Original paper

Zum Alter der Metamorphose in der Wippraer Zone/Harz - Ergebnisse von K/Ar-Altersdatierungen an schwachmetamorphen Sedimenten

[The age of metamorphism in the Wippra Zone/Harz -- Results of K/Ar-age determinations on very low to low grade metamorphic sediments.]

Ahrendt, Hans; Franzke, Hans-Joachim; Marheine, Dirk; Schwab, Max; Wemmer, Klaus

Kurzfassung

Bisherige geologisch-strukturelle Untersuchungen weisen auf deutliche Unterschiede in der prä-variszischen und variszischen Entwicklung des Saxothuringikums und Rhenoherzynikums hin, so daß der Nordrand der Mitteldeutschen Kristallinzone als Grenzbereich von Krustensegmenten (Terranes) unterschiedlicher tektonmetamorpher Entwicklung betrachtet werden muß. Neue Altersdaten aus der in diesem Grenzbereich liegenden Nördlichen Phyllitzone (Wippraer Zone) sollen zu einer Präzisierung der bisherigen Vorstellungen über den zeitlichen Ablauf der tektonometamorphen Entwicklung der mitteleuropäischen Varisziden beitragen. In einem geochronologischen Profil durch die Wippraer Zone wurde anhand von K/Ar-Datierungen und Illitkristallinitätsmessungen an schwachmetamorphen, synkinematisch gebildeten Phyllosilikaten in Metapeliten das Alter der variszischen metamorphen Hauptüberprägung der altpaläozoischen Gesteinsserien von Wippra (Ordoviz bis Oberdevon) festgelegt und die Intensität der Überprägung bestimmt. Die Illitkristallinitäten (IK) der Kornfraktion < 2 µm streuen in den beprobten Serien der Wippraer Zone von der hohen Diagenese bis in die Epizone. Ein eindeutig gerichteter Trend in der räumlichen Verteilung der Intensitäten der IK über die einzelnen Serien der Wippraer Zone hinweg ist jedoch nicht erkennbar. Die Interpretation der K/Ar-Altersdaten der Fraktion < 2 µm hingegen läßt ein deutlich steigendes Metamorphosealter von NW nach SE in den Serien 1--5 erkennen (von 320 auf 351 Ma). Von diesem Alterstrend der Metamorphose der Zone von Wippra weichen ein Metamorphosealter in der Serie 1 (Olisthostromserie, Devon-Dinant) mit 360 Ma und die jungen Alter in der Serie 7 (Metagrauwacken und Phyllite, Oberdevon) mit 330 Ma ab. Der NW--SE-Trend zunehmender radiometrischer Alter in den Serien 1--5 und die jüngeren Alter in der Serie 7 lassen den Schluß zu, daß die Serien während ihrer metamorphen Überprägung noch nicht im heutigen tektonischen Verband vorlagen, sondern daß ihre Verfrachtung und Plazierung in der Zone von Wippra erst nach dem Höhepunkt der Metamorphose erfolgt sein kann. Aus den Altersdaten ergibt sich der Hinweis auf eine strukturelle Grenze in der Zone von Wippra zwischen den Serien 5 und 6--7. Die gewonnenen Altersdaten legen weiterhin nahe, daß die metamorphe Überprägung der Wippraer Zone in einem früheren Stadium der tektonometamorphen Entwicklung erfolgte als im SW-Teil der Nördlichen Phyllitzone (Hunsrück, Taunus). Die unterschiedlichen Metamorphosealter von Taunus/Hunsrück und der Zone von Wippra lassen damit zwei Interpretationsmöglichkeiten offen: entweder die Daten in der Wippraer Zone deuten einen früheren Kollisionsbeginn im Bereich des SE-Harzes an (transpressives Regime am Nordwestrand der Mitteldeutschen Kristallinschwelle) oder zumindest Teile der Wippraer Zone gehören nicht zum Rhenoherzynikum, sondern zur überschiebenden Platte des Saxothuringikums.

Abstract

Previous geological and structural investigations show distinct differences between the pre-Variscan and Variscan history of the Saxothuringian and Rhenohercynian. Therefore the northern margin of the Mid German Crystalline Rise must be considered as a border area of crustal segments (terranes) with different tectonometamorphic evolution. New radiometric age data from the Northern Phyllite Zone (Wippra Zone) being part of this border area contribute to specify the dynamic modelling of variscan tectogenetic processes. The radiometric ages of the metamorphic overprint in the Wippra Zone has been determined by conventional K/Ar-technique and illite crystallinity measurements. The investigations were carried out on very low to low grade metamorphic, synkinematically grown phyllosilicates in metapelites. The illite crystallinities of the grainfraction < 2 µm of the samples from the Wippra Zone range from high diagenesis to epizone. There is no recognizable trend of the illite crystallinities along a section through the particular series of the Wippra Zone. Nevertheless K/Ar-ages of the fraction < 2 µm show increasing ages of metamorphism from NW to SE in the Wippra Zone series 1 to 5 (320--351 Ma). The age of 360 Ma in the northerly positioned series 1 and the younger ages in the southermost series 7 of about 330 Ma diverge from the trend. Interpreting the radiometric age data, the series were not situated during the time of metamorphism in their present tectonic position. Stacking of the series took place after the peak of metamorphic overprint. The obtained age data suggest a metamorphism in the Wippra Zone prior to the SW-part of the Northern Phyllite Zone (Hunsrück, Taunus). This leads to two possible interpretations of the isotopic data: either this could be a first hint for different times of the beginning of either the collisional tectonics or the influence of a newly discussed transpressive regime at the northern margin of the Mid German Crystalline Rise or the Wippra Zone does not represent the Rhenohercynian and at least parts of the Wippra Zone belong to the overriding plate of the Saxothuringian.