Zusammenfassung
Geothermobarometrische Untersuchungen an Plutoniten und mittelbis hochgradigen Metamorphiten des Odenwaldes ermöglichen die Konstruktion von PT-Pfaden für vier Krustenabschnitte in einem Teil eines variszischen magmatischen Gürtels.
Zu Beginn der Entwicklung der thermischen Struktur des magmatischen Gürtels stellte sich ein Geotherm von 35–40°C/km nach einer Krustenstapelung ein, in die Gesteine mit Mitteldruckrelikten einbezogen wurden. Die PT-Bedingungen zum Höhepunkt der Metamorphose erreichten 4–5 kbar und 650°C. Nur Gesteine des nördlichen Odenwaldes belegen PT-Bedingungen, die auf einen höheren Geotherm zu dieser Zeit hinweisen. Frühe Hebung fand entlang von Schrägabschiebungen statt. Der zentrale Odenwald wurde bei gleichzeitiger Intrusion kalkalkaliner Magmen in ein Niveau entsprechend 3 kbar gehoben. Der nördliche Odenwald sank gleichzeitig ab, wie durch einen gegen den Uhrzeigersinn gerichteten PT-Pfad belegt wird. Im südlichen und östlichen Odenwald bewirkte danach schnelle Hebung einen weiteren Anstieg des Geotherms auf 60–80°C/km verbunden mit Dehnung und Intrusion granitoider Magmen.
Während Krustenverdickung auf eine frühe Phase im Devon beschränkt ist, entwickelt sich der magmatische Gürtel im Bereich des Odenwaldes im Unterkarbon innerhalb einer » pull apart «-ähnlichen Struktur.
Abstract
Geothermobarometric studies of plutonic and medium to high grade metamorphic rocks of the Odenwald (SW Germany) provide data for the construction of PT-paths of four different crustal sections within a part of a magmatic arc of the Mid-European Hercynian orogen.
The evolution of the thermal structure of the Odenwald is characterized by an early geotherm of 35–40°C/km after crustal stacking involving rocks with medium pressure relics. Peak PT-conditons reached 4–5 kbar and 650°C. Only rocks of the northernmost Odenwald show evidence for PT conditions related to a higher geotherm at this time. Early uplift occurred during normal oblique sinistral strike shear. The central Odenwald was uplifted into a level corresponding to 3 kbar during intrusion of calcalkaline magmas. The northernmost Odenwald subsided at the same time, as proved by an anticlockwise PT-path. Subsequently, in the southern and eastern Odenwald, rapid uplift caused a further increase of the geotherm to 60–80°C/km. This is concomitant with extension and granitoid intrusions.
Crustal thickening in the Odenwald is restricted to an early phase during the Devonian. The magmatic arc developed within a »pull-apart«-like structure during the Lower Carboniferous.
Résumé
Dans l'Odenwald (sud-ouest de l'Allemagne), l'étude géothermobarométrique de roches plutoniques et de roches métamorphiques de degré moyen à élevé fournit les données qui permettent la construction de trajets (P, T) relatifs à quatre sections crustales dans une partie d'un arc magmatique de l'orogène varisque d'Europe.
Le début de l'évolution de la structure thermique de l'Odenwald a été marqué par un gradient géothermique de 35–40°C/Km, en suite à un empilement crustal impliquant des roches qui contiennent des reliques de pression moyenne. Les conditions (P, T) du métamorphisme maximal furent de 4–5 Kbar et 650°C. Seules les roches de l'Odenwald septentrional témoignent d'un gradient plus élevé à cette époque. Un soulèvement hâtif s'est produit le long de zones de cisaillement sénestres. Concomitamment à l'intrusion de magmas calcoalcalins, l'Odenwald central a été le siège d'un soulèvement jusqu'à un niveau correspondant à 3 Kbar. En même temps, l'Odenwald septentrional s'affaissait, comme en témoigne uu trajet (P, T) anti-horlogique. Par la suite, dans l'Odenwald méridional et oriental, une montée rapide associée à un processus d'extension et à l'intrusion de magmas granitoïdes a amené le gradient géothermique à des valeurs de 60 à 80° /Km.
L'épaississement crustal est cantonné à une phaseprécoce d'âge dévonien, tandis que l'arc magmatique s'est développé dans une structure ra pullapart « au cours du Carbonifère inférieur.
Краткое содержание
По результатам геоте рмобарометрических исследований изверж енных пород и метамор фических
пород средних и высок их ступеней из Оденвальда получены РT-тренды для четырех разрезов земной коры на участке герцинско го магматического пояс а.
Начальная стадия раз вития термической структуры Оденвальд а, которая последовал а за накоплением коровог о разреза, содержащег о реликты метаморфиче ских пород умеренног о давления, характериз уется геотермой 35–40°С/ км. РT-условия пика мета морфизма оцениваютс я
как 650°Си 4–5 кбар, и лишь д ля самой северной части Оденв альда получены РT-оцен ки, соответствующие бол ее высокой геотерме того времени. Раннее п однятие происходило вдоль косых сбросов. Ц ентральная часть Оде нвальда испытала поднятие до уровня, соответствую щего давлению 3 кбар, в связи с интрузией известково-щелочных магм. Одновременно происходило опускан ие северной части, которое характеризу ется РT-трендом, направ ленным против часовой стрел ки. За этими событиями последовало быстрое поднятие геотермы южной и восточной час тей Оденвальда до 60–80°С/км, связанное с растяжением и гранит оидными интрузиями.
В то время как процесс утолщения коры ограничен ранней ста дией, относящейся к де вону, развитие магматичес кого пояса Оденвальд а связано с образовани ем структур типа «pullapart» в нижнем карбоне.
Article PDF
Avoid common mistakes on your manuscript.
References
Ahrendt, H., Clauer, N., Hunziker, J.C. &Weber, K. (1983): Migration of folding and metamorphism in the Rheinische Schiefergebirge deducted from K-Ar and RbSr age determinations. - In: Martin, H. & Eder, F. W. (eds.): Intracontinental fold belts. - 323–338, Berlin (Springer).
Andersen, D. J. &Lindsley, D. H. (1985): New (and final) models for the Ti-magnetite/ilmenite geothermometer and oxygen barometer. - EOS Transactions,66, 18, 416.
Berman, R. G. (1988): Internally-consistent thermodynamic data for minerals in the system Na2O-K2O-CaO-MgO-Fe-O-Fe2O3-Al2O3-SiO2-TiO2-H2O-CO2. - J. Petrol.,29, 445–522.
— &Brown, T. H. (1985): Heat capacity of minerals in the system Na2O-K2O-CaO-MgO-FeO-Fe2O3-Al2O3-SiO2- TiO2-H2O-CO2: representation, estimation, and high temperature extrapolation. - Contrib. Mineral. Petrol.,89, 168–183.
Burnham, C. W. (1979): Magmas and hydrothermal fluids. - In: Barnes, H. L. (ed.): Geochemistry of hydrothermal ore deposits. - 71–136, New York (Wiley & Sons).
Büsch, W., Matthes, S. &Schubert, W. (1980): Zur genetischen Deutung der Kinzigite im Schwarzwald und Odenwald. - N. Jb. Mineral. Abh.,137, 223–256.
Chatterjee, N. D. (1960): Geologische Untersuchungen im Kristallin des Böllsteiner Odenwaldes. - N. Jb. Geol. Paläont. Abh.,111, 137–80.
— &Johannes, W. (1974): Thermal stability and standard thermodynamic properties of synthetic 2M1-muscovite, KAl2(AlSi3O10(OH)2). - Contrib. Mineral. Petrol.,48, 89–114.
Dekorp Research Group (1985): First results and preliminary interpretation of deep reflection seismic recordings along the profile DEKORP 2S. - J. Geophys.,57, 137–163.
Ferry, J. M. &Spear, F. S. (1978): Experimental calibration of the partitioning of Fe and Mg between biotite and garnet. - Contrib. Mineral. Petrol.,66, 113–117.
Franke, W. (1989): Tectonostratigraphic units in the Variscan belt of central Europe. - Geol. Soc. Amer. Spec. Paper,230, 67–90.
Hammarstrom, J. M. &Zen, E-An. (1986): Aluminium in hornblende: an empirical igneous geobarometer.- American Mineralogist,71, 1297–1313.
Hellmann, K.-N. (1975): Die Granodioritporphyrite des Bergsträßer Odenwaldes. - Aufschluß,27, 189–196.
—,Lippolt, H. J. &Todt, W. (1982): Interpretation der Kalium-Argon-Alter eines Odenwälder Granodioritporphyritganges und seiner Nebengesteine. - Aufschluß,33, 155–164.
Henes-Klaiber, U., Holl, A. &Altherr, R. (1989): The Odenwald: More evidence for Hercynian arc magmatism. - Terra abstracts,1, 1, 281.
Herzberg, C. T. (1978): Pyroxene geothermometry and geobarometry: experimental and thermodynamic evaluation of some subsolidus phase relations involving pyroxenes in the system CaO-MgO-Al2O3-SiO2. - Geochim. Cosmochim. Acta,42, 945–957.
Hess, J. C. &Schmidt, G. (1989): Zur Altersstellung der Kataklasite im Bereich der Otzberg-Zone, Odenwald. - Geol. Jb. Hessen,117, 69–77.
Holdaway, M. J. (1971): Stability of andalusite and the aluminium silicate phase diagram. - Amer. J. Sci.,271, 97–131.
— &Lee, S. M. (1977):Fe-Mg cordierite stability in highgrade pelitic rocks based on experimental, theoretical and natural observations. - Contrib. Mineral. Petrol.,63, 175–198.
Holland, T. J. B. &Powell, R. (1990): An enlarged and updated internally consistent thermodynamic dataset with uncertainties and correlations: The system K2O-Na2O-CaO-MgO-MnO-FeO-Fe2O3-Al2O3-TiO2-SiO2-C-H2-O2.- J. Metamorph. Geol.8, 89–124.
Hollister, L. S., Grissom, G. C., Peters, E. K., Stowell, H. H. &Sisson, V. B. (1987): Confirmation of the empirical correlation of Al in hornblende with pressure of solidification of calc-alkaline plutons. - American Mineralogist,72, 231–239.
Hustiak, D. &Krohe, A. (1990): Microstructural evidence for polyphase deformation in high-grade rocks of the NW-Odenwald, FRG. - Terra abstr.,2, 14.
Johannes, W. (1984): The significance of experimental studies for the formation of migmatites. - In: Ashworth, J. R. (ed.): Migmatites. - 36–85, Glasgow (Blackie).
Kirsch, H. (1984): Die Alter einiger variszischer Plutonite und Vulkanite des Odenwaldes und des nördlichen Oberrheingrabens (40Ar/39Ar-Untersuchungen). - Unpubl. Diploma thesis Univ. Heidelberg, 122 p.
—,Kober, B. &Lippolt, H. J. (1988): Age of intrusion and rapid cooling of the Frankenstein gabbro (Odenwald, SW-Germany) evidenced by40Ar/39Ar and single-zircon207Pb/206Pb measurements. - Geol. Rundschau,77, 3, 639–711.
Kreuzer, H. &Harre, W. (1975): K/Ar-Altersbestimmungen an Hornblenden und Biotiten des Kristallinen Odenwaldes. - Aufschluß,27, 71–77.
Krohe, A. (1991a): Amalgamation, uplift and exhumation of intermediate crustal rocks in the Variscan Odenwald (SW-Germany) - Tectonic setting and deformation mechanism path. - Tectonophysics (in press).
- (1991b): Emplacement of synkinematic plutons in the Variscan Odenwald (Germany) controlled by transtensional tectonics. - Geol. Rundschau (this volume).
Knauer, E., Okrusch, M., Richter, P., Schmidt, K. &Schubert, W. (1974): Die metamorphe Basit-UltrabasitAssoziation in der Böllsteiner Gneiskuppel, Odenwald. - N. Jb. Mineral. Abh.,122, 186–228.
Lenz, H. &Müller, P. (1976): Radiometrische Altersbestimmung am Kristallin der Bohrung Saar 1.- Geol. Jb.,A27, 429–432.
Liew, T. C. &Hofmann, A.W. (1988): Precambrian crustal components, plutonic associations, plate environment of the Hercynian Fold Belt of Central Europe: Indications from a Nd and Sr isotopic study. - Contrib. Mineral. Petrol.,98, 129–138.
Lindsley, D. H. (1983): Pyroxene thermometry. - American Mineralogist,68, 477–493.
Lippolt, H. J. (1986): Nachweis altpaläozoischer Primäralter (Rb-Sr) und karbonischer Abkühlungsalter (K-Ar) der Muskowit-Biotit-Gneise des Spessarts und der Biotitgneise des Böllsteiner Odenwaldes. - Geol. Rundschau,75, 3, 569–583.
Lorenz, V. &Nicholls, I. A. (1984): Plate and intraplate processes of Hercynian Europe during the Late Paleozoic. -Tectonophysics,107, 25–56.
Maggetti, M. (1975): Die Tiefengesteine des Bergsträßer Odenwaldes. - Aufschluß,27, 87–107.
Marell, D. (1989): de Das Rotliegende zwischen Odenwald und Taunus. - Geol. Abh. Hessen,89, 128 p.
Martinez, F. J., Julivert, M., Sebastian, A., Arboleya, M. L. &Gil Ibarguchi, J. I. (1988): Structural and thermal evolution of high-grade areas in the northwestern parts of the Iberian Massif. - Am. J. Sci.,288, 969–996.
Massonne, H.-J. (1984): Bestimmung von Intrusionstiefen variszischer Granite Mitteleuropas und Neuschottlands anhand der Chemie ihrer Hellglimmer. - Fortschr. Mineral.,62, Beiheft 1, 147–148.
— (1988): New experimental results in the system K2O-MgO-Al2O3-SiO2-H2O (KMASH) on medium- and high-grade metamorphism of pelitic rocks. - Terra cognita,8, 1, 71.
— (1983):A new experimental phengite barometer and its application to a Variscan subduction zone at the southern margin of the Rhenohercynicum. - Terra Cognita,3, 187.
— &Schreyer, W. (1987): Phengite geobarometry based on the limiting assemblage with K-feldspar, phlogopite and quartz. - Contrib. Mineral. Petrol.,96, 212–224.
Matthes, S. &Schubert, W. (1971): Der Original-Beerbachit im Odenwald, ein Amphibolit-Hornfels in Pyroxen-Hornfelsfazies. - Contr. Mineral. Petrol.,33, 62–86.
Neugebauer, J. (1988): The Variscan plate tectonic evolution: an improved «Iapetus model«. - Schweiz. Mineral. Petrogr. Mitt.,68, 313–333.
Nickel, E. (1985): Odenwald. - Sammlung Geologischer Führer,65, 231 pp., Berlin (Bornträger).
— &Maggetti, M. (1974): Magmenentwicklung und Dioritbildung im synorogen konsolidierten Grundgebirge des Bergsträßer Odenwaldes. - Geol. Rundschau,63, 618–654.
Okrusch, M. (1983): The Spessart crystalline complex, NW Bavaria. - Fortschr. Mineral.,62, Beiheft 2, 135–169.
—,von Raumer, J., Matthes, S. &Schubert, W. (1975): Mineralfazies und Stellung der Metamorphite im kristallinen Odenwald. - Aufschluß,27, 109–134.
Oncken, O. (1988): Geometrie und Kinematik der Taunuskammüberschiebung — Beitrag zur Diskussion des Dekkenproblems im südlichen Schiefergebirge. - Geol. Rundschau,77, 551–575.
Pflug, H. D. &Reitz, E. (1987): Palynology in metamorphic rocks; indication of early land plants.- Naturwissenschaften,74, 386–387.
Plyusnina, L. P. (1982): Geothermometry and geobarometry of plagioclase-hornblende bearing assemblages. - Contrib. Mineral. Petrol.,80, 140–146.
Raase, P. (1974): Al and Ti contents of hornblende, indicators of pressure and temperature of regional rnetamorphism.- Contrib. Mineral. Petrol.,45, 231–236.
Rittmann, K. L. (1984): Argon in Hornblende, Biotit und Muskovit bei der geologischen Abkühlung - 40Ar/39Ar-Untersuchungen. - Unpubl. PhD thesis Univ. Heidelberg, 278 p.
Spear, F. S. (1980): NaSi — CaAl exchange equilibrium between plagioclase and amphibole. - Contrib. Mineral. Petrol.,72, 33–41.
— &Selverstone, J. (1983): Quantitative P-T paths from zoned minerals: theory and tectonic applications. - Contrib. Mineral. Petrol.,83, 348–357.
Spencer, K. J. &Lindsley, D. H. (1981): A solution model for coexisting iron-titanium oxides. - American Mineralogist,66, 1189–1201.
Tapponnier, P., Peltzer, G. &Armijo, R. (1986): On the mechanics of the collision between India and Asia. - In: Coward, M. P. & Ries, A. C. (eds.): Collision tectonics. - Geol. Soc. London Spec. Pub.,19, 115–158, London (Blackwell).
Todt, W. (1979): U-Pb-Datierungen an Zirkonen des kristallinen Odenwaldes. - Fortschr. Miner.,57, Beiheft 1, 153–154.
Trochim, H. D. (1960): Zur Petrogenese des Gabbro-Plutons vom Frankenstein (Odenwald). - Unpubl. PhD thesis Univ. Freiburg, 150 p.
Von Raumer, J. F. (1973): Die mineralfazielle Stellung der Metapelite und Metagrauwacken zwischen Heppenheim und Reicheisheim (Odenwald). - N. Jb. Mineral. Abh.,118, 313–336.
Weber, K. &Behr, H. J. (1983): Geodynamic interpretation of the Mid-European Variscides. - In: Martin, H. & Eder, F. W. (eds.): Intracontinental fold belts. - 427–469, Berlin (Springer).
Wells, P. R. A. (1977): Pyroxene thermometry in simple and complex systems. - Contr. Mineral. Petrol.,62, 129–139.
Zen, E-An. (1989): Wet and dry AFM mineral assemblages of strongly peraluminous granites. - EOS Transactions,70, 109–110.
Zimmerle, W., Hering, O., Ghazanfari, A., Krebs, W. &Weber, G. (1976): Die Tiefbohrung Saar 1 - Petrographische Beschreibung und Deutung der erbohrten Schichten. - Geol. Jb.,A27, 91–305.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Willner, A.P., Massonne, H.J. & Krohe, A. Tectono-thermal evolution of a part of a Variscan magmatic arc: The Odenwald in the Mid-German Crystalline Rise. Geol Rundsch 80, 369–389 (1991). https://doi.org/10.1007/BF01829372
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF01829372