Der Thüringer Wald im Zeitraum der Stefan-Unterperm- Entwicklung - ein Abschnitt der Zentraleuropäischen N-S- Riftzone innerhalb des Mitteleuropäischen Großschollen- scharniers Von der Fakultät für Geowissenschaften, Geotechnik und Bergbau der Technischen Universität Bergakademie Freiberg genehmigte DISSERTATION zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium Dr. rer. nat. vorgelegt von Diplomgeologe Dieter Andreas geboren am 07. 11. 1933 in Leipzig Gutachter: Prof. Dr. Jörg Schneider, Freiberg Prof. Dr. Jonas Kley, Göttingen Prof. Dr. Harald Lützner, Jena Tag der Verleihung: 26. 07. 2013 Inhaltsverzeichnis Seite I. Problemstellung und Ziel der Arbeit 7 II. Zusammenfassende Darstellung 10 III. Vorbemerkungen 30 1. Die kollisional angelegte Segmentierung des variszischen Grundgebirges - partielle strukturelle Vorzeichnung für die Permokarbonentwicklung in Mitteleuropa 32 1.1. Das variszische Grundgebirge als prä-permokarbonischer Untergrund im Grenzraum der Süddeutsch-Vindelizischen zur Mitteldeutsch-Böhmischen Großscholle 32 1.2. Das Thüringer Hauptgranitmassiv in seiner Wirksamkeit als Unterbaubestandteil der Entwicklung des Stefan C -Unter- perm/Rotliegend und westlicher Abschnitt des Saxothuringikums im Grenzraum der Mitteleuropäischen Kristallinzone 44 1.3. Die um WNW-ESE (± 117° - 120 °, 95° - 115 °), NW-SE (± 125° - ± 130°, 130° - 140 °), NNW-SSE (± 150°, 145° - 160 °) sowie um N-S bzw. E-W streichenden Querzonen im variszischen Bauplan Mitteleuropas und ihre Bedeutung für die spätvariszische Entwicklung der permokarbonischen Molassesenken 50 1.3.1. Das WNW-ESE-Störungssystem vom Typ Rundinger Zone- Bayerischer Pfahl-Donaurandbruch - postume Abschnitte des frühkollisional überprägten und zerscherten Außenrandes der Mitteldeutsch-Böhmischen Großscholle gegen die Süddeutsche Großscholle entlang einer tiefreichenden Intraplatten-Geosutur 55 1.3.2. Die lineamentäre, persistent extensive, tektono-magmatische tiefstkrustale NNW-SSE-Struktur Göttingen-Ruhla-Regensburg - ihre Wirksamkeit als Thüringisch-Fränkisch-Nordostbayerisches Scherzonensystem und Blockgrenze 59 1.3.3. Die NW-SE-Teilschollenrandbrüche des Werra-Segments 62 1.3.3.1. Die Unterwerra-Frankenwald-Querzone 64 1.3.3.1.1. Variszisch-kollisionale Anlagen 64 1.3.3.1.2. Frühes Kollisionsstadium (Oberdevon-Tournai) 64 1.3.3.1.3. Hauptkollisionsstadium (Visé) 65 1.3.3.1.4. Spätvariszische Entwicklung und früh-postvariszische Reaktivierung als Schollengrenze 67 1.3.3.2. Die Fränkische Linie bzw. Fränkische Querzone 71 1 Seite 2. Das Göttingen-Ruhla-Regensburg-Lineament - ein lineares, persistentes Element im Bereich Oberer Mantel/Kruste 73 3. Kennzeichnung der für die Herausbildung des thüringischen Oberkarbon-Rotliegend wirksamen tektonischen Strukturelemente 75 3.1. Die Mitteleuropäischen NE-SW-Senkenzonen (Saar-Nahe-, Wetterau- Werra-, Kraichgau-Main-, Saale-Unstrut- und Küllstedt-Senke) und die NW-SE-Thüringer Wald-Riftgrabensenke in ihrer Beziehung zu den persistent wirksamen N-S-Tiefenbruchlinien, der Thüringisch-Fränki- schen Riftzone und dem Thüringisch-Nordostbayerischen Scher- zonensystem 77 3.2. Das Thüringisch-Fränkische Rift - ein partieller Bestandteil des lineamentären zentraleuropäischen N-S-Riftsystems Oslo-Graben - Niedersachsen-Rift - Bolzano - Korsika/Sardinien in seiner Beziehung zum Thüringer Wald-Rift 82 3.3. Die Bedeutung der tektonischen Herausbildung des Thüringer Wald- Riftgrabens für die mitteleuropäische Gesamtentwicklung und Kenn- zeichnung damit verknüpfter vulkanischer Prozesse sowie sedimentärer Erscheinungsformen 84 4. Die (litho-)stratigraphische Abfolge des Oberkarbon-(Unterperm) Rotliegend im Thüringer Wald und Umfeld 88 4.1. Die Bohrung Federkopf - ein lithostratigraphisches Problem 88 4.2. Die Möhrenbach- und Georgenthal-Formation - lithostratigraphische Gliederung und biostratigraphische Einordnung der basalen, vor- wiegend vulkanogenen Formationen des Thüringer Waldes in das höhere Stefan C 90 4.3. Die Ilmenau- und Manebach-Formation 104 4.4. Die Goldlauter- und Oberhof-Formation 117 4.5. Das „Thüringer Wald-Extensions-Kompressions-Event“ im Zeitraum der Oberhof-Formation (saalisches Event) 133 4.6. Das Höhenberg-Intrusionsintervall 134 4.7. Die Rotterode-, Elgersburg-, Stockheim-, Tambach- und Eisenach-Formation - eine Diskussion 137 4.8. Die Neuenhof-Formation 144 Schriftenverzeichnis 145 Danksagung 179 Tabellarischer Lebenslauf 180 Versicherung 181 2 Verzeichnis der Abbildungen, Beilagen und Tabellen - Abbildungen - Abb. 1: Spät-synkollisionale Quersegmentierung des variszischen Gebirges im mittel- deutsch-süddeutschen Raum - eine Übersichtsskizze Abb. 2: Das präsilesische Grundgebirge im thüringischen Raum Abb. 3: Erste Anlagen von Querstrukturen im variszischen Gebirgsbau des thüringi- schen Teils der armoricanischen Terranecollage während des frühen Kollisi- onsstadiums im tiefen Oberdevon Abb. 4: Asturisch geprägte Druckschieferungs- und Scherstrukturen sind von lampro- phyrischen Intrusionskörpern unterrotliegenden Alters infiltriert Abb. 5: Ausprägung von Querstrukturen im variszischen Gebirgsbau des thüringi- schen Teils von Saxothuringia während des Hauptkollisionsstadiums im höhe- ren Unterkarbon - Beilagen - Beil. 1: Postsaalische Stefan C - Unterperm/Rotliegendverbreitung des WNW-ESE- Thüringer Wald-Grabensystems und seines Umfeldes auf der Grundlage von Übertageaufschlüssen und tiefen Bohrungen. (Unstrut-Saale-Senke, Kraichgau-Main-Senke, Werra-Senke, Thüringisch- Fränkische Riftzone, Thüringen-Mittelharz-Furrow und Thüringisch-Nordost- bayerische Scherzone im Bereich des Werra-Segments) Beil. 2: Schnitte quer zur Thüringisch-Nordostbayerischen NNW-SSE-Scherzone Beil. 3: Legende zu den lithologischen Profilen (Beil. 4-10) Beil. 4: Lithologische Korrelationsprofile der Georgenthal-Formation Beil. 5: Lithologische Korrelationsprofile der Ilmenau-, Manebach- und Goldlauter- Formation Beil. 6: Lithologische Korrelationsprofile der Oberhof- und Rotterode-Formation Beil. 7: Lithologisches Profil der Bohrung Tabarz 1/1962 Beil.: 8 Lithologisches Profil der Bohrung Zella-Mehlis 1/1964 Beil. 9-1: Lithologische Korrelation des Profils der Brg. Thüringen Süd 1/1963 mit aus- gewählten Bohrprofilen des Thüringer Waldes und des südlichen Vorlandes Beil. 9-2: Kombinierte Bohrprofile der Goldlauter-, Oberhof-, Rotterode- und Tambach- Formation des Thüringer Waldes Beil. 10: Lithologische Korrelationsprofile ausgewählter tiefer Bohrungen des Stock- heim-Weiden-Grabens 3 Beil. 11: Entwicklungsphasen des Thüringisch-Nordostbayerischen NNW-SSE-Scher- zonensystems im Kreuzungsbereich mit der Kraichgau-Main- und Unstrut- Saale-Senke sowie der Thüringen-Mittelharz-Furrow. Die frühe Herausbildung der Thüringer Wald-Struktur durch episodische Extension und Kompression als Abschluss der Oberhof-Formation („saalische Kompressionsphase, Thü- ringer Wald-Event“). Beil. 12: Die diagonal NNW-SSE streichende Thüringisch-Nordostbayerische pull apart -Scherzone (Creuzburg-Ruhla-Schleusingen-Amberg) subparallel zum Göttin- gen-Ruhla-Regensburg-Lineament. Situation nach der saalischen Kompressi- on (± 283 Ma), bzw. dem Thüringer Wald-Extensions-Kompressions-Event. Beil. 13: E-W-Schnitt durch das (saalisch) kompressiv deformierte Rotliegend des Stockheim-Grabens (thematisch schematisiert) spitzwinklig quer zur ± NNW- SSE/NW-SE-Grabenachse und Parallelisierung mit der Formationsgliederung im Thüringer Wald. Die Verbindungslinien der genannten Aufschlusspunkte sitzen der Schnittfläche rechtwinklig auf. Beil. 14: Der Thüringer Wald in seinem mitteleuropäischen Umfeld - das Zusammen- wirken der variszischen Senkenbildung und Querschollengliederung im Zeit- raum des höheren Oberkarbon-Unterperm - schematisiert. Beil. 15-1: Dekompression im Kulminationsbereich der frontal zur WNW-ESE-Terrane- Konvergenzzone vom Typ Bayerischer Pfahl erfolgten asturischen Querschol- lenkompression (NNE-SSW). Beil. 15-2: Die strukturelle Permokarbonentwicklung des Thüringer Wald-Umfeldes im Wirkungsbereich einer „asturisch“ geprägten WNW-ESE- (Bayerischer Pfahl Richtung) und NW-SE- (kontinentales Transformstörungssystem) Schollenfel- derung. Beil. 15-3: Die strukturelle Permokarbonentwicklung des Thüringer Wald-Umfeldes im Wirkungsbereich einer „asturisch“ geprägten Kollisionssutur (Thüringisch- Nordostbayerische Scherzone). Situation nach saalischer Kompression (vgl. Beil. 14). Beil. 15-4: Persistente Mobilität der an tiefreichenden Scherzonen und detachments ent- koppelten Schollen im Grenzbereich Mitteldeutsch-Böhmische/Süddeutsche Großscholle zu Beginn des Zechsteins (post Mosbach-Event). Oberpermische Gotha-Arnstädter Randsenke nordöstlich subparallel zum Göttingen-Ruhla- Regensburg-Lineament im Randbereich der NE-Scholle. Beil. 16: Postum überlieferte variszische Strukturelemente als markante Bestandteile des bruchtektonischen Grundmusters der Thüringer Wald-Scholle. Beil. 17-1: Verbreitung fossilführender basaler bzw. intraformationeller Sedimente der Georgenthal- und Möhrenbach-Formation im Thüringer Wald in Ausstrichge- bieten und Bohrprofilen (schematisiert). Beil. 17-2: Lithostratigraphischer Profilvergleich der Möhrenbach- und Georgenthal- Formation im Grenzzeitraum Stefan C - Autun (Unterrotliegend). Beil. 18: Thüringer Wald und Vorländer im Zeitraum der postasturischen Dekompressi- onsphase (höchstes Stefan C). 4 Beil. 19: Die Gliederung der Georgenthal-Formation nach Bohrprofilen und Oberflä- chenaufschlüssen im westlichen und zentralen Thüringer Wald (schemati- siert). Beil. 20 (1-3): Geologie der “Fenster“-Scholle von Georgenthal im Thüringer