Einfluss synsedimentärer Tektonik auf Verbreitung, Erscheinungsbild und Petrographie distaler Aschentuffe im Saar-Nahe-Becken (SW-Deutschland)

Abstract

Weit verbreitete geringmächtige distale Aschenfalltuffe, die in komplex aufgebauten fluvio-lakustrinen Abfolgen des karbonisch-permischen Saar-Nahe-Beckens in Süd Westdeutschland zwischengelagert sind, liefern wichtige tephrostratigraphische Leithorizonte für Korrelationen. In der Meisenheim- Formation der mittleren Glan-Gruppe lagerten sich die vulkanischen Aschen in drei unterschiedlichen Sedimentationsbereichen ab: im offen-lakustrinen Milieu, im Prodelta- bis Deltafrontbereich sowie auf der Deltaebene. Dabei wurde die Erhaltung, die laterale Verbreitung, das Erscheinungsbild und die mineralogische Zusammensetzung der vulkanischen Aschenlagen nicht nur durch das Ablagerungsmilieu, sondern auch durch das tektonische Umfeld beeinflusst. Zudem zeigen laterale Mächtigkeitsänderungen siliziklastischer Abfolgen zwischen Tuffhorizonten Versatzbeträge an synsedimentären Störungen an. Auf angehobenen Liegendschollen bzw. Horststrukturen ist das rezente Auftreten geringmächtiger tephrostratigraphischer Leithorizonte häufig unterbrochen, wohingegen mächtigere Horizonte, die sich oft aus mehreren Aschenlagen aufbauen, meist eine durchgehende Verbreitung haben, wobei aber ihre Mächtigkeiten und Texturen variieren. Abgesenkte Hangendschollen bzw. Grabenstrukturen lieferten im Allgemeinen ein erhöhtes Erhaltungspotenzial erstens für primäre Aschenlagen, die heute noch ursprüngliche Texturen wie planare Schichtung und normale Korngrößengradierung zeigen, sowie zweitens für sekundäre Akkumulationen von Aschentuffiten und tuffitischen Turbiditen, in denen Texturen wie normale Korngrößengradierung, Rippeischrägschichtung und basale Belastungsmarken auftreten. Im Gegensatz dazu wurden Aschenablagerungen auf angehobenen Liegendschollen teilweise aufgearbeitet oder vollständig erodiert. Hier sind primäre Aschenlagen häufig nur mit reduzierter Mächtigkeit erhalten und zeigen Erosionsmarken. Andere Leithorizonte beinhalten resedimentierte tuffitische Ablagerungen mit einer hohen detritischen Beimengung. Lokal haben solche sekundären Ablagerungen die Gesamtmächtigkeit von tephrostratigraphischen Leithorizonten deutlich erhöht. Auf Hangendschollen wurden in primären Aschenlagen meist vollständige Assoziationen primär-magmatischer Schwerminerale mit allgemein idiomorphem Habitus und nur geringer Kantenrundung an Kristallen erhalten. Die Schwermineralzusammensetzung besteht hauptsächlich aus Zirkon, Biotit, Apatit und Monazit sowie geringen Anteilen von Titanit und Hornblende. Daneben finden sich in primären Fallablagerungen auch geringe Gehalte von teilweise idiomorphem Turmalin, Granat und Rutil. Diese Komponenten werden als primäre magmatische Bildungen eingestuft. In tuffitischen Turbiditen oder Aschentuffiten treten neben teils gerundeten primären Schwermineralen auch geringe Gehalte von detritischen Komponenten wie gerundete Epidote auf. Im Gegensatz dazu finden sich auf angehobenen Liegendschollen aufgrund von Aufarbeitungsprozessen normalerweise nur geringe Anteile von primären Schwermineralen mit xenomorphem, unregelmäßigem Habitus und teilweise hohem Kornrundungsgrad. Hier sind häufig detritische Komponenten wie gut gerundete Epidote und Gesteinsbruchstücke in die Aschen eingemischt. Die tephrostratigraphischen Leithorizonte in der fluvio-lakustrinen Meisenheim-Formation des Saar-Nahe-Beckens liefern ein gutes Beispiel für das Zusammenwirken von vulkanischen, sedimentären und tektonischen Prozessen bei der Ablagerung distaler vulkanischer Aschen.

Abstract: "Synsedimentary tectonic influence on occurrence, appearance, and petrography of distal ash tuffs in the Saar-Nahe Basin (SW-Germany)". Thin, but laterally widespread distal fallout ash tuff layers interbedded within complex fluvio- lacustrine successions of the Carboniferous-Permian Saar-Nahe Basin in SWGermany (Fig. 1) provide important tephrostratigraphic markers for correlations. The former volcanic ash layers of the Meisenheim Formation in the middle part of the Glan Group (Fig. 2) were deposited within three sub-environments: in an offshore lacustrine, prodelta to delta front and delta plain setting (Fig. 3). At this, the preservation, lateral distribution, appearance, and mineralogical composition of volcanic ash beds were not only influenced by the depositional environment but also by the tectonic setting. Furthermore, lateral thickness variations of sedimentary successions between specific tuff horizons indicate offset magnitudes at synsedimentary faults. The present occurrence of thin tephrostratigraphic markers is frequently interrupted on uplifted footwall blocks or hörst structures, whereas thicker markers which are frequently composed of several ash layers offen show an almost continuous distribution (Figs. 4 and 5) although their thickness and textures vary laterally. Subsided hanging-wall blocks or graben structures generally provided an enhanced preservation potential for (1) primary ash fall layers with original textures like planar bedding and normal grain-size grading, and (2) secondary accumulations of ash tuffites and tuffaceous turbidites showing textures like normal grain-size grading, ripple-cross bedding, and basal load marks (Tab. 1). In contrast, on elevated footwall blocks ash deposits were partly reworked or even entirely eroded (Fig. 6). Here, primary ash layers are offen preserved with reduced thicknesses only and show erosion marks. Other tuff horizons frequently comprise redeposited tuffaceous deposits with a high detrital contamination. Locally these secondary deposits have considerably increased the total thickness of a tephrostratigraphic marker. On subsided hanging-wall blocks, in primary ash beds frequently complete suites of primary magmatic heavy minerals with usually euhedral habitus and only minor rounding at crystal edges were preserved. This heavy mineral suite comprises mainly zircon, biotite, apatite, and monazite as well as minor contents of sphene and hornblende. In addition, in primary fall deposits also lower contents of partly euhedral tourmaline, garnet, and rutile occur (Plate 1). These components are classified as primary magmatically formed. Within tuffaceous turbidites or ash tuffites, occasionally rounded primary heavy minerals occur besides minor contents of detrital components as e.g. rounded epidotes. In contrast, on elevated footwall blocks usually only minor contents of primary heavy minerals with an anhedral, irregulär habitus and partly high degrees of grain roundness due to reworking occur (Tab. 2). Frequently, detrital components like well-rounded epidotes and rock fragments were admixed into the ash. The tephrostratigraphic marker horizons in the fluvio-lacustrine Meisenheim Formation of the Saar-Nahe Basin deliver a good example for the interaction of volcanological, sedimentary, and tectonic processes during the deposition of distal volcanic ashes.