Palaeovolcanic and present magmatic structures along the N-S trending Regensburg-Leipzig-Rostock zone kumulative Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Doktor der Naturwissenschaften doctor rerum naturalium - Dr. rer. nat. vorgelegt dem Rat der Chemisch-Geowissenschaftlichen Fakultät der Friedrich-Schiller-Universität Jena von Diplom-Geophysiker Tobias Nickschick geboren am 18.11.1985 in Wernigerode Gutachter: 1. Prof. Dr. Lothar Viereck 2. Prof. Dr. Florian Bleibinhaus Tag der Veteidigung: 18.01.2017 Vorwort Diese Abschlussarbeit entstand während meiner Anstellung und Tätigkeit als wissenschaftlicher Mit- arbeiter in der Sektion 3.2 Organische Geochemie am Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoFor- schungsZentrum GFZ durch die Drittmittelfinanzierung der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG in einem gemeinsamen Projekt mit der Universität Leipzig. Diese kumulative Dissertation ist in zwei in sich geschlossene Teile aufgeteilt. Der erste Teil befasst sich mit dem übergreifenden Thema der Dissertation, der Regensburg-Leipzig-Rostock-Störungszone, der zweite Teil befasst sich mit den von meinen Coautoren und mir verfassten Fachpublikationen zu ausgewählten Einzefallbeispielen innerhalb des Gesamtrahmens. Um das Gesamtlayout dieser Dissertation nicht zu stören, werden die insgesamt vier Publikationen, von denen drei bereits publiziert sind und eine eingereicht ist, in einem separaten Teil zuammengefasst präsentiert, womit der Auflage der Promotionsordnung die Originalversionen der Publikationen zu prä- sentieren, erfüllt wird. Der erste Teil wurde von mir als alleinigem Autor verfasst, die Artikel, die im zweiten Teil zusammengefasst sind, entstanden in einem Autorenkollektiv. Die Anteile des jeweiligen Kollegen an der Erstellung der Publikationen sind im Anschluss an diese Arbeit zu finden. Da die Artikel sprachlich aufgrund des Autorenkollektivs auf die 1. Person Plural zurückgreifen, wird diese auch im ersten Teil verwendet. Zusammenfassung Die hier vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Regensburg-Leipzig-Rostock Störungszone, einem etwa 700 km langen und rund 40 km breiten Verbund aus einzelnen Störungslineamenten unter besonderer Betrachtung der gegenwärtigen und vergangenen vulkanischen und magmatischen Aktivität. Die Regensburg-Leipzig-Rostock Störungszone wird häufig in der aktuellen Literatur verwendet um ein besonderes Phänomen rezenten Fluidaufstiegs zu charakterisieren, die sogenannten Erdbebenschwärme. Allerdings wird hierbei oft nicht auf die Hintergründe für den Auslösemechanismus eingegangen, welche die eben genannten, magmatisch bedingten Aufsteige von Fluiden sind. Häufig sind diese an Kreuzungs- bereichen von tiefreichenden Störungen angesiedelt, welche Schwächezonen für aufsteigende Fluide und Magmen darstellen. In dieser Arbeit wird daher eine Kompilation aus bisher bekannten Vulkanfeldern und Einzelstrukturen entlang dieser Störungszone erstellt und um aktuelle Forschung in Form von Fach- publikationen des Promovenden erweitert. Entlang der Regensburg-Leipzig-Rostock Störungszone lassen sich vor allem ultramafische bis kar- bonatitische, vulkanische oder sub-vulkanische Ausprägungsformen entdecken, wie beispielsweise Maar- Diatrem-Vulkane, tief erodierte Diatreme, Schlackekegel, verdeckte Intrusionen oder Gänge. Jener Che- mismus ist überwiegend mit einer Magmenherkunft aus dem lithosphärischen Oberen Mantel assoziiert. Auffällig dabei ist die hohe Variabilität der Alter der Vulkanfelder. Die ältesten Vorkommen bisher be- kannter vulkanischer Tätigkeit sind dabei der Delitzsch- bzw. Delitzsch-Bitterfeld-Komplex und ein bisher unbekanntes Feld aus Diatremen in der Nähe des heutigen Erdbebenschwarmgebietes um Werdau, wel- ches etwa 70 bis 80 km entfernt von Delitzsch liegt. Aktiver Vulkanismus im Tertiär (Paläogen und Neogen) entlang der Störungszone lässt sich unter anderem im Vogtland, in Nordostbayern und Nord- westböhmen finden, dessen Ursache möglicherweise in der Öffnung des Eger Grabens (Eger Riftes) zu suchen ist. Junge vulkanische Aktivität des Quartärs kann anhand von zwei bekannten Schlackekegeln und einem Maar-Diatrem-Vulkan im nordwestböhmischen Cheb-Becken untersucht werden und selbst ge- genwärtig andauernde magmatische Aktivität ist unterhalb dieses Beckens zu verzeichnen. Insbesondere die Mofettenfelder um Hartoušov und Bublák im Cheb-Becken sind dabei besonders geeignete Untersu- chungslokalitäten für die Beobachtung einer rezenten Magmenintrusion. Die Nähe zu dem durch fluidin- duzierte Erdbebenschwärme seismisch aktivsten Gebiet, des Nový Kostel Hypozentralgebietes, welches sich direkt nördlich der Mofettenfelder entlang einer Nord-Süd-verlaufenden Störung befindet, ist dabei wissenschaftlich brisant. Die hier vorgestellte Übersicht der Vulkanfelder wird ergänzt um insgesamt vier Studien zu drei verschiedenen magmatisch-bedingten Strukturen: dem kretazischen, vermuteten Diatrem nahe Greiz, dem quartären Maar-Diatrem in der Nähe von Mýtina an der tschechisch-deutschen Grenze und dem durch magmatische Fluide stark entgasenden Mofettenfeld Hartoušov im Cheb-Becken. Der Einfluss einer derart tiefreichenden, über lange Zeit für Fluide und Magmen passierbaren Störungszone in Zentraleuropa ist bislang nicht geklärt, auch wenn das Vorhandensein dieser Störungszone in vielen Studien vorausgesetzt wird. 1 Summary This PhD thesis focuses on the Regensburg-Leipzig-Rostock fault zone, a network of single fault lineaments of about 700 km length and about 40 km width in total, under special consideration of past and present volcanic and magmatic activity. The Regensburg-Leipzig-Rostock zone is often used in recent studies to explain a very well-researched and characteristic phenomenon of recent fluid ascent, the so-called earthquake swarms. However, these studies often do not account for the background of the actual trigger, which is the aforementioned magmatically induced migration of fluids. In most cases fluid ascent occurs at intersections of deep-reaching faults, which provide excellent ascent paths for migrating fluids. Within the frame of this thesis a compilation of currently known volcanic provinces and singular formations is created and supplemented by recent research results in form of scientific articles written by the author of this PhD thesis. Along the Regensburg-Leipzig-Rostock zone mainly ultramafic and carbonatitic volcanic to subvol- canic formations can be found in the forms of maar-diatreme-volcanoes, deeply eroded diatremes, scoria cones, hidden and covered intrusions or dykes etc. The different volcanic provinces feature a high varia- bility in their respective ages of formation. The oldest formations associated with this fault zone are the Cretaceous Delizsch, or Delitzsch-Bitterfeld, complex and a yet unknown volcanic field of similar age near the seismically active area around Werdau, which is about 70 to 80 km away from the Delitzsch complex. Volcanic activity in the Tertiary (Palaeogene and Neogene) can be studied in the Vogtland area, in north- eastern Bavaria and north-west Bohemia, which are presumed to have been formed due to the rifting process of the Eger Graben (Eger rift). Young volcanism within the Quaternary has so far been found in the north-west Bohemian Cheb Basin in form of two scoria cones and one maar-diatreme-volcano. A recently ongoing magmatic intrusion has been observed beneath the Cheb Basin within two mofette fields (Hartoušov and Bublák) which are directly related to a N-S running lineament. In continuation of this lineament is the Nový Kostel focal area, which is characterized by recurring, fluid-triggered seismic acti- vity in form of earthquake swarms. The compilation of volcanic provinces presented here is supplemented by new information from four studies on three separate magmatically influenced structures: an assumed diatreme of Cretaceous age near the city of Greiz, the Quaternary Mýtina maar at the German-Czech border and the mofette field of Hartoušov which is heavily influenced by the assent of magmatic fluids. The impact of a deep-reaching fault zone which is passable for fluids and magma over such a long period of time has is not completely understood, even though many studies take the existence of this fault zone for granted. 2 Im Zusammenhang mit dieser Doktorarbeit entstanden die folgenden wissenschaftlichen Beiträge: ISI-Standard-Publikationen 1. Nickschick, T., Flechsig, C., Meinel, C., Mrlina, J., Kämpf, H. (submitted to International Journal of Earth Sciences) Architecture and temporal variations of a terrestric CO2 degassing site using electric resistivity and CO2 gas measurements. 2. Flechsig, C., Heinicke, J., Mrlina, J., Kämpf, H., Nickschick, T., Schmidt, A., Bayer, T., Gün- ther, T., Rücker, C., Seidel, E., Seidl, M. (2015) Integrated geophysical and geological methods to investigate the inner and outer structures of the Quaternary Mýtina maar (W-Bohemia, Czech Republic). International Journal of Earth Sciences 104(8):2087-2105 3. Nickschick, T., Kämpf, H., Flechsig, C., Mrlina, J., Heinicke, J. (2015) CO2 degassing in the Hartoušov mofette area, western Eger Rift, imaged by CO2 mapping and geoelectrical and gravity surveys. International Journal of Earth Sciences 104(8):2107-2129 4. Nickschick, T., Kämpf, H., Jahr, T. (2014) The ”Triasscholle” near Greiz, Germany - a volcanic origin? Bulletin of Volcanology 76(4):1-20 Andere Publikationen 1. Alawi, M., Nickschick, T., Kämpf, H. (2015) Mikrobiologische Prozesse in CO2-Aufstiegskanälen. System Erde 5(1):28-33 Konferenzbeiträge 1. Nickschick, T., Flechsig, C., Kämpf, H. (2016)