Contraints on the evolution of the Mid German Crystalline Rise — a study of outcrops west of the river Rhine

Zusammenfassung

Eine Reihe kleinerer Aufschlüsse an der westlichen Rheingrabenrandschulter geben einen Einblick in die westliche Fortsetzung der Mitteldeutschen Kristallinschwelle. Mit der Trennung von rhenohercynischer und saxothuringischer Zone markiert sie die Grenze von der Extern- zur Internzone des Varistischen Orogens. Die vielfältige Gesteinsassoziation besteht aus einem Orthogneis-Amphibolit-Komplex, schwach verformten grünschieferfaziellen Sedimenten (?Devon und Unterkarbon) mit überwiegend magmatischem Detritus und einer Reihe verschiedener syn- und postorogener granodioritischer bis granitischer Intrusionen; die gesamte Abfolge wird von spätunterkarbonen Lamprophyren durchschlagen und diskordant von permischen Sedimenten und Vulkaniten überlagert.

Eine coaxiale Gefügeentwicklung während nahezu isothermaler Dekompression im Orthogneiskomplex deutet eine frühe Krustendehnungsgeschichte an. Der Metamorphosehöhepunkt in den anderen Sequenzen (amphibolit-/grünschieferfaziell) während schwacher orogener Verformung wird von einem Blattverschiebungsregime — begleitet von granodioritischen und basaltischen Intrusionen — unter retrograden Bedingungen abgelöst. Der temperaturbetonte Metamorphosetyp, die vorherrschende Blattverschiebungskinematik und die Erhaltung von Teilen der devonisch-karbonischen Sedimenthülle der Kristallinschwelle schließen eine stärkere orogene Krustenverdickung mit nachfolgender Exhumierung aus. Eine Ausnahme bildet wahrscheinlich die unmittelbare Nachbarschaft des Albersweiler Orthogneis und der Burrweiler Schiefer mit ihrer anormalen PT-Geschichte. Die orogene Entwicklung in diesem Teil der Kristallinschwelle wird anscheinend stärker durch thermische als durch Verformungsprozesse gesteuert; dies legt eine wesentliche Rolle der prä- bis postkinematischen Intrusionen nahe.

Die wesentlichen Aspekte der korrelierten Abfolge gefügebildender und thermischer Prozesse legt — auch unter Berücksichtigung der lithologischen Assoziation — das geodynamische Environment eines initialen, submarinen magmatischen Bogens für diesen Teil der Kristallinschwelle nahe. Seine Evolution begann vermutlich während des Oberdevons auf einer zerfallenden kontinentalen Plattform und hielt an während der unterkarbonischen Kollision mit der rhenoherzynischen Zone unter Wechsel des Deformationsmodus der Oberplatte hin zu orogenparallelem Zergleiten.

Abstract

Several small outcrops along the western Rhinegraben escarpment expose rocks which represent the western prolongation of the so-called Mid-German Crystalline Rise. This basement ridge separates the Rhenohercynian and Saxothuringian zones of the Variscan belt of Europe and thus marks the boundary between the external and the internal zones. The variable rock association includes an orthogneissamphibolite complex, weakly deformed low grade sediments (?Devonian and Visean), and a number of different syn- to post-orogenic granodioritic to granitic intrusives, all crosscut by Late Lower Carboniferous undeformed lamprophyric dikes and unconformable overlain by Permian sediments and volcanics.

Largely isothermal decompression during coaxial fabric evolution in the orthogneiss complex marks an early stage of deformation possibly due to crustal attenuation. Peak metamorphism (amphibolite/greenschist facies) in the other sequences with only minor orogenic shortening is succeeded by retrogressive strike-slip deformation associated to peak intrusive activity. The encountered typically low-P high-T metamorphism, the predominant strike-slip type kinematic pattern, and the preservation of parts of the Devono-Carboniferous sedimentary cover of the Rise preclude major crustal thickening and subsequent exhumation. An exception is the probably thrust-bounded juxtaposition of the Albersweiler orthogneisses and Burrweiler schists which is supported by their respective PT-paths. The orogenic imprint in the sedimentary cover of the crystalline rise appears to be thermal rather than strain-induced, suggesting a dominant role of the abundant pre- to late-orogenic intrusives.

The essential aspects of this sequence of related structural and thermal events as well as the rock type association suggest a largely submarine incipient magmatic arc type of orogenic environment for this part of the Variscan belt. Its evolution probably started during the Upper Devonian on a disintegrating continental platform and proceeded through the Lower Carboniferous continental collision with the Rhenohercynian zone entailing a concomittant switch in deformation mode of the upper plate.

Résumé

Plusieurs affleurements, situés dans le versant ouest du fossé rhénan, donnent une idée du prolongement occidental du Seuil Cristallin d'Allemagne Centrale («Mitteldeutsche Kristallinschwelle») qui, dans la chaîne varisque européenne, sépare la zone rhénohercynienne de la zone saxo-thuringienne, c'est-à-dire la zone externe de la zone interne des Variscides. L'association lithologique, variée, comporte des orthogneiss à intercalations amphibolitiques, des sédiments (dévoniens à viséens ?) faiblement déformés à facies de schistes verts, provenant surtout de l'érosion de roches magmatiques et d'une série d'intrusions diverses de granites et granodiorites syn-à post-orogéniques. L'ensemble est traversé de dykes lamprophyriques d'âge viséen tardif non déformés et est surmonté en discordance par des sédiments et des volcanites permiens.

Dans le complexe orthogneissique, une déformation coaxiale, concomittante à une décompression presque isothermique, indique une phase initiale de distension de la croûte. Dans les autres séquences (à facies d'amphibolites et de schistes verts), le point culminant du métamorphisme a accompagné une faible contraction orogénique. Ce stade a été suivi d'un régime de décrochement en conditions de rétromorphose, accompagné d'intrusions granodioritiques et basaltiques. Le type de métamorphisme à haute température/basse pression, le cadre cinématique décrochant et la préservation de la couverture sédimentaire dévono-carbonifère du Seuil Cristallin excluent un épaississement majeur de la croûte avec exhumation subséquente. Le voisinage immédiat de l'orthogneiss d'Albersweiler et des schistes de Burrweiler avec leur évolution thermo-barométrique anormale est la seule exception à cette règle. L'évolution orogénique dans cette partie du Seuil Cristallin a été régie davantage par des processus thermiques que par la déformation, ce qui suggère un rôle important des intrusions pré- à post-cinématiques.

Les aspects essentiels de cette histoire où se combinent le développement structural et les événements thermiques, ainsi que l'association lithologique, est caractéristique d'un environnement d'arc magmatique sous-marin pour cette partie de la chaîne varisque. Son évolution a vraisemblablement commencé au Dévonien supérieur sur une plate-forme continentale en voie de désintégration. Elle s'est poursuivie pendant la collision continentale avec la zone rhénohercynienne au Carbonifère inférieur, avec changement du type de déformation de la plaque supérieure en un décrochement parallèle à l'orogène.

Краткое содержание

В западной части рейн ского грабена по ряду небольших обнажений установили продолже ние среднегерманского к ристаллинового поро га. Этот порог отмечает г раницы внешней и внутренней зон варис ского орогена, отделя я т.о. реногерцинскую зо ну от саксонотюрингс кой. Многообразные ассоц иации пород состоят из ортогнейсово-амфи болитного компонент а, слабо измененных сед иментов зеленосланц евого фация (девон-карбон?) с п реобладанием магмат ического детрита и ряда различ ных син- и пост-орогенных грано диоритных до гранитн ых интрузий; все свиты пр онизаны поздними нижнекарбоновыми лампрофиритными дай ками и перекрыты несогласн о седиментами и вулка нитами пермского возраста. Развитие коаксиальн ой структуры во время почти-что изотермиче ской декомпрессии в комплексе ортогнейс а указывает на расшир ение порога. За кульминаци онным пунктом метаморфизма в други х свитах (фаций амфиболитов/зеленог о сланца), во время слабо го орогенного преобразования, посл едовал сдвиг, сопровождавшийся ин трузиями гранодиори та и базальта при ретрогр адных условиях. Высокотемпературны й метаморфизм, преобл адание кинематики сдвига и с охранение части чехла девонско-карбоновых седимент ов кристаллинового пор ога исключают мощное утолщение коры под во здействием процессо в орогенеза с последую щей эксгумацией. Искл ючение составляют, вероятно, находящиеся по соседству ортогнейс ы Albersweiler'a и сланцы Burrweiler'a с их анормальной те рмобарометрической историей; развитие ор огена в этой части кристаллинового пор ога, кажется, регулиро валось скорее всего термиче ским воздействием, а не процессами преоб разования; именно здесь проявилось в ос новном влияние до- и пост-кинематических процессов. Важным пунктом при ко рреляции последоват ельности, как термических проц ессов, так и процессов, образовав ших структуры, при уче те литологического сос тава пород является геодинамическая среда исходной подво дной магматической дуги в этой части крис таллинового порога. Эволюция его н ачалась, по-видимому, в верхнем девоне на ра спадающейся материк овой платформе и продолжа лась во время нижнека рбоновой коллизии ее с реногер цинской зоной, причем модус де формации верхней пли ты изменился в сторону р аспада параллельно орогену.