Isotopic age determinations of crystalline rocks of the Upper Harz Mountains, Germany

Zusammenfassung

Eine altersmäßige Einstufung der im Oberharz vorkommenden kristallinen Gesteine wurde durch U-Pb-Isotopenuntersuchungen an Zirkonen und Titanit sowie Rb-Sr-Isotopenmessungen an Gesamtgesteinsproben und Biotiten durchgeführt.

U-Pb-Daten von idiomorphen und runden, detritischen Zirkonen der allochthonen Eckergneis-Scholle deuten auf ein Alter des Ursprungsgebietes der weitgehend metasedimentären Gesteine von etwa 1. 6 Ga oder älter hin und sie weisen ferner auf ein mögliches Metamorphose-Ereignis vor rund 560 Ma im Eckergneis oder im Liefergestein der Zirkone des Eckergneises hin. Der konkordante Datenpunkt bei ca. 295 Ma einer Titanit-Fraktion aus einer Metavulkanit-Probe dokumentiert die kontaktmetamorphe Beeinflussung des Eckergneises durch die variskischen Intrusionen des Oberharzes.

Die Platznahme der Intrusionen der Gesteine des Harzburger Gabbronorit-Massivs sowie des Brokken- und Oker-Granits erfolgten innerhalb der analytischen Fehlergrenzen zeitgleich vor 293–295 Ma. Dies deutet auf eine gemeinsame geotektonische Ursache des Aufdringens der Magmen. Damit verbunden war der Aufstieg der Eckergneis-Scholle, die jetzt zwischen Harzburger Gabbronorit und Brockengranit »eingeklemmt« ist.

Mineralalter der Plutonite liegen nahe bei den Intrusionsaltern und weisen auf rasche Abkühlungsvorgänge in seichtem Krustenniveau hin.

Abstract

Dating of crystalline rocks occurring in the Upper Harz Mountains was carried out by means of U-Pb isotope investigations on zircons and sphene as well as by Rb-Sr isotope measurements on whole-rock samples and biotites.

U-Pb data of euhedral and rounded, detrital zircons of the allochthonous block of the Ecker gneiss point to an age (upper intercept) of the source area of the predominantly metasedimentary rocks of about 1.6 Ga or older. The lower intercept indicates a possible metamorphic event at ca. 560 Ma in the Ecker gneiss or in the source rock of the zircons of this complex. The concordant data point of a sphene fraction from a metavolcanic sample documents contact metamorphic influence on the Ecker gneiss by the Variscan intrusions of the Upper Harz Mountains.

Emplacement of the intrusions of the Harzburg gabbronorite and the Brocken and Oker granites occurred contemporaneously 293–297 Ma ago within the analytical error limits. This points to a common geotectonic cause of the ascent of the magmas. Uplift of the Ecker gneiss block, now squeezed in between Harzburg gabbronorite and Brocken granite, was connected to these processes.

The mineral ages of the plutonites are close to the intrusion ages indicating fast cooling processes in shallow crustal levels.

Résumé

Des mesures d'âge ont été effectuées sur des roches cristallines de l'Oberharz par les méthodes de l'U-Pb sur zircon et sphène et du Rb-Sr sur roches totales et sur biotites. La méthode U-Pb, appliquée aux zircons idiomorphes et détritiques arrondis de l'écaille allochtone des gneiss d'Ecker, fournit un âge (intersection supérieure) d'environ 1,6 Ga au moins pour la source des matériaux surtout métasédimentaires. L'intersection inférieure indique la possibilité d'un événement métamorphique à ± 560 Ma soit dans les gneiss d'Ecker, soit dans les roches-sources de leurs zircons. Un résultat concordant à ± 295 Ma fourni par le sphène d'une métavolcanite enregistre l'action du métamorphisme de contact engendré dans les gneiss d'Ecker par les intrusions varisques.

La mise en place des intrusions du massif gabbronoritique du Harzburg et celle des granite de Brocken et d'Ocker ont été contemporaines: âges de 293 à 297 Ma, compris dans l'intervalle d'approximation des mesures. Ce résultat est en faveur d'une même cause géotectonique pour l'ascension de ces magmas. C'est en relation avec ce processus que s'est produit le soulèvement de l'écaillé des gneiss d'Ecker, actuellement coincée entre le gabbro du Harzburg et le granite de Brocken.

Les âges minéraux des plutons sont voisins des âges d'intrusion, ce qui indique un refroidissement rapide dans un niveau crustal peu profond.

Краткое содержание

С помощью метода уран а-свинца на цирконах и титанитах, а также с п омощью метода рубидия-стронция на ц ельной породе и биоти тах определили возраст к ристаллиновых пород верхнего Гарца.

Данные по урану-свинц у и круглые детритные цирконы из аллохтонн ой глыбы гнейса Эккер указывают на во зраст исходной облас ти преимущественно мет аседиментных пород р авный 1,6 Га, или более, а также н а возможный позднейший метаморф изм гнейсов, или исход ных пород цирконов этих г нейсов, имевший место около 560 Ма тому н азад. Изохронная диаграмма с конкорди ей, вычерченная по фракции титанита из п робы метавулканитов, отмечает контактный метаморфизм гнейсов при интрузии герцинс кого возраста в верхн ие слои Гарца и дает цыфр у в 295 а.

Интрузии в массив габ броонорита Гарцбург а, а также гранитов Брок кена и окера имели место в период от 293 по 295 М а; причем здесь учтены и возможные по грешности анализа. Это указывает на общи е геотектонические причины — внедрение м агм. С этим связано и поднятие глыбы гнейс ов Эккера, оказавшейс я в наше время втиснуто й между габбро Гарцбу рга и гранитами Броккена.

Возраст плутонитов л ежит близко к возраст у интрузии и указывает на быстрое охлождени е слоев коры, залегавши х близь поверхности.