Original paper

Fluid-controlled microstructural and textural evolution of a calcite-dolomite marble from the western Erzgebirge in Germany

Leiss, Bernd; Lapp, Manuel

Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft Band 152 Heft 2-4 (2001), p. 527 - 545

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published: Dec 11, 2001

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ArtNo. ESP171015202014, Price: 29.00 €

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Abstract

The microstructural and textural characterization of a calcite-dolomite rock is presented in order to contribute to the understanding of the development of the antiformal structure of the western Erzgebirge (Germany). The rock sample comes from the limb of an isoclinal fold in one of the strongly deformed, large-scale carbonate lenses intercalated in medium- to high-grade metamorphic mica schists and gneisses. The distinct crystallographic preferred orientations (textures) of the alternating calcite and dolomite layers at mm-scale are characteristic for a mylonitic fabric, which developed under low temperature conditions and pure shear deformation geometry. The microstructures, however, only show relics of a former mylonitic fabric by the flattened dolomite grains and a polygonal grain boundary configuration. The calcite as well as parts of the dolomite microstructure are strongly altered by fluid-controlled processes: (i) an early grain growth of calcite to a grain size of up to several mm, (ii) a subsequent grain boundary migration recrystallization of calcite, (iii) a phase transformation of dolomite to calcite mainly along grain boundaries and (iv) a late stage microcracking which allowed an additional infiltration of fluids and an intensification of the alteration process. While the mylonitization and the texture development can be associated with the nappe stacking and folding, the fluid-controlled processes took place during exhumation when the deformation changed from ductile to brittle conditions. Evidence for microcracking and mineral phase transitions were mainly provided by cathodoluminescence microscopy.

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit präsentiert die mikrostrukturelle und texturelle Charakterisierung eines Calcit-Dolomit-Gesteins aus dem westlichen Erzgebirge. Ziel ist es, einen Beitrag zum Verständnis der Entwicklungsgeschichte der großregionalen Antiformstruktur zu liefern. Die Probe aus einer der stark deformierten, km-großen Karbonatlinsen, die in mittel- bis hochgradige metamorphe Glimmerschiefer und Gneise eingeschaltet sind, stammt aus dem Schenkel einer Isoklinalfalte. Die deutlichen kristallographischen Vorzugsorientierungen (Texturen) der im mm-Bereich wechsellagernden Calcit- und Dolomitlagen sind an sich charakteristisch für ein mylonitisches Gefüge, das sich bei Niedertemperatur- und koaxialen Verformungsbedingungen entwickelt hat. Ein solches Mylonitgefüge ist in der Mikrostruktur jedoch nur noch reliktisch anhand der geplätteten Dolomitkörner und deren polygonalen Korngrenzen erkennbar. Ansonsten ist das Calcit- als auch größtenteils das Dolomitgefüge durch fluidkontrollierte Prozesse stark alteriert: durch (i) ein frühes Kornwachstum des Calcits bis zu einer Korngröße von mehreren mm, durch (ii) eine nachfolgende Rekristallisation des Calcits durch Korngrenzmigration, durch (iii) eine gleichzeitige Phasentransformation von Dolomit zu Calcit, die hauptsächlich entlang von Korngrenzen zu beobachten ist, und durch (iv) eine späte Mikrorißentwicklung, die eine zusätzliche Infiltration von Fluiden und damit eine Intensivierung des Alterierungsprozesses verursachte. Während die Mylonitisierung und Texturentwicklung mit der Deckenstapelung und der Faltung in Zusammenhang gebracht werden kann, sind die fluidkontrollierten Prozesse mit der Exhumierung, als sich die Deformation von duktilen zu bruchhaften Deformationsbedingungen änderte, zu korrelieren. Der Nachweis der Mikrorisse und der Phasentransformation konnte in erster Linie mit der Kathodolumineszenzmikroskopie erbracht werden, die sich damit als wichtiges Hilfsmittel auch für die Deformationsanalyse erwiesen hat.

Keywords

marblescalcitedolomitefabricductile deformationbrittle deformationmicrocrackscathodoluminescenceHercynian OrogenykinematicsSaxothuringianSaxony GermanyErzgebirgeTK 5544