Original paper

Spätvariszischer basischer Magmatismus -- der Höhenberg-Sill im Thüringer Wald

[The late Variscan basic magmatism -- the Höhenberg sill in the Thuringian Forest.]

Katzung, Gerhard; Obst, Karsten

Kurzfassung

Der Höhenberg-Sill im Thüringer Wald steht am Ende des spätvariszischen Magmatismus. Haupt- und Spurenelementgehalte im oberen Teil der Dolerit-Intrusion spiegeln die zunächst von außen nach innen voranschreitende Erstarrung wider. Besonders Spurenelement- und REE-Verteilungen im äußeren Randbereich des Sills belegen, daß der Lagergang mit kontinentalen Flutbasalten zu vergleichen ist und wahrscheinlich das Initialstadium eines Flutbasalt-Magmatismus darstellt. Normierte Elementmuster sprechen einerseits für einen relativ geringen Grad der partiellen Aufschmelzung aus einem mit großionigen Elementen angereicherten ("enriched") Mantelmaterial, das Teil einer subkontinentalen Lithosphäre ist. Andererseits deuten sie auch eine krustale Kontamination der tholeiitischen Schmelze an. Der Aufstieg des Magmas war mit lokalen Aufheizungen von Krustenbereichen verbunden, die bis zur Generierung saurer Schmelzen führten. Die Dolerit-Intrusion wurde daher von wenigen rhyolithischen Ergüssen und seichten Intrusionen begleitet. Die spätvariszische Molasse-Entwicklung wurde im Thüringer Wald durch NW--SE gerichtete Extension über einer von der Mitteleuropäischen Sutur nach SE einfallenden Detachmentzone initiiert und infolge SW--NE-Dehnung quer dazu modifiziert. Eine lange, flache, SW--NE streichende Senke wird daher von einer NW--SE streichenden Grabenstruktur gekreuzt, die neben dem Gebiet des heutigen Thüringer Waldes zeitweilig auch die südwestlich und nordöstlich angrenzenden Gebiete umfaßte. Die SW--NE-Extension, verbunden mit dextralen Strike-slip-Bewegungen, führte in Gehrener Zeit zunächst zur Anlage meridional orientierter vulkanotektonischer Senken innerhalb des Grabens, die vorwiegend mit andesitischen Laven gefüllt wurden. Dieser Graben löste sich in Kippschollen bzw. Verwerfungsstaffeln auf, die gleichzeitig von klastischen Sedimenten überdeckt wurden. Danach, in Oberhofer Zeit, nutzten rhyolithische Magmen eine meridional orientierte Detachmentzone zum Aufstieg. Die Schmelzen ergossen sich als Laven nach NE bis N bzw. intrudierten in oberflächennahem Niveau. In Rotteroder und Tambacher Zeit entwickelte sich bei Verlagerung des Detachments nach WNW und in die Tiefe die Rotterode-Tambacher Mulde. Extension in Verbindung mit Scherbewegungen induzierte die adiabatische Bildung von Schmelzen im Oberen Mantel. Das basaltische Magma intrudierte zu Beginn der Rotteroder Zeit (spätes Autun) in den Westflügel der Mulde und blieb subvulkanisch in den Oberhof-Schichten stecken.

Abstract

The Höhenberg sill in the Thuringian Forest belongs to the last stage of the late Variscan magmatism. The distribution of major and trace elements in the upper part of the dolerite intrusion shows the increasing degree of differentiation from the marginal facies, which crystallized first, to the central facies (quartz dolerite). Trace element geochemistry and REE-data allow to compare the intrusion with continental flood basalts and to consider it an initial stage of continental flood basalt magmatism. Normalized element patterns, on the one hand, prove that the tholeiitic melt was derived by a small degree of partial melting from an enriched mantle source, which was part of a subcontinental lithosphere. On the other hand, it is also possible that the melt underwent crustal contamination. The ascending magma heated up the overlying parts of the crust until the generation of acid melts. Therefore the dolerite intrusion was associated with a small amount of rhyolitic effusions and shallow intrusions. The late Variscan molasse development in the Thuringian Forest was caused by NW--SE extension above a detachment zone dipping SE from the Mid-European suture, but it was strongly modified by elongation in SW--NE direction. Thus, a long and flat, SW--NE striking basin was intersected by a NW--NE striking graben structure, including today's Thuringian Forest, and for a time also its southwestern and northeastern adjacent areas. First, in Gehren times, the SW--NE extension, associated with dextral strike slip movements, produced meridionally oriented volcanotectonic depressions within the graben which was filled with predominantly andesitic lavas. Afterwards, this graben split up into single tilted blocks that were simultaneously covered with clastic sediments. Then, during Oberhof times, rhyolitic magmas used a meridionally oriented detachment zone as their ascent paths. Lavas flowed out into NE to N direction and melts partly intruded close to the surface. In Rotterode and Tambach times, the extent of the detachment sidewards as well as into the depth caused the formation of the Rotterode-Tambach syncline. Extensional movements connected with lithospheric pull-apart movements induced an adiabatic melting in the upper mantle. At the beginning of Rotterode times (late Autunian), the ascending basaltic magma intruded into the western limb of the syncline forming the Höhenberg dolerite sill within the Oberhof beds.