Carboniferous submarine volcanism at Herbornseelbach (Lahn-Dill area,Germany) |
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Authors: | H -U Schmincke G Sunkel |
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Institution: | (1) Present address: Institut für Mineralogie, Ruhr-Universität Bochum, Postfach 102148, 4630 Bochum 1, FRG |
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Abstract: | A 100 m-thick sequence of Carboniferous submarine, dominantly basaltic volcanic rocks at Herbornseelbach (Lahn-Dill area) is subdivided into six units. Two pillow volcanoes show a characteristic change from basal megapillows (up to 5 m across) through »normal« pillows (0.5 to 0.8 m across) to a top facies of small pillows (<0.5 m across) and/ or breccias of scoriaceous clasts and discontinuous lava stringers. Sheet flows, 0.5 to 4 m thick, can be distinguished from sills by asymmetric cooling structures and textures, vesicle concentrations near the top, basal flow wrinkles and ponding of sediments on irregular flow tops.The clastic top facies of one pillow unit dominated by vesicular lapilli is thought to have formed by submarine lava fountaining indicating eruptions in shallow water. Angular fragments in a hyaloclastite breccia, containing minor fresh sideromelane, are interpreted to have resulted from mechanical break-up of pillows or sheet flows. Deposition by mass flow in a topographic depression alternated with deposition of non-volcanic sediments and rhyolitic tuffs prior to slumping of the assemblage en masse. Thin beds of rhyolitic tuff are intercalated with sheet flows.Interpretation of secondary chemical and mineralogical alteration changes and the tectonic environment of magma formation is aided significantly by volcanological analysis. Low-temperature diagenetic processes and subsequent very low grade regional metamorphism resulted in the dominant chlorite — albite paragenesis, local epidote and pumpellyite indicating maximum temperatures around 300°C. Pronounced effects of post-depositional cold sea floor weathering and local hydrothermal alteration are still recognizable. Lavas and breccias of pillow unit II are characterized by severe loss of Ca and Na and major gain of K, chemical changes being most pronounced in clastic rocks altered at high water/rock ratios. Unit II is believed to represent a pillow volcano that stood above the sea floor exposed to oxidizing percolating seawater for a long time.The extrusive and clastic rocks range from mafic basalts, containing olivine-spinel-plagioclase phenocrysts to intermediate compositions dominated by plagioclase phenocrysts and characterized by lower compatible trace element concentrations. The volcanics most closely resemble present day E-type MORB to moderately alkalic OIB.
Zusammenfassung Eine 100 m mächtige Folge karbonischer, submariner, überwiegend basaltischer vulkanischer Gesteine in Herbornseelbach (Lahn-Dill-Gebiet) ist in 6 Einheiten untergliedert worden. Zwei Pillowvulkane zeigen einen charakteristischen Wechsel von Megapillows an der Basis (bis zu 5 m Durchmesser) über normale Pillowlaven (0.5–0.8 m Durchmesser) zu einer Topfazies, die aus kleinen Pillows (<0.5 m Durchmesser) und/oder einer Breccie aus schlakkigen Komponenten besteht. Schichtlaven, 0.5–4 m dick, können von Sills durch asymmetrische Abkühlstrukturen und Gefüge, Blasenanreicherung in der Topzone, Fließrunzeln an der Basis und Sedimenttaschen auf unregelmäßigen Stromoberflächen unterschieden werden.Die klastische Topfazies einer Pilloweinheit mit überwiegend blasigen Lapilli wird als Ablagerung submariner Lavafontänen interpretiert und weist auf Eruptionen im Flachwasser hin. Angulare Fragmente in einer hyaloklastischen Breccie mit Relikten frischer Sideromelanscherben entstanden wahrscheinlich durch das mechanische Zerbrechen von Pillow- und Schichtlaven. Die Hyaloklastite, die mit nichtvulkanischen Sedimenten assoziert sind und mit rhyolitischen Tuffen wechsellagern, sind durch mass flows in einer topographischen Mulde abgelagert worden. Zwischen den Schichtlaven liegen dünne rhyolitische Tuffe.Die Interpretation der chemischen und mineralogischen Veränderungen und des tektonischen Environments der Magmenentstehung wird durch die vulkanologische Analyse signifikant ergänzt. Diagenetische Prozesse und die anschließende sehr schwache regionale Metamorphose resultieren in der dominanten Chlorit — Albit Paragenese. Lokales Auftreten von Epidot und Pumpellyit deutet auf Temperaturen von maximal ca. 300°C. Kalte Meeresbodenverwitterung und lokale hydrothermale Veränderungen sind noch zu erkennen. Die Laven und Breccien der Pilloweinheit II sind charakterisiert durch Ca und Na Verluste und deutliche K Anreicherungen. Diese chemischen Veränderungen sind am deutlichsten in den klastischen Gesteinen, die unter hohen Wasser/Gesteinsverhältnissen verändert wurden. Einheit II repräsentiert vermutlich einen morphologisch exponierten Pillowvulkan, der lange Zeit dem oxidierenden, durchsickernden Meerwasser ausgesetzt war.Die extrusiven vulkanischen Gesteine reichen von Basalten mit Olivin-Spinell-Plagioklas Einsprenglingen bis zu intermediären Zusammensetzungen mit überwiegend Plagioklas Einsprenglingen und geringen Konzentrationen kompatibler Spurenelemente. Die Vulkanite ähneln am ehesten heutigen E-Typ MORB bis mäßig alkalischen OIB.
Résumé A Herbornseelbach (région Lahn-Dill) existe une série carbonifère puissante de 100 m, formée de roches volcaniques sous-marines, principalement basaltiques, qui se subdivise en six unités. Deux volcans à laves en coussins montrent une évolution caractéristique qui consiste, de bas en haut, en mégacoussins (jusque 5 m de diamètre), en coussins »normaux« (0,5 à 0,8 m) et en un faciès supérieur comportant de petits coussins (<0,5 m) et/ou des brèches de clastes scoriacés melées de langues de lave discontinues. Les coulées, épaisses de 0,5 m à 4 m, se distinguent des sills par leurs structures de refroidissement asymétriques, par la concentration des vésicules à leur sommet, par des rides d'écoulement basales et par le piégeage de sédiments sur leur surface supérieure irrégulière.Dans une des unités, le faciès supérieur clastique, dominé par des lapilli vésiculaires est considéré comme le résultat de fontaines de laves sous-marines, caractérisant des éruptions en eau peu profonde. Dans une bréche hyaloclastique, des fragments anguleux, contenant du sidéromélane frais sont interprétés comme résultant de la fragmentation de coussins. Il y a eu alternance de dépôt par transport en masse dans des aires en dépression et de sédimentation de tuf rhyolitique et de matériaux non volcaniques, préalable à ces transports.L'analyse volcanologique apporte une aide précieuse à l'interprétation des modifications minéralogiques et chimiques secondaires et au cadre tectonique de ce magmatisme. La paragenèse dominante à chlorite-albite témoigne de processus diagénetiques de basse température et par conséquent d'un métamorphisme de faible degré, la présence locale de d'épidote et de pumpellyite indiquant une température maximale de l'ordre de 300°. Il est possible d'encore reconnaître les effets prononcés d'une altération post-dépôt au contact de l'eau de mer froide, ainsi que d'une altération hydrothermale. Les laves et les brèches de la 2e unité montrent une perte sévère de Ca et de Na, et un gain important de K, ces changements chimiques étant plus marqués dans les roches clastiques à rapport eau/roche élevé. L'unité n 2 doit correspondre à un volcan posé sur le fond et exposé pendant un temps prolongé à la percolation oxydante de l'eau de mer.Les roches extrusives et clastiques vont de basaltes mafiques à phénocristaux d'olivine-spinelle-plagioclase à des produits de compositions intermédiaires à phénocristaux de plagioclase dominants et à faible concentration d'éléments en trace compatibles. Ces volcanites ressemblent de très près aux types actuels E-MORB et OIB modérément alcalin.
, . ., Herbornseelbach ( Lahn-Dill), 100 6 . — 5 -, «» — 0,5 0,8 — — 0,5 — / . 0,5 4 , , . , , , . , , , , . , , . . , . , , — , , 300° C. . Ca Na, a , , . , , , ., , -- , , ; . E MORB OIB. |
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