Advertisement

Geologische Rundschau

, Volume 79, Issue 3, pp 611–626 | Cite as

Provenance and depositional environment of Rhenohercynian synorogenic greywackes from the Giessen Nappe, Germany

  • P. A. Floyd
  • B. E. Leveridge
  • W. Franke
  • R. Shail
  • W. Dörr
Article

Abstract

The Giessen Nappe of the south-eastern Rhenish Massif can be subdivided into a northern group and southern group of Frasnian-?Lower Carboniferous greywackes that differ slightly in their sedimentology, clast petrography, heavy mineral assemblages and bulk geochemistry.

Petrographic and geochemical tectonic setting discrimination diagrams indicate that both the northern and the southern Giessen Greywacke groups were derived from a predominantly acidic continental arc source. However, due to the nature of basin development, generation of significant volumes of acidic arc material as a result of southwards directed subduction of Rhenohercynian oceanic crust is considered unlikely. A large part of the arc source may have been contributed by earlier, predominantly acidic, Precambrian terranes together with minor basic igneous and sedimentary components.

Keywords

Oceanic Crust Frasnian Greywackes Grauwackes Rhenish Massif 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Zusammenfassung

Die Gießener Decke (südöstliches Rheinisches Schiefergebirge) läßt sich in eine nördliche (oberdevonische) und südliche (?unterkarbonische) Grauwackenserie untergliedern, die sich auch in ihrer Sedimentologie sowie durch kleinere Unterschiede in Geröllbestand, Schwermineralspektrum und Gesamtchemismus voneinander abgrenzen lassen.

Petrographische und geochemische Daten lassen sich nach Diskriminations-Diagrammen aus der Literatur bestimmten Liefergebiets-Typen zuordnen. Danach stammen beide Grauwacken-Serien von überwiegend sauren Gesteinen eines »continental arc«. Nach den bekannten geologischen Daten ist jedoch die Entstehung eines voll entwickelten »magmatic arc« am Südrand des rhenohercynischen Beckens wenig wahrscheinlich; wir rechnen deshalb damit, daß saure Gesteine aus einem prävariscischen basement am Aufbau des Liefergebietes beteiligt waren und zusammen mit Sedimenten und basischen Magmatiten den Stoffbestand der Grauwacken bestimmt haben.

Résumé

La nappe de Giessen, dans la partie sud-est du Massif schisteux rhénan, peut être subdivisée en une série septentrionale (Dévonien supérieur) et une série méridionale (Carbonifère inférieur?) de grauwackes qui diffèrent quelque peu par leur sédimentologie, la pétrographie des clastes, les minéraux denses et la géochimie en roche totale.

L'application des diagrammes de discrimination pétrographiques et géochimiques indiquent que les deux séries dérivent d'un arc continental essentiellement acide. Toutefois, les données géologiques (caractères du développement du bassin) rendent improbables la formation d'un volume significatif de matériaux d'arc acides à la bordure sud du bassin rhénohercynien. Dans ces conditions, nous pensons que les roches acides dont l'érosion a fourni la matière des grauwackes faisaient partie d'un socle pré-varisque, en même temps que des sédiments et des magmatites basiques subordonnées.

Краткое содержание

В регионе Баден-Баден а массы гнейсов центр ального Шварцвальда находящ иеся на юге, отделены полиметаморфными гн ейсами от аккретинир ованных обломков коры, проявл яющих различное стру ктурное и метаморфное развит ие. В направлении с юго-юговостока на сев еро-северозапад разл ичают следующие единицы ко ры: А) Гнейсы и амфиболи ты, которые кристаллизо вались при низких дав лениях и температурах, харак терных для амфиболит овой фации. В) Дистено-грана товые слюдяные сланц ы и кварциты, которые об разовались при давле нии примерно в 0,9 ГПа и темп ературном интервале между 630 и 670°С. С) Палеозой ские метаседименты и метабазиты, которые перекристаллизовал ись при низких давлениях и те мпературах, соответс твующих фации зеленого сланц а, и образовали локаль но чешуйки с милонитизи рованными гранитами, содержащими два типа слюды (тип S). В палеозойских метас едиментах и метабази тах (С) герцинская конверге нция вызвала вдоль пл оскости скола правосторонню ю милонитную деформа цию, простирающуюся на NE-SW и падающую в юговосточ ном направлении. Она была связана с интрузией и дальнейшим скалыва нием порфировых гран итов с двумя типами слюды (ти п S). Степень метаморфиз ма и интенсивность дефо рмации возрастает в п ростирании с северо-северозапад на юго-юговосток. В еди ницах (А) и (В) милоннитная фол иация в простирании NE-SW отсутствует. Аккрец ия этих единиц шла, вероятно, вдоль смеще ния плит, простирающи хся на катакластическом ур овне с востока на запа д и с северовостока на югозапад. В позднем нижнем карб она порфировый биотитроговообманк овый гранит (тип S, единица D 1) оказался интрудиров анным в единицу (С), кот орая претерпела метаморф изм низкой степени и с оздала там контактный метам орфизм. Этот гранит с р оговой обманкой и биотитом о казался позже локаль но милонитно деформиро ванным вдоль падающи х на юг сколов, которые про стирались с ENE на WSW. Геометрия и кинемати ка этой позднейшей зо ны скола указывает на ле востороннее подняти е северной части, смещающее плит ы, с уже аккретизирова нными свитами (С) и с биотит-ро говообманковым гранитом (D 1), относител ьно южного края, когда-то тектонически поднят ых гнейсов (А) и слюдяно го сланца (В), и отмечает т.о. начало наращивания. Синкинематические п арагнейсы проявляют изменение фация от фация зелено го сланца до условии п очти-что соответствующих под поверхностным. Южнее зоны Баден-Баде на, в намурском веке имела место интрузия гранита, содержащего два типа слюды. Эта интруз ия претерпела очень с коро после этого поднятие и эрозию. Снесенный ма териал стал, начиная с Стефан ского века, откладыва ться в бассейне моляссов, пр остирающемся в восточно-северовост очном — юго-западно южном на правлении. Погружение и отложен ие материковых седим ентов и кислых вулканитов в э том бассейне продолж алось до конца нижней Перми.

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Ahrendt, H., Clauer, N., Hunziker, J. C. &Weber, K. (1983): Migration of folding and metamorphism in the Rheinisches Schiefergebirge deduced from K-Ar and Rb-Sr age determinations. - In: Martin, H. & Eder, F. W. (eds.) Intracontinental Fold Belts., Springer Verlag, Berlin, 323–338.Google Scholar
  2. Bahlburg, H. (1985): Zur faziellen Entwicklung des hercynischen Paläozoikums der Lindener Mark (Rheinisches Schiefergebirge) bei Giessen. - N. Jb. Geol. Paläont. Mh., 643–651.Google Scholar
  3. Bhatia, M. R. (1983): Plate tectonics and geochemical composition of sandstones. - Journ. Geology,91, 611–627.Google Scholar
  4. — &Taylor, S. R. (1981): Trace element geochemistry and sedimentary provinces: a study from the Tasman geosyncline, Australia. - Chem. Geol.,33, 115–125.CrossRefGoogle Scholar
  5. — &Crook, K. A. W. (1986): Trace element characteristics of greywackes and tectonic setting discrimination of sedimentary basins. - Contrib. Mineral. Petrol.,92, 181–193.CrossRefGoogle Scholar
  6. Birkelbach, M., Dörr, W., Franke, W., Michel, H., Stibane, F. &Weck, R. (1988): Die geologische Entwicklung der östlichen Lahnmulde (Exkursion C am 7. April 1988). - Jbr. Mitt. oberrhein. geol. Ver.,70, 43–74.Google Scholar
  7. B. R. G. M. (1980): Synthèse géologique du bassin de Paris. - Mém. Bureau de Recherches Géol. et Min., 101 and 102, 446p.Google Scholar
  8. Dickinson, W. R. &Suczek, C. A. (1979): Plate tectonics and sandstone compositions. - Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull.,63, 2164–2182.Google Scholar
  9. — &Valloni, R. (1980): Plate settings and provenance of sands in modern ocean basins.- Geology,8, 82–85.CrossRefGoogle Scholar
  10. —,Beard, L. S., Brakenridge, G. R., Erjavec, J. L., Ferguson, R. C., Inman, K. P., Knepp, R. A., Lindberg, F. A. &Ryberg, P. T. (1983): Provenance of North American Phanerozoic sandstones in relation to tectonic setting. - Geol. Soc. Am. Bull,94, 222–235.CrossRefGoogle Scholar
  11. Dineley, D. L. (1986): Cornubian quarter-century: advances in the geology of south-west England, 1960–1985. - Proc. Ussher Soc.,6, 275–290.Google Scholar
  12. Dodson, M. R. &Rex, D. C. (1971): Potassium-argon ages of slates and phyllites from south-west England. - Quart. J. geol. Soc., London,126, 465–499.Google Scholar
  13. Dörr, W. (1986): Stratigraphie, Stoffbestand und Fazies der Giessener Grauwacke (E. Rheinisches Schiefergebirge). - Diss. Univ. Giessen, 134 pp.Google Scholar
  14. Engel, W. &Franke, W. (1983): Flysch sedimentation: its relation to tectonism in the European Variscides. - In: Martin, H. & Eder, W. (eds.) Intracontinental Fold Belts. - Springer-Verlag, Berlin, 290–321.Google Scholar
  15. —, — &Langenstrassen, F. (1983a): Palaeozoic sedimentation in the northern branch of the Mid-European Variscides - Essay of an interpretation. - In: Martin, H. & Eder, W. (eds.) Intracontinental Fold Belts, Springer-Verlag, Berlin, 9–41.Google Scholar
  16. —, —,Grote, C., Weber, K., Ahrendt, H. &Eder, W. (1983b). - In: Martin, H. & Eder, W. (eds.) Intracontinental Fold Belts. Springer-Verlag, Berlin, 267–287Google Scholar
  17. —,Flehmig, W. &Franke, W. (1983 c): The mineral composition of Rhenohercynian flysch sediments and its tectonic significance. - In: Martin, H. & Eder, W. (eds.) Intracontinental Fold Belts., Springer Verlag, Berlin, 171–184.Google Scholar
  18. Floyd, P. A. (1982a): Chemical variation in Hercynian basalts relative to plate tectonics. - J. geol. Soc., London,139, 505–520.Google Scholar
  19. — (1982b): The Hercynian trough: Devonian and Carboniferous volcanism in south-west Britain. - In: D. S. Sutherland (ed.) Igneous rocks of the British Isles. John Wiley & Sons, Chichester, 227–242.Google Scholar
  20. — (1983): Composition and petrogenesis of the Lizard Complex and pre-orogenic basaltic rocks in southwest England. - In: P. L. Hancock (ed.) The Variscan fold belt in the British Isles., Adam Hilger, Bristol. 130–152.Google Scholar
  21. — (1984): Geochemical characteristics and comparison of the basic rocks of the Lizard Complex and the basaltic lavas within the Hercynian troughs of S.W. England. - Journ. geol. Soc., London,141, 61–70.Google Scholar
  22. — &Leveridge, B. E. (1987): Tectonic environment of the Devonian Gramscatho basin, south Cornwall: framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones. - J. geol. Soc., London,144, 531–542.Google Scholar
  23. —,Winchester, J. A. &Park, R. G. (1989): Geochemistry and tectonic setting of Lewisian clastic metasediments from the early Proterozoic Loch Maree Group of Gairloch, N. W. Scotland. - Precambrian Res.,45, 203–214.CrossRefGoogle Scholar
  24. -,Shail, R.,Leveridge, B. E. &Franke, W. (in press): Geochemistry and provenance of Rhenohercynian synorogenic sandstones. In: S. Todd & A. Morton (eds.) Developments in sedimentary provenance studies. Geol. Soc., London, Spec. Publ.Google Scholar
  25. Franke, W. (1989a): Tectonostratigraphic units in the Variscan Belt of central Europe. - Geol. Soc. Am. Spec. Paper,230, 67–90.Google Scholar
  26. — (1989b): Variscan plate tectonics in Central Europe — current ideas and open questions. - Tectonophysics,169, 221–228.CrossRefGoogle Scholar
  27. — &Engel, W. (1982): Variscan sedimentary basins on the continent and relations with southwest England. - Proc. Ussher Soc.,5, 259–269.Google Scholar
  28. — (1986): Synorogenic sedimentation in the Variscan Belt of Europe.-Bull. Soc. géol. France, 1986,1, 25–33.Google Scholar
  29. Gergen, L. D. &Ingersoll, R. V. (1986): Petrology and provenance of Deep Sea Drilling Project sand and sandstone from the North Pacific Ocean and the Bering Sea. - Sedim. Geol.,51, 29–56.CrossRefGoogle Scholar
  30. Grosser, J. &Dörr, W. (1986): MOR-Typ-Basalte im östlichen Rheinischen Schiefergebirge. - N. Jb. Geol. Paläont. Mh.,12, 705–722.Google Scholar
  31. Henningsen, D. (1962): Untersuchungen über Stoffbestand und Paläogeographie der Giessener Grauwacke. - Geolog. Rundsch.,52, 600–626.CrossRefGoogle Scholar
  32. Hirschmann, G. &Okrusch, M. (1988): The Spessart and Ruhla crystalline complexes as constituents of the Central German crystalline Rise — a correlation. - N. Jb. Geol. Paläont. Abh.,177/1, 1–39.Google Scholar
  33. Holder, M. T. &Leveridge, B. E. (1986a): Correlation of the Rhenohercynian Variscides. - J. geol. Soc., London,143, 141–147.Google Scholar
  34. — &Leveridge, B. E. (1986b): A model for the tectonic evolution of south Cornwall. - J. geol. Soc., London,143, 125–134.Google Scholar
  35. Ingersoll, R. V. &Suczek, C. A. (1979): Petrology and provenance of Neogene sand from Nicobar and Bengal Fans, DSDP Sites 211 and 218. - J. Sed. Petrol.,49, 1217–1228.Google Scholar
  36. —,Bullard, T. E, Ford, R. L., Grimm, J. P., Pickle, J. D. &Sares, S. W. (1984): The effect of grain size on detrital modes: a test of the Gazz-Dickinson pointcounting method. - J. Sed. Petrol.,54, 103–116.Google Scholar
  37. Kegel, W. (1953): Das Paläozoikum der Lindener Mark bei Giessen. - Abh. hess. L.-Amt Bodenforsch.,7, 55pp.Google Scholar
  38. Kossmat, F. (1927): Gliederung des varistischen Gebirgsbaues. - Abh. sächs. geol. L.-Amt. 1, 39pp.Google Scholar
  39. Leveridge, B. E.,Holder, M. T. &Goode, A. J. J. (in press): Geology of the country around Falmouth. - Mem. Br. Geol. Surv., Sheet 352 (England & Wales).Google Scholar
  40. Lippolt, H. J. (1986): Nachweis altpaläozoischer Primäralter (Rb-Sr) und karbonischer Abkühlungsalter (K-Ar) der Muskovit-Biotit-Gneise des Spessarts und der Biotit-Gneise des Böllsteiner Odenwaldes. - Geol. Rundsch.,75/3, 569–583.CrossRefGoogle Scholar
  41. Mack, G. H. (1984): Exceptions to the relationship between plate tectonics and sandstone composition. - J. Sedim. Petrol.,54, 212–220.Google Scholar
  42. Matthews, C. S. (1977a): The Variscan foldbelt in southwest England. - N. Jb. Geol. Paläont. Abh.,154, 94–127Google Scholar
  43. — (1977b): Carboniferous successions in Germany and in southwest England. - Proc. Ussher Soc.,4, 67–74.Google Scholar
  44. Maynard, J. B., Valloni, R. &Yu, H. (1982): Composition of modern deep sea sands from arc-related basins. - In: Leggett, J. K. (ed.) Trench-Forearc Geology. Geol. Soc., London, Special Publ.,10, 551–561.Google Scholar
  45. Roser, B. P. &Korsch, R. J. (1988): Provenance signatures of sandstone-mudstone suites determined using discriminant function analysis of major element data. - Chem. Geol.,67, 119–139.CrossRefGoogle Scholar
  46. Sawyer, E. W. (1986): The influence of source rock type, chemical weathering and sorting on the geochemistry of clastic sediments from the Quetico metasedimentary belt, Superior Province, Canada. - Chem. Geol.,55, 77–95.CrossRefGoogle Scholar
  47. Schwab, F. L. (1975): Framework mineralogy and chemical composition of continental margin-type sandstone. - Geology,3, 487–490.CrossRefGoogle Scholar
  48. Selwood, B. &Thomas, M. (1986): Variscan facies and structure in central S.W. England. - J. geol. Soc., London,143, 199–208.Google Scholar
  49. Shail, R. &Floyd, P. A. (1988): An evaluation of flysch provenance - example from the Gramscatho Group of southern Cornwall. - Proc. Ussher Soc.,7, 62–66.Google Scholar
  50. Shaw, D. M. (1968): A review of K-Rb fractionation trends by covariance analysis. - Geochim. Cosmochim. Acta,32, 573–602.CrossRefGoogle Scholar
  51. Taylor, S. R. &McLennan, S. M. (1981): The composition and evolution of the continental crust: rare earth element evidence from sedimentary rocks. - Phil. Trans. R. Soc., London,A301, 381–399.Google Scholar
  52. — (1985): The continental crust: its composition and evolution. - Blackwell Scientific Publications, Oxford. 312pp.Google Scholar
  53. Velbel, M. A. (1985): Mineralogically mature sandstones in accretionary prisms. - J. Sedim. Petrol.,55, 685–690.Google Scholar
  54. Walliser, O. H. &Alberti, H. (1983): Flysch, olistromes and nappes in the Harz Mountains. - In: H. Martin & F. W. Eder (eds.) Intracontinental Fold Belts. Springer Verlag, Berlin, 231–256.Google Scholar
  55. Weber, K. (1984): Variscan events: Early palaeozoic continental rift metamorphism and late Palaeozoic crustal shortening. - In: Hutton, D. & Sanderson, D. J. (eds.) Variscan tectonics of the North Atlantic region. Geol. Soc. London, Special Publ.,14, 3–22.Google Scholar
  56. Wedepohl, K. H., Meyer, K. &Muecke, G. K. (1983): Chemical composition and genetic relations of metavolcanic rocks from the Rhenohercynian belts of northwest Germany. - In: H. Martin & F. W. Eder (eds.) Intracontinental Fold Belts. Springer Verlag, Berlin, 231–256.Google Scholar
  57. Whiteley, M. J. (1984): Shallow-water Dinantian sediments in south-west Cornwall. - Proc. Ussher Soc.,6, 137–141.Google Scholar

Copyright information

© Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1990

Authors and Affiliations

  • P. A. Floyd
    • 1
  • B. E. Leveridge
    • 2
  • W. Franke
    • 3
  • R. Shail
    • 1
  • W. Dörr
    • 3
  1. 1.Department of GeologyUniversity of KeeleStaffordshireUK
  2. 2.British Geological SurveyExeterUK
  3. 3.Institut für Geowissenschaften und LithosphärenforschungJustus-Liebig-UniversitätGiessenFRG

Personalised recommendations