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Diagenetische Prozesse im Umfeld permischer Spalten der Korbacher Bucht (N-Hessen), Zechstein 1

[Diagenetic processes in the vicinity of permian fissures from the Korbach Bay (NHessen), Zechstein 1]

Zeeh, Stefan; Becker, Frank

Zeitschrift der Deutschen Geologischen Gesellschaft Band 155 Heft 2-4 (2005), p. 115 - 136

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published: Jun 1, 2005

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ArtNo. ESP171015502004, Price: 29.00 €

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Kurzfassung

In der Korbacher Bucht sind die Zechstein-Karbonate des Ca1 stellenweise von tiefen Spalten durchzogen, in deren unmittelbarer Nachbarschaft Kalke ausgebildet sind, die aufgrund petrographischer Beobachtungen als Dedolomite charakterisiert werden können. Dedolomite konnten auch in Bohrkernen festgestellt werden, ebenso wie zwei Dolomittypen: ein brauner, mittel- bis grobkristalliner und ein grauer, grobkristalliner Dolomit. Der braune Dolomit kommt sehr häufig am Top des Ca1 in den Spalten und am Rand der Korbacher Bucht im Kontakt zu den paläozoischen Gesteinen des Rheinischen Schiefergebirges vor. Der Vergleich der Dolomite aus der Korbacher Bucht mit Dolomittypen aus dem übrigen hessischen Zechsteinbecken ergibt, dass frühdiagenetische fein- bis mittelkristalline Dolomite in der Korbacher Bucht nicht auftreten und vermutlich durch die Dedolomitisierung zerstört wurden. Nur der graue Dolomit tritt auch außerhalb der Korbacher Bucht auf, der braune Dolomit findet dagegen kein überregionales Äquivalent. Die Entstehung des grauen Dolomits ist entweder auf eine Rekristallisation älterer Dolomite oder auf eine Dolomitisierungsphase während der Versenkungsdiagenese zurückzuführen. Eine Vermischung von an Spurenelementen angereicherten Verwitterungs-lösungen und hypersalinaren und somit an Mg angereicherte Porenwässer wird für Bildung des braunen Dolomits angenommen. Die Dedolomitisierung lässt sich in zwei Phasen unterteilen und steht im Zusammenhang mit der Bildung zweier calcitischer Blockzemente, wobei die jüngere Dedolomitisierung nur untergeordnet auftritt. Beide Dedolomitisierungsphasen lassen sich auf die Migration meteorischer Lösungen zurückzuführen, wobei die erste Phase vor der maximalen Versenkung der Gesteine (Trias/Unterer Jura) erfolgte, die zweite Phase steht vermutlich im Zusammenhang mit einer jüngeren Verkarstung. Hohe Salzgehalte von Flüssigkeitseinschlüssen in dem älteren Blockzement weisen darauf hin, dass die Lösung im Kontakt mit den Ca1 überlagernden Evaporiten stand, gleichzeitig belegt das Auftreten einphasiger, primärer Flüssigkeitseinschlüsse Bildungstemperaturen unter 50°C für diesen Zement. Die in Profilen beobachteten Trends der δ18 O- und δ13 C-Werte sowie der Spurenelementgehalte der Karbonate des Ca1 sind nur z. T. durch unterschiedliche Lithologien (z. B. älterer oder jüngerer Blockzement im Porenraum, Dolomite am Top der Profile) bedingt. So könnte auch der ursprüngliche Spurenelementgehalt der Dolomite den der Dedolomite beeinflusst haben. In dem Verlauf der δ18 O- und δ13 C-Werte spiegelt sich die Auswirkung einer meteorischen Diagenese wider. Die niedrigen 87Sr/86Sr-Verhältnisse (0,707024 bis 0,707052) der Dedolomite mit hohen Sr-Gehalten liegen im Bereich von Verhältnissen, die auch für permische, marine Karbonate ermittelt wurden. Die beiden Blockzemente, mit denen die Dedolomitisierungen verbunden sind, weisen aber höhere 87Sr/86Sr-Verhältnisse auf. Hohe Sr-Gehalte der ursprünglichen Dolomite mit 87Sr/86Sr-Verhältnissen des permischen Meerwassers könnten zu einer Pufferung der hohen 87Sr/86Sr-Verhältnisse aus der dedolomitisierenden Lösung geführt haben. Dementsprechend deuten die niedrigen Sr-Gehalte mit leicht erhöhten 87Sr/86Sr-Verhältnissen in den Dedolomiten darauf hin, dass hier die Stabilisierung/Rekristallisation der Dolomite, die zu einer Abfuhr des Sr führte, bereits fortgeschritten und eine nahezu vollständige Pufferung nicht mehr möglich war.

Abstract

The Zechstein carbonate rocks of the Ca1 in the Korbach Bay, which is part of the Hessian Zechstein Basin, are crosscut by up to 15 m deep fissures. Limestones, which can be characterized by petrographic criteria as dedolomites, occur in the vicinity of these fissures. Dedolomites were also observed in drill cores together with brown, middle to coarse crystalline dolomite rocks and grey, coarse crystalline dolomite rocks. The brown dolomite rocks also occur at the top of the Ca1 and at the margin of the Korbach Bay in contact to the palaeozoic rocks of the Rhenish Massif. The comparison of the dolomites from the Korbach Bay and from the Hessian Basin shows, that early diagenetic, fine to middle crystalline dolomites, which occur in the Hessian Basin, are not present in the Korbach Bay. They were likely transformed into dedolomites. The grey dolomite is also present outside the Korbach Bay, but not the brown dolomite. The grey dolomite might be formed either by a recrystallization of former dolomites or by a dolomitization phase during burial diagenesis. Mixing of meteoric waters enriched in trace elements due to weathering processes with hypersaline pore waters enriched in Mg is assumed for the formation of the brown dolomite. The dedolomitization can be differentiated into two phases, which are connnected with the formation of two blocky calcite cements. The main phase of dedolomitization occurs together with the older blocky calcite, dedolomitization together with the younger blocky calcite is subordinate. Both dedolomitization phases can be attributed to the migration of meteoric fluids. The first phase occurs before the maximum burial of the Zechstein rocks during Triassic/Early Jurassic time, the second phase is most likely connected with the formation of karst. The high salt contents of fluid inclusions in the older blocky calcite indicate, that the fluid was in contact with evaporites, which overlay the Ca1. Furthermore, the presence of primary one-phase fluid inclusions indicate formation temperatures below 50°C for this cement. The trends of the δ18 O- and δ13 C-values and of the trace elements contents of the Ca1 carbonate rocks observed in sections are only partially attributed to different lithologies (e. g. older or younger blocky calcite in the pore space, dolomite on top of the profiles). The primary trace element content of the dolomites might also have influenced the trace element content of the dedolomites and the effects of meteoric diagenesis are visible in the δ18 O- and δ13 C-values trends. The low 87Sr/86Sr-ratios (0,707024 to 0,707052) of dedolomites with high Srcontents are in the range of marine carbonate rocks of the Permian, but both blocky calcites, which are connected with the dedolomitization show distinctly higher 87Sr/86Sr-ratios. High Sr-contents and 87Sr/86Sr-ratios of the permian sea water of the former dolomites could have buffered the high 87Sr/86Sr-ratios of the dedolomitizing fluid. The low Sr-contents of dedolomites with elevated 87Sr/86Sr-ratios indicate, that the stabilization/recrystallization of the former dolomites, which caused a decrease of their Sr-content, was already finished and the 87Sr/86 Sr-ratios of the fluid could not completely be buffered by the rock.

Keywords

Zechsteincarbonate rocksKorbach fissurededolomitizationcalcite cementstrace elementsoxygen isotopescarbon isotopesstrontium isotope ratios