Devonian to Lower Carboniferous of the Northwestern Harz Mountains (Rhenohercynian zone) have been determined. On the base of published data, 71 biostratigraphically controlled sections have been quantified with regard to lithofacies and thickness. The total thickness of Givetian, Frasnian and Famennian strata is strictly correlated with the amount of pelitic sedimentation, whereas the amount of pelagic limestone sedimentation is irrespective of the total thickness. The late Lower Devonian deltaic fades, the locally developed reefoid limestone facies (Givetian - Frasnian) and the late Lower Carboniferous flysch facies are characterized by maximum values of sedimentation rates. The Middle Devonian to early Carboniferous time span is documented by a gradual decrease of sedimentation within the basinal realm. Tectonothermal subsidence was calculated by an Airytype sediment load correction. The subsidence rates yield a progressive decrease during the Lower Devonian to the early Upper Devonian. Subsidence continued in a phase of under-supplied basin conditions during the late Upper-Devonian to early Lower Carboniferous. During flysch sedimentation (late Lower Carboniferous) the trend of subsidence was inverted and is transitional to the molasse sequence. The decrease of subsidence during the Lower Devonian to the early Carboniferous is interpreted as a case of lithospheric extension followed by crustal cooling. During the late Lower Carboniferous crustal compression was initiated, which resultetd in crustal thickening and a lowering of isotherms within the crust. However, the magmatic paroxysm during the Upper Carboniferous to Lower Permian is due to a thermal response.

Keywords

BalanceDevonianLower Carboniferousthicknesslithofaciespelitecarbonatepaleoenvironmentssedimentation ratesubsidence rateeustacy Harz MountainsLower Saxony