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Aufklärung der tektonischen Struktur des Harz-Südrandes und dessen Genese seit dem Perm nach Erfassung der Geologie des Südharzer Zechsteins im Maßstab 1:10.000

Hubrich, Hans-Peter (2021):
Aufklärung der tektonischen Struktur des Harz-Südrandes und dessen Genese seit dem Perm nach Erfassung der Geologie des Südharzer Zechsteins im Maßstab 1:10.000. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00017229,
[Ph.D. Thesis]

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Aufklärung der tektonischen Struktur des Harz-Südrandes und dessen Genese seit dem Perm nach Erfassung der Geologie des Südharzer Zechsteins im Maßstab 1 zu 10.000.pdf
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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Aufklärung der tektonischen Struktur des Harz-Südrandes und dessen Genese seit dem Perm nach Erfassung der Geologie des Südharzer Zechsteins im Maßstab 1:10.000
Language: German
Abstract:

Der in Norddeutschland gelegene Harz wurde durch seine Hebung während der Oberkreide zu einem Horstgebirge aus paläozoischen Gesteinen mit einem Saum aus jüngeren Schichten. Das Bearbeitungsgebiet ist der Saum des Südharzes auf einer Länge von etwa 82 km und mit einer Breite von 1 bis 5 km. Er besteht aus Schichten der Zechsteinserien 1– 4 (Werra, Stassfurt, Leine und Aller, letztere steht nur in wenigen Aufschlüssen an), die im S des Saums unter den Unteren Buntsandstein abtauchen. Der Kupferschiefer, der liegende Pelit des Zechsteins, wurde jahrhundertlang bergmännisch im Tage- und Tiefbau gewonnen. Die hangenden Tone, Karbonate und Sulfate wurden in Steinbrüchen und die Salze im Tiefbau abgebaut. Die Salze der Serien sind oberflächennah subrodiert. Die Morphologie ist großflächig von Verkarstung geprägt. Auf der Grundlage von neun Karten der Landesämter (einige Karten sind älter als 100 Jahre), etwa 40 Diplom-Kartierungen, zahlreichen Karten aus Kartierkursen und eigener Kartierungen wurde eine abgedeckte geologische Karte für eine Fläche von 338 km² erarbeitet. Sie erstreckt sich über Regionen dreier Bundesländer. Das Programm ArcGISTM ermöglichte es, die Karten georeferenziert im Maßstab 1:10.000 darzustellen. Die tektonische Struktur konnte an Hand von 150 Profilen modellhaft aufgeklärt werden. Ausgehend von der Hypothese gleichmäßigen S-Einfallens des Präzechsteins sind die konstruierten Profile zwischen 6° und 15° nach S fallend angelegt. Dieses Kartenwerk umfasst den Südharz von Förste bei Osterode bis zur Lokalität Mooskammer bei Morungen mit einheitlicher Legende und einheitlichen stratigrafischen Farben. „Blattrandverwerfungen“ sind geklärt und ausgeglichen. Die derart gewonnene tektonische Karte erlaubt Interpretationen über Bearbeitungsgrenzen hinweg. Störungen wurden mit ihrer Spur dargestellt. Sie wurden in Stratigraphiestörungen, Erdfallstörungen, konstruierte und interpretierte Störungen unterschieden. Nach dem Sortieren und Glätten der kartierten Störungen konnten dominante Streichrichtungen in rheinischen, variszischen, herzynischen und eggischen, also den durchweg in Mitteleuropa anzutreffenden Richtungen abgeleitet werden. Sie zeigen annähernd gerade Verläufe mit Ausnahme der herzynischen, die die Krümmung der südharzer Grenze des Paläozoikums nachzeichnet. Aus den Störungsverläufen wurde das Schollenmosaik abgeleitet und mit Hilfe von Architektur-Elementen beschrieben. Nach der Modellvorstellung der Inversionstektonik (Kley, 2013) ist der Harz während dreier tektonischer Phasen entstanden: Krustendehnung, Kompression und Extension. Die Absenkung des Norddeutschen Beckens durch die Krustendehnung in der 1. Phase schuf während des Perms und dem Mesozoikum einen mehrere Kilometer mächtigen Sedimentationsraum. In der 2. Phase verursacht die herzynisch gerichtete Kompression die Bildung von Störungs-begrenzten Bruchleisten und Horst-Graben-Folgen in Abständen von wenigen hundert Metern. Diese können als Strukturen interpretiert werden, die mit der Harz-Hebung entstanden sind. Die Kompression verursachte einige kleinmaßstäbliche Sättel, Aufwölbungen, regionale Versteilungen und großmaßstäbliche Flower-Strukturen. Eine Aufschiebung mit etwa 100 m Verwurf kann auf etwa 50 km Länge von Neuhof bis Morungen verfolgt werden. Die 3. Phase wird charakterisiert durch mit wenigen Kilometern Abstand wiederkehrende rheinisch und eggisch streichenden Störungen. Diese bilden u.a. Grabensysteme, so den Römerstein-Weißensee-Graben, den Bere-Graben und das Thyra-Tal. Die Störungs-Systeme sind die wesentlichen Ursachen der hydrogeologischen Erscheinungen im Sulfat-Karst des Süd-Harzes: Bachschwinden, viele Erdfälle und zahlreiche Karstquellen, drei davon mit großer Schüttung (Salza-Spring bei Förste, Rhume-Quelle bei Rhumspringe und Salza-Quelle bei Nordhausen).

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

The Harz in Northern Germany is a horst composed of variscan-folded Paleozoic rocks uplifted during the upper Cretaceous. It is surrounded by younger strata. The area of investigation comprises the South Harz Zechstein Belt, about 82 km long and 1 to 5 km wide. The lowermost four Zechstein Cycles (Werra, Stassfurt, Leine, Aller) are exposed of which Aller is found only at a few places. Towards the south, the Zechstein dips below the overlying thick strata of the Buntsandstein (lower Triassic). At the Zechsteinbasis, a marly pelite, the Copper-Shale, was mined for its copper content for centuries in open pits and mines. The overlying clays, carbonates and sulfate rock are quarried intensively today. The originally interspersed salts have been subroded and are now missing along the Zechstein Belt but are mined below the Buntsandstein to the south. The morphology of the Zechstein Belt is characterized by widespread karstification. Nine published geological maps of the Geological State Surveys, some older than 100 years, and recent large-scale maps, obtained during about 40 diploma theses and many university mapping courses, combined with own field studies were used to construct a new, unified geological map of the Zechstein-Belt. It covers 338 km2 between Förste near Osterode in the west and the location Mooskammer near Morungen in the east, running across three Federal States. The program ArcGIS was used to geo-reference all map details on a scale of 1:10,000. In addition, 150 geological profiles helped to deduce a tectonic model for the South-Harz. Faults are categorized as stratigraphical faults, faults deduced from sinkhole chains, and those that were needed to obtain plausible profile solutions and to connect adjacent profiles. These are based on the hypothesis, that the pre-Zechstein basis continues southwards with a dip of 6 to 15°. Faults turned out to follow the well-known rhenic, variscan, hercynian and eggian tectonic directions found throughout Central Europe. All stayed within a narrow direction margin, only the hercynian faults turn from NW-SE to SW-NE following the southern border of the Harz Paleozoic. The resulting tectonic mosaics and the general tectonic architecture is described. The Harz is, according to the inversion tectonic (Kley, 2013), the result of three phases of crustal dilatation, compression and renewed extension. Phase 1 is responsible for the sinking of the North German basin, providing the space for Permian and Mesozoic sediments, many kilometers thick. Phase 2 caused the hercynian directed, compressional system of step faults and horst-graben sequences, recurring every few hundred meters. These can be interpreted as large-scale compressional flower-structures, associated with the uplifting of the Harz. The compression also causes a few small-scale open anticlines and compressional ridges and led to regional steepening of the dip. A more prominent fault of about 100 m thrust can be followed for about 50 km from Neuhof to Morungen. Phase 3 is characterized by rhenic and eggian faults, recurring at distances of a few kilometers. Typical graben systems such as the Römerstein-Weißensee, the Bere-Valley and the Thyra-Valley Graben are interpreted as dilatational flower structures. These fault systems are decisive in interpreting the hydrogeology of the sulfate karst of the South Harz that features a score of creek ponors and river sinking sites and many karstic springs, three of them of very large discharge (Salza-Spring at Förste, Rhume-Spring near Rhumspringe, and Salza-Spring near Nordhausen).

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: x, 150 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science > Allgemeine Geologie & Stoffkreisläufe
Date Deposited: 28 Apr 2021 13:49
Last Modified: 28 Apr 2021 13:49
DOI: 10.26083/tuprints-00017229
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-172294
Referees: Kempe, Prof. Dr. Stephan
Refereed: 22 June 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/17229
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