Original paper

Formation and sediment fill of the Saar-Nahe Basin (Permo-Carboniferous, Germany)

Schäfer, Andreas; Korsch, Russell J.

Kurzfassung

Das Saar-Nahe-Becken wurde als Halbgraben, als einseitiges 'strike-slip'-Becken im Inneren der Zentraleuropäischen Varisciden während des Permokarbon angelegt. Es ist zwar in Geländeaufschlüssen gut zugänglich, doch erlauben erst die Bohrungen der Kohle- und Erdölindustrie den vollständigen Überblick über das Sedimentbecken. Die Beckenfüllung variscischer Molasse reicht stratigraphisch vom Namur bis ins Rotliegend und ist heute etwa 7,5 km mächtig. Unter Berücksichtigung einiger Lücken innerhalb der permokarbonen Schichtenfolge und einer abschließenden Erosion an deren Top, dürfte die ehemalige Mächtigkeit des Saar-Nahe-Beckens durchaus 10 km betragen haben. Es werden folgende Themen behandelt: - Die Schichtenfolge des Saar-Nahe-Beckens wird mit den der anderen europäischen spätvariscischen Sedimentbecken stratigraphisch korreliert. Dazu wird die Sedimentfolge des Saar-Nahe-Beckens an ein neues stratigraphisches Konzept angepaßt. Dieses begründet sich auf numerischen Altersbestimmungen, die anhand von 40Ar/39Ar-datierten Kaolin-Kohlentonsteinen für die Tuff-Chronostratigraphie neue stratigraphischen Zeitmarken präzisieren (BURGER et al. 1997). Damit ergeben sich verläßliche stratigraphische Bezüge zu anderen permokarbonen Ablagerungsräumen (MENNING 1995 a und b). Wesentliche Änderung ist hier die Verwendung von Stefan D anstelle von Unterrotliegend, denn die europaweit vorhandenen Vulkanite markieren die Karbon-Perm-Grenze, die die Zeitmarke 298 Millionen Jahre nahelegen. - Es wird eine Übersicht über die sedimentologische Entwicklung von deltaischen zu fluviatilen zu alluvialen Ablagerungsmilieus gegeben. Die Schichtenfolge des Permokarbons des Saar-Nahe-Beckens ist durch zahlreiche Bohrungen der Kohle- und Erdöl-Industrie ausgezeichnet erschlossen. Daher existieren in sich schlüssige sedimentologische Modelle für alle stratigraphischen Einheiten (u.a. SCHÄFER 1989). Deren Ausgestaltung ist erheblich von der Wanderung des Depo-Zentrums abhängig. Dieses wandert im Verlauf der Beckenentwicklung entlang der Hunsrück-Südrand-Störung von SW nach NE und läßt sich nur mit Hilfe eines speziellen Beckenmodells erklären. Es werden Daten zur Sandsteinpetrographie der Beckenfüllung anhand einer Modalanalyse von Leicht- und Schwermineralen zusammengestellt. Diese sind zum Teil neu bestimmt, zum Teil aus der Literatur in den Datensatz aufgenommen. Die Liefergebiete der permokarbonen Beckenfüllung des Saar-Nahe-Beckens sind aufgrund der Wanderung des Depo-Zentrums abschnittsweise voneinander verschieden. Durch die Strukturierung des Sedimentbeckens und seiner raschen Absenkung während der Einengung des umgebenden variscischen Gebirges liefert während des Westfal das Rhenohercynicum im N schiefergebirgstypische und während des Stefan das Moldanubicum im S und SW granitoide Siliciklastika. Im Rotliegend oberhalb der Permokarbon-Vulkanite ist ein dominantes Liefergebiet nicht mehr auszumachen, umsomehr herrscht regional bestimmter Sedimenteintrag vor, der auf unmittelbar außerhalb gelegene Liefergebiete zu beziehen ist. Es wird die ehemalige Überlagerung durch mesozoisch-känozoisches Deckgebirge diskutiert. Analysen von Apatit-Spaltspuren werden in einer ersten Übersicht ausgewertet, um die Versenkung des Saar-Nahe-Beckens und seinen Wiederaufstieg nachzuvollziehen. Es muß davon ausgegangen werden, daß das Saar-Nahe-Becken im heute aufgeschlossenen Areal einen umfangreichen Teil seiner Rotliegend-Schichtenfolge durch Erosion verloren hat. Der heute fehlende permokarbone und der ehedem über diesem gelegene mesozoische Schichtenstapel dürften zusammen etwa 4000 m betragen haben. Dies drückt sich vor allem in der überproportionalen Zementation der Sandsteine aus, worauf hier jedoch nicht näher eingangen werden kann. - Das Modell des Sedimentbeckens und sein 'strike-slip'-Charakter wird näher erläutert. Die rechtshändig wirksame Hunsrück-Südrand-Störung provoziert bei steil stehender Scherfläche und während der überschaubaren permokarbonen Geschichte ein Halbgrabensystem, in welchem sich entgegen der Wanderung des Sedimentbeckens nach SW dessen Sedimentstapel entlang der Hunsrück-Südrand-Störung schindelförmig NE-wärts übereinander lagerten. Dieses Beckenmodell blieb während des gesamten Permokarbon in gleicher Ausgestaltung strukturell gültig, trotz der Umgestaltung der Paläofließmuster an der Westfal-Stefan-Grenze (im Westfal nach S, im Stefan nach NE) und der neuerlichen Veränderung im Rotliegend (nach SW). Der Europa-weite Vulkanismus ereignete sich an der Grenze Stefan/Rotliegend -- zuvor jedoch hatte das Saar-Nahe-Becken bereits eine beträchtliche Mächtigkeit von Westfal- und Stefan-Sedimenten aufgenommen.

Abstract

The asymmetric strike-slip Saar-Nahe Basin -- internal to the Central European Variscides -- developed as a halfgraben during the Permo-Carboniferous. Its basin fill is in part exposed at the surface, with more data provided by numerous wells of the coal and oil-exploration industry. The Namurian to the Rotliegend sedimentary pile preserved in this Variscan molasse basin is 7.5 km thick. Because of some stratigraphic gaps and erosion of the upper part of the stratigraphic record, the original thickness of the basin fill was up to 10 km. The purpose of our paper is - to adjust the lithostratigraphy of the Saar-Nahe Basin with respect to other European late Variscan sedimentary basins, - to provide an overview on its sedimentological development from deltaic to fluvial to alluvial depositional environments, - to present the sandstone petrography of the basin fill through modal analysis of the siliciclastic units and the heavy minerals, - to provide an estimate of the thickness of the Mesozoic-Cainozoic overburden that has been removed by erosion during uplift, and correlate the cements observed with the depth of subsidence of the basin, - to present a basin forming mechanism related to a right-lateral strike-slip displacement along the South Hunsrück Fault, that is consistent with the shift of the basin depocentre and with the adjustment of the paleoflow drainage pattern through time.

Keywords

Variscidessubsiding basingraben (halfgraben)strike-slip faultsfault (South Hunsrück Fault)Upper CarboniferousRotliegendesborehole sectionsmolassecoalclastic rockssandstonesdeltaic sedimentationfluvial sedimentationpaleocurrents