Der Kauffunger Kalkstein (Bober-Katzbach Gebirge, Polen): Petrographie, Fossilinventar, Stratigraphie

In the Western Sudetes (Mts.) in SW Poland carbonate rocks occur which are well known in the older German literature as ’’Kauffung Limestone” or ’’Wojcieszow Limestone” in recent publications, respectively. They are intercalated in sedimentary (shales) and volcanic (greenstone) successions and are, presumed - due to the lack of index fossils - to be Cambrian in age. These deposits occur in a variety of isolated massifs in the Bober-Katzbach Mts. where they have been mined in many quarries in the past. In a single location (Polom quarry near Wojcieszow) they are exploited up until today. The predominantly calcitic rocks display a wide variety of different lithologies and are, consequently, subdivided into the following lithological units which differ in textural characteristics, mineral constituents, and different grades of diagenetic and metamorphic alteration: 1. Calcite Marble: massive, calcitic, chiefly metamorphic recrystallized. 2. Zebra Limestone: dolomitic-calcitic, certain content of metasomatic silica, fine bedding as a result of microbial calcite precipitation or of diagenetic to metamorphic separation of carbonate and silica constituents. 3. Massive matrix Dolomite: compact, of diagenetic to metamorphic origin. 4. Dolomite Marble: metamorphic. 5. Hydrothermal Dolomite: hydrothermal alteration of limestone, postdating the tectonic deformation. The recent appearance of ’’Kauffung Limestone” is mainly a result of regional metamorphosis at low temperature up to about 300°C and locally high pressure. The typical textural features are stress induced, mostly protomylonitic calcite recrystallisation and generally slowly or not infected dolomite crystals. The different reactions of the two carbonate phases are attributed to their mineral properties. Rhyolitic and dacitic dykes penetrating the carbonate rocks are interpreted as a result of post- orogenic, probably Carboniferous or Permian volcanism. Microprobe investigation on the carbonates revealed a stochiometric composition of dolomite and calcite. The stable isotope content (8 c 0,8* ^C) reflects increased crystallisation temperature of the carbonate minerals (8 O von -7,75 bis -15,78). A variety of fossil remains have been extracted from bulk samples, consisting of sponge needles, floral components, foramini- fera, and vertebrate remains the latter two of which indicate a depositional age younger than Ordovician. Due to the stratigraphic re-attribution of the Kauffung Limestone, the hypothesis of a Cambrian/Ordovician rifting in the Western Sudetes should be abandoned.

Riffe und fazielle Entwicklung der florigemma-Bank (Korallenoolith, Oxfordium) im Süntel und östlichen Wesergebirge (NW-Deutschland

During the Sedimentation of the platform carbonate deposits of the Korallenoolith Formation (middle Oxfordian to early Kimmeridgian) small buildups ofcorals formed in the Lower Saxony Basin. These bioconstructions are restricted to particular horizons (Untere Korallenbank,ßorigenuna-Bank Member etc.) and represent patch reefs and biostromes. In this study, the development of facies, fossil assemblages, spatial distribution of fossils, and reefs of the ßorigenuna-Bank Member (upper Middle Oxfordian) in the Süntel Mts and the eastern Wesergebirge Mts is described; the formation of reefs is discussed in detail. Twelve facies types are described and interpreted. They vary between high-energy deposits as well winnowed oolites and quiet-water lagoonal mudstones. Owing to the significance of biota, micro- and macrofossils are systematically described. The reefs are preserved in growth position, are characterized by numerous corresponding features and belong to a certain reef type. According to their size, shape and framework, they represent patch reefs, coral knobs (sensu James, 1983), coral thrombolite reefs (sensu Leinfelder et al., 1994) or “Klein- and Mitteldickichte” (sensu Laternser, 2001). Their growth fabric corresponds to the superstratal (dense) pillarstone (sensu Insalaco, 1998). As the top of the ßorigenuna-Bank displays an erosional unconformity (so-called Hauptdiskontinuität), the top of the reefs are erosionally capped. Their maximum height amounts to at least the maximum thickness of the ßorigenuna-Bank which does not exceed 4 metres. The diversity of coral fauna of the reefs is relatively low; a total of 13 species is recorded. The coral community is over- whelmingly dominated by the thin-branched ramose Thamnasteria dendroidea (Lamouroux) that forms aggregations of colonies (77?. dendroidea thickets). Leafy to platy Fungiastrea arachnoides (Parkinson) and Thamnasteria concinna (Goldfuss) occur subordinately, other species are only of minor importance. In a few cases, the reef-core consisting of Th. dendroidea thickets is laterally encrusted by platy F. arachnoides and Th. concinna colonies, and microbial carbonates. This zonation reflects probably a succession of different reef builders as a result of changing environmental conditions (allogenic succession). Moreover, some reefs are overlain by a biostrome made of large Solenopora jurassica nodules passing laterally in a nerinean bed. Mikrobial carbonates promoted reef growth and favoured the preservation of reef organismn in their growth position or in situ. They exhibit a platy, dendroid, or reticulate growth form or occur as downward-facing hemispheroids. According to their microstructure, they consist of a peloidal, clotted, or unstructured fabric (predominately layered and poorly structured thrombolite as well as clotted leiolite) (sensu Schmid, 1996). Abundant endo- and epibiontic organisms (bivalves, gastropods, echinoids, asteroids, ophiuroids, crabs etc) are linked to the reefs. With regard to their guild structure, the reefs represent occurrences at which only a few coral species serve as builder. Moreover, microbial carbonates contribute to both building and binding of the reefs. Additional binder as well as baffler are present, but not abundant. According to the species diversity, the dweller guild comprises by far the highest number of invertebrate taxa. The destroyer guild chiefly encompasses bivalves. The composition of the reef community was influenced by the habitat structure of the Th. dendroidea thickets. Owing to the increase in encrusting organisms and other inhabitants of the thickets, the locational factors changed, since light intensity and hydrodynamic energy level and combined parameters as oxygen supply declined in the crowded habitat. Therefore a characteristic succession of organisms is developed that depends on and responds to changing environmental conditions („community replacement sequence“). The succession allows the differentiation of different stages. It started after the cessation of the polyps with boring organisms and photoautotrophic micro-encrusters (calcareous algae, Lithocodium aggregatum). Following the death of these pioneer organisms, encrusting and adherent organisms (serpulids, „Terebella“ species, bryozoans, foraminifers, thecideidinids, sklerospongid and pharetronid sponges, terebratulids), small mobile organisms (limpets), and microbial induced carbonates developed. The final stage in the community replacement sequence gave rise to small cryptic habitats and organisms that belong to these caves (cryptobionts, coelobites). The habitat conditions especially favoured small non-rigid demosponges (“soft sponges”) that tolerate reduced water circulation. Reef rubble is negligible, so that the reefs are bordered by fossiliferous micritic limestone passing laterally in micritic limestone. Approximately 10% of the study area (outcropping florigemma-Bank) corresponds to reefal deposits whereas the remaining 90% encompass lagoonal inter-reefal deposits. The reef development is a good example for the interaction between reef growth, facies development and sea-level changes. It was initiated by a sea-level rise (transgression) and corresponding decrease in the hydrodynamic energy level. Colonization and reef growth took place on a coarse-grained Substrate composed of oncoids, larger foraminifers and bioclasts. Reef growth took place in a calm marine lagoonal setting. Increasing abundance of spherical coral morphs towards the Northeast (section Kessiehausen, northwestem Süntel Mts) reflects higher turbidity and a facies transition to coral occurrences of the ßorigenuna-Bank Member in the adjacent Deister Mts. The reef growth was neither influenced by stonns nor by input of siliciclastic deposits, and took place in short time - probably in only a thousand years under most probably mesotrophic conditions. The mass appearance of solenoporids and nerineids in the upper part of the ßorigenuna-Bank Member point to enhanced nutrient level as a result of regression. In addition, this scenario of fluctuations in nutrient availability seems to be responsible for the cessation of reef corals. The sea level fall reached its climax in the subaerial exposure and palaeokarst development of the florigemma-Bank. The reef building corals are typical pioneer species. The blade-like, flattened F. amchnoides colonies are characterized by their light porous calcium carbonate skeleton, which is a distinct advantage in soft bottom environment. Thus, they settled on soft bottom exposing the large parts of its surface to the incoming light. On the other hand, in response to their light requirements they were also able to settle shaded canopy structures or reef caves. Th. dendroidea is an opportunistic coral species in very shallow, well illuminated marine environment. Their thin and densely spaced branches led to a very high surface/volume ratio of the colonies that were capable to exploit incoming light due to their small thamasterioid calices characterized by “highly integrated polyps”. In addition, sideward coalescence of branches during colony growth led to a wave-resistant framework and favoured the authochthonous preservation of the reefs. Asexual reproduction by fragmented colonies promoted reef development as Th. dendroidea thickets laterally extend over the sea floor or new reefs have developed from broken fragments of parent colonies. Similar build ups with Th. dendroidea as a dominant or frequent reef building coral species are known from the Paris Basin and elsewhere from the Lower Saxony Basin (Kleiner Deister Mts). These buildups developed in well-illuminated shallow water and encompass coral reefs or coral thrombolite reefs. Intra- and inter-reef deposits vary between well-winnowed reef debris limestone and mudstones representing considerably calmer conditions. Solenoporid, nerineids and diceratides belong to the characteristic fossils of these occurrences. However, diceratides are missing in theflorigemma-Bank Member. Th. dendroidea differs in its colonization of low- to high-energy environment from recent ramose scleractinian corals (e.g., Acropora and Porites sp.). The latter are restricted to agitated water habitats creating coral thickets and carpets. According to the morphologic plasticity of Th. dendroidea, thick-branched colonies developed in a milieu of high water energy, whereas fragile, wide- and thin-branched colonies prevail in low-energy settings. Due to its relatively rapid growth, Th. dendroidea was able to keep pace with increased Sedimentation rates. 68 benthonic foraminiferan species/taxa have been recognized in thin sections. Agglutinated foraminifers (textulariids) predominate when compared with rotaliids and milioliids. Numerous species are restricted to a certain facies type or occur in higher population densities, in particular Everticyclammina sp., a larger agglutinated foraminifer that occurs in rock building amounts. Among the 25 reef dwelling foraminiferal species, a few were so far only known from Late Jurassic sponge reefs. Another striking feature is the frequency of adherent foraminiferal species. Fauna and flora, in particular dasycladaleans and agglutinated foraminifers, document palaeobiogeographic relationships to the Tethys and point to (sub)tropical conditions. Moreover, in Germany this foraminiferan assemblage is yet uncompared. In Southern Germany similar tethyan type assemblages are not present in strata as young as Middle Tithonian.

Das Tertiär-Vorkommen von Dörentrup im Lippischen Bergland (Ostwestfalen)

Innerhalb des Lippischen Berglandes in Ostwestfalen sind vereinzelte tertiärzeitliche Vorkommen bis heute erhalten geblieben. Die bekanntesten Lokalitäten sind dort die aufgelassene Quarzsandgrube von Dörentrup und die alten Fossilfundpunkte für das Oberoligozän in Friedrichsfeld und Göttentrup. Zur Gesamtdarstellung des rund 7 km2 großen Tertiär-Vorkommens wurden rund 200 Bohrungen in verschiedenen Archiven aus den Jahren 1861 bis 1986 gesichtet und durch ein Bohrprogramm mit 67 Bohrungen (1 270,4 lfd. m), das v. Verf. in den Jahren 1981 bis 1984 vor Ort betreut und geologisch ausgewertet wurde, ergänzt. Hinzu kam die Aufnahme von 85 Aufschlüssen im Locker- und Festgestein. Das Tertiär von Dörentrup liegt in einem durch Subrosion zechsteinzeitlicher Salinargesteine in mehreren Senkungsphasen (Alttertiär bis Mittelpleistozän) entstandenen Senkungsfeld, das im Bereich tektonisch vorgezeichneter Schwächezonen zwischen den Großstrukturen Niedersächsisches Tektogen und Hessische Senke entstanden ist. Die Schichtenfolge des Tertiärs lagert dem mesozoischen Untergrund (Keuper, Lias) diskordant auf. Sie beginnt mit dem Unteroligozän. Mittel- und oberoligozäne Sedimente sind ebenfalls durch weitere Bohrungen nachgewiesen. Ihre lithologische Ausbildung und die Fossilführung zeigen marine Verhältnisse und Landnähe an. Das Oligozän wird von einer Geröllage mit überwiegend Kieselschiefer- und Quarzgeröllen nach oben abgeschlossen. Die Maximalmächtigkeit des Oligozäns beträgt 73 m. Die fluviatilen sandigen Ablagerungen mit eingeschalteten Tonen und gering inkohlten Braunkohlenflözen sind pollenanalytisch in das Miozän/Pliozän zu stellen. Korngrößenanalysen und granulometrische Parameter zeigen zwei Sedimenteinheiten auf: schluffige Feinsande im älteren Teil und sehr eisenarme Mittelsande mit einzelnen Grobsandlagen ("Dörentruper Quarzsand") im jüngeren Teil. Das Quartär erreicht Mächtigkeiten von über 60 m, die durch eine subrosive Absenkung während der Sedimentation ermöglicht wurden. Die mio-/pliozänen Sedimentproben aus den Aufschlüssen besitzen Durchlässigkeitsbeiwerte von 9,4 x 10-4 bis 5,3 x 10-5 m/s. Eine geologische Profilserie mit 18 Profilschnitten durch das Tertiär-Vorkommen verdeutlicht die komplizierten Lagerungsverhältnisse.

Beziehungen zwischen Mineralbestand, Gefüge und technologischen Eigenschaften der Niedersächsischen "Wealden" - Sandsteine (Unterkreide)

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Sandsteine des niedersächsischen "Wealden" (tiefe Unterkreide) auf ihre petrographische Zusammensetzung und ihre technologischen Eigenschaften untersucht und miteinander verglichen. Die Gesteinsproben entstammen den sog. "Werksteinbänken" (Hauptsandstein) aus Teilgebieten im mittleren Niedersachsen, und zwar: den Bückebergen den Rehburger Bergen, dem Süntel, dem Osterwald, dem Nesselberg (a + b) sowie dem Deister (a + b). Weitere Proben wurden zu Vergleichszwecken aus der Fassade des Hauptgebäudes der Universität Hannover entnommen. Die technologischen Untersuchungen umfaßten die Bestimmung allgemeiner physikalischer Parameter wie: Roh- und Reindichte, Gesamtporosität, Wasseraufnahme bei Atmosphärendruck sowie bei einem Druck von 150 bar und die Bestimmung des Sättigungswertes. Öle mechanische Festigkeit wurde mit Hilfe von Druck- und Spaltzugfestigkeitsversuchen ermittelt. Mögliche Einflüsse der physikalischen Verwitterung auf die verschiedenen Gesteinstypen wurden durch Frost-Tau-Wechsel- und Kristallisationsversuche simuliert. Die Bestimmung der petrographischen Zusammensetzung erfolgte makroskopisch im Aufschluß und an Handstücken, mikroskopisch an Dünnschliffen. Die Dünnschliffuntersuchungen lieferten Daten zum quantitativen Mineralbestand und zur Korngrößenverteilung sowie Angaben zum Gefüge der Sandsteine. Aus dem Vergleich zwischen Druck- bzw. Spaltzugfestigkeitswerten und lithologischer Ausbildung lassen- sich folgende Schlüsse ziehen: Die Druck- und Spaltzugfestigkeit der untersuchten Wealden-Sandsteine hängt wesentlich ab vom Festigkeitsverhalten der am Gesteinsaufbau beteiligten Minerale. Sandsteine, die einen größeren Anteil an Quarz aufweisen besitzen eine höhere Druckfestigkeit als Gesteine die weniger Quarz enthalten. Der Vergleich petrographischer mit technischen Daten zeigt dagegen, daß bei gleicher petrographischer Zusammensetzung die Festigkeit der Wealden-Sandsteine vor allem vom Gesteinsgefüge bestimmt wird: Intensive Kornverzahnungen, verursacht durch weitergewachsene Quarzkörner und unmittelbare Kornkontakte bewirken höhere Bindungskräfte zwischen den Mineralkomponenten. Die intensiven Kornverzahnungen erklären auch die günstigen Eigenschaften bei der Druck- und Spaltzugfestigkeit sowie die guten Ergebnisse bei den Frost-Tau-Wechsel- und Kristallisationsversuchen. Weiter werden bei zunehmender Kornverzahnung die physikalischen Parameter (z. B. Rohdichte, Wasseraufnahme, Gesamtporosität und Sättigungswert) positiv beeinflußt: Mittelbare Kornbindung und mäßig verzahnte Körner führen dagegen zu schlechteren Festigkeitseigenschaften und damit zu ungünstigeren Werten bei den physikalischen Parametern. Druck- und Spaltzugverhalten der Wealden-Sandsteine wird durch deren Korngröße nur andeutungsweise beeinflußt. Sandsteine mit geringeren Korngrößen zeigen gegenüber gröberkörnigen bei sonst gleicher Mineralzusammensetzung und identischer Anordnung der Komponenten oft geringfügig höhere Festigkeitswerte. Die petrographischen Eigenschaften (Gehalt an Mineralen höherer Festigkeit, Art des Bindemittels, Verwitterungsgrad der einzelnen Minerale, Gefüge und räumliche Anordnung - z.B. Verzahnung und Verfilzung der Minerale, Korngröße) gestatten somit gewisse Rückschlüsse auf die Verwendbarkeit der "Wealden"-Sandsteine als Werkstein. Innerhalb der Werksteinbänke lassen sich verschiedene Sandsteintypen unterscheiden, die unterschiedliche technologische Eigenschaften aufweisen. Die ermittelten Werte der Druck- und Spaltzugfestigkait sowie die Ergebnisse der Frost-Tau-Wechsel- und Kristallisationsversuche sind in auffälliger Weise mit den physikalischen Parametern korellierbar. Gesteine mit hoher Roh-, und Reindichte und niedrigen Werten, der Gesamtporosität, Wasseraufnahme und des Sättigungsgrades lieferten bessere Werte bei den Frost-Tau-Wechsel- und Kristallisations-Versuchen als Gesteine mit niedriger Roh- und Reindichte, sowie hohen Werten der Gesamtporosität, Wasseraufnahme und dem Sättigungsgrad. Erstgenannte weisen außerdem gute Druck- und Spaltzugfestigkeit auf. Für die Frage nach der Verwendbarkeit bestimmter Wealden-Sandsteine für technische Zwecke könnten diese Befunde von großer Bedeutung sein. Die angeführten, einfach zu ermittelnden physikalischen Parameter, (Bestimmung von Rohdichte, Gesamtporosität, Wasseraufnahme, Sättigungsgrad usw.,) bieten Sich als geeignete Hilfsgrößen bei der Bewertung von mechanischen Eigenschaften der untersuchten Gesteine an. Sie sind gegenüber der Festigkeitsversuchen billiger und einfacher ermittelbar und sollten somit in Kombination mit gesteinsmikroskopischen Untersuchungen angewendet werden, wenn es um die Beurteilung der Verwendbarkeit von Wealden-Sandsteinen geht. Gemessen an den in der [DIN 52100 festgelegten Grenzwerten für Sandsteine erfüllen die untersuchten Wealden-Sandsteine, mit Ausnahme des Gesteinstyps 5, die Eignungsbedingungen für bautechnische Zwecke.