Petrogenesis of early paleozoic peralkaline rhyolites from the Macedo de Cavaleiros region (NE Portugal)

The petrology and geochemistry of Variscan peralkaline gneisses from NE Portugal, discovered in 1962, is presented. Major and trace element data for the oversaturated sequence of the Macedo de Cavaleiros area depict some specific geochemical patterns: high Fe₂O₃ ^(t) (even higher than in the Ethiopian Main Rift), high REE concentrations and small Eu anomalies. Field and petrographical observations also suggest that liquid immiscibility has played an important petrogenetic role in the crystallization trends. The alternating pyroxenefeldsparhematite-rich bands observed in outcrop are interpreted as resulting from fluctuating fO₂ conditions. Petrological and geochemical data show that these pantelleritic and comenditic rocks are the end members of an alkaline-transitional basaltic sequence, by which they are overlain. An uppermost sequence of oceanic tholeiitic basalts completes the picture of an evolving rift environment, where mantle processes generate crustal thinning and eventually oceanic crust.

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Zusammenfassung Petrologie und Geochemie variszischer peralkaliner Gneisse aus Nordostportugal, 1962 entdeckt, werden dargestellt. Die Haupt- und Spurenelementanalysen dieser übersättigen Gesteine weisen Besonderheiten auf, wie z. B. die hohen Fe203-Gehalte, die selbst noch die des »Ethiopian Main Rift« übersteigen, die hohen Konzentrationen an Seltenen Erdelementen und die kleine negative Eu-Anomalie. Geländegeologie und Petrographie suggerieren, da\ die liquid-magmatische Entmischung eine wichtige petrogenetische Rolle im Kristallisationsablauf spielte. Im Aufschlu\ wird eine Wechsellagerung von Pyroxen-Feldspat- und Hämatit-reichen Schichten beobachtet, die hier als Folge von fO2-Schwankungen erklärt wird. Die petrologischen und geochemischen Daten zeigen, da\ die pantelleritischen und comenditischen Gesteine die letzten Glieder in einer Abfolge vom alkalinen übergangstyp darstellen... Die vulkanische Abfolge im Gebiet von Macedo de Cavaleiros endet mit tholeiitischen Basalten, die damit das Bild der magmatischen Entwicklung in einem Rift-Bereich, in dem Mantelprozesse eine Krustenverdünnung in einem Rift-Bereich, in dem Mantelprozesse eine Krustenverdünnung und die Bildung ozeanischer Kruste bewirkten, vervollständigen.

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Résumé L'auteur présente la pétrologie et la géochimie des gneiss varisques peralcalins du nord-est du Portugal, découverts en 1962. Les analyses des éléments majeurs et en traces dans ces roches sursaturées montrent quelques caractéristiques spéciales comme la haute teneur en Fe₂O₃ (t) (supérieure mÊme à celles de l'»Ethiopian Main Rift«), la haute concentration en terres rares et la faible anomalie négative de Eu. La géologie de terrain et les observations pétrographiques suggèrent aussi que l'imiscibilité entre liquides a joué un rÔle pétrogénétique important au cours de la cristallisation. Les alternances de bandes alternativement riches en pyroxène-feldspath et en hématite, observées sur les affleurements, sont interprétées comme le résultat de la fluctuation de fO₂. Les données pétrologiques et géochimiques montrent que les roches pantéléritiques et comenditiques représentent les derniers termes d'une séquence du type alcalintransitionel qui les surmonte. La séquence volcanique dans le secteur de Macedo de Calvaleiros se termine par des basaltes tholéiitiques qui complètent le cadre d'une environnement d'un zone de »rift« dans laquelle les processus mantéliques ont déterminé l'amincissement crustal et la formation d'une croûte océanique.

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, - , 1962 . , .: Fe₂O₃, Ethiopian Main Rift, . , - . , , , FeO₂. , . Macedo de Cavaleiro , , , , .

     

Quartz-plagioclase metasomatic rocks in the Västervik area,southeastern Sweden

Quartz-plagioclase veins in the Västervik area, southeastern Sweden, show macroscopic and microscopic characteristics that indicate a metasomatic mode of origin. Comparison of the mineralogical composition of the veins and the host rocks shows that biotite and kalifeldspar, which both are abundant in the host rocks, are scarce in the veins. Plagioclase is much more abundant in the veins than in the host rocks. Modal analyses were used to compare the compositions of veins and host rocks. The quartz-plagioclase veins are considered to have originated by supercritical aqueous solutions.

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Zusammenfassung Quarz-Plagioklas-Adern in der Nähe von Västervik in Südost-Schweden haben makroskopische und mikroskopische Kennzeichen, die auf ein metasomatisches Entstehen hinweisen. Aus Modalanalysen erweist sich, daß Biotit und Kaliumfeldspat, die im Nebengestein sehr allgemein sind, in den Adern fast ganz fehlen. Plagioklas ist in den Adern sehr allgemein vertreten und im Nebengestein nur spärlich. Eine Bildung durch überkritische wässerige Lösungen wird als wahrscheinlich angenommen.

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Résumé Des filons constitués de quarz et de plagioclase dans la région de Västervik dans la partie sud-est de la Suède montrent des caractères macroscopiques et microscopiques qui indiquent une origine métasomatique. La comparaison de la composition minéralogique des filons et celle des roches encaissantes montre que les minéraux qui sont abondants dans les roches encaissantes, la biotite et les feldspaths alcalins, sont peu fréquents dans les filons. D'autre part, la plagioclase est beaucoup plus abondante dans les filons que dans les roches encaissantes. Les compositions des filons et des roches encaissantes ont été comparées à l'aide des analyses modales. Des solutions aqueuses supercritiques sont considérées d'être responsables pour la formation des filons.

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- Västervik, , , , . - , . , .

     

Fazieswechsel und Metamorphose in der westlichen Serra Negra (Espinhaço-Zone,Minas Gerais,Brasilien)

Zusammenfassung Es wird eine Übersichtskarte für die Serra Negra (Ostrand der Espinhaço-Zone) im Maßstab 1250 000 vorgelegt.Lithologische Faziesübergänge und das Vorkommen ultrabasischer bis basischer Gesteine belegen einen mio-/eugeosynklinalen Übergangsbereich der Minas-Geosynklinale. In der jüngeren, die Minas-Serie diskordant überlagernde São-Francisco-Serie (Macaúbas-Fazies) wurden erstmals magmatische Gesteine nachgewiesen.Die metamorphen Mineralneubildungen in der Minas-Serie weisen auf eine nach Osten zunehmende Regionalmetamorphose hin. Der größte Teil des Arbeitsgebietes liegt im Übergangsbereich Grünschiefer-/Amphibolit-Fazies.

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A regional study of the Serra Negra (eastern region of the Serra do Espinhaço) was carried out at the scale 1250 000.Lithologic facies changes and occurences of ultrabasic and basic rocks allow to delimit a mio/eugeosynclinal transition within the Precambrian Minas-Geosyncline. Within a post-Minas sequence (Macaúbas-Facies of the São Francisco Series) magmatic rocks have been encountered for the first time.Regional metamorphism within the Minas-Series is increasing to the east. The major part of the area belongs to a transitional zone between the greenshist- and amphibolite-Facies.

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Resumo Foi mapeada a região da Serra Negra (margem oriental da Serra do Espinhaço) na escala 1250 000.Mudanças de fácies, ocorrênicias de rochas ultrabásicas e básicas permitiram delimitar uma região de transição entre condições mio- e eugeossinclinais na Série Minas. Dentro da fácies Macaúbas, na Série São Francisco, discordante da Série Minas, foram reconhecidas rochas magmáticas pela primeira vez.O metamorflsmo regional da Série Minas cresce em direção leste. A maior parte da área em estudo situa-se na região de transição entre a fácies xisto verde e a anfibolítica.

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Serra Negra ( Espinhaco) 1 : 250000. / . - ( Macaubas), . . .

     

Polyphase metamorphic sedimentary xenoliths from Mt. Amiata volcanics (Central Italy); evidence for a partially disrupted contact aureole

Metasedimentary inclusions in the crustal anatectic rhyodacites of Mt. Amiata volcanic complex can be subdivided into a silica-poor group, rich in aluminous minerals, and a small silica-rich group containing abundant quartz. Textural observations, supported by mineral chemistry provide evidence for three metamorphic events. The regional metamorphic M₀ is often associated with deformation, and two subsequent progressive thermometamorphic events, M₁ and M₂, are caused by the magmatic heat. Mineral assemblages of M₁ are indicative for the pyroxene-hornfels facies, and assemblages of M₂, in combination with evidence for partial melting and sanidinization, suggest sanidinite facies conditions. The inclusions are interpreted mainly as xenolithic fragments of a contact aureole, which were remetamorphosed after incorporation by the magma. The aureole formed in pre-mesozoic formations during accumulation of the melt in a magmachamber. Constraints on pressure conditions for M₁ indicate the possibility of a fairly large depth of the heat-source giving rise to Mt. Amiata geothermal field.

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Zusammenfassung Metasedimentäre Einschlüsse in den krustal anatektischen Rhyodaziten des vulkanischen Komplexes Monte Amiata lassen sich untergliedern in eine Silica-arme Gruppe, reich an Aluminium-Mineralien, und eine kleine Silica-reiche Gruppe mit Quarz im Übermaß. Die beobachteten Texturen, unterstützt von der Mineralchemie weisen auf drei metamorphe Ereignisse. Die Regionalmetamorphose M₀ ist häufig verbunden mit Deformation, während zwei nachfolgende progressive Thermometamorphosen M₁ und M₂ verursacht worden sind von der magmatischen Wärme. Die Mineralgesellschaften des M₁ sind representativ für die Pyroxen-Hornfels Fazies und die Gesellschaften des M₂, in Kombination mit Anweisungen für partielle Aufschmelzung und Sanidinisation, suggerieren Umstände der Sanidinit-Fazies. Die Einschlüsse werden interpretiert als xenolithische Fragmente einer Kontaktaureole, die nochmals metamorphosiert wurden nach der Aufnahme ins Magma. Die Aureole entstand in pre-mesozoischen Formationen während der Akkumulation des Schmelzes in einer Magmakammer. Die geschätzten Druckbedingungen für M₁ sind im Einklang mit der Möglichkeit einer ziemlich tiefen Position der Wärmequelle gehörend zum Geothermalfeld des Monte Amiata.

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Résumé Les enclaves métasédimentaires des rhyodacites anatectiques crustales du complexe volcanique du Monte Amiata se laissent subdiviser en deux groupes: l'un pauvre en silice avec des minéraux alumineux abondants, et l'autre, moins important, contenant un excès de quartz. Les textures, supportées par la minéralogie chimique témoignent de trois événements métamorphiques. Le métamorphism régional M₀ est souvent associé avec une déformation tandis que deux événements successifs de métamorphisme progressif, M₁ et M₂, ont été causés par la chaleur magmatique. Les assemblages des minéraux de M₁ représentent le faciès des cornéennes à pyroxene, et les assemblages de M₂, en combinaison avec indications de fusion partielle et sanidisation, suggèrent les conditions du faciès des sanidinites. Les enclaves sont interprétées comme des fragments xénolithiques d'une auréole de contact, qui ont été remétamorphosés après incorporation par le magma. L'auréole s'est formée dans les formations pré-mésozoiques pendant l'accumulation du magma dans un réservoir. Les conditions P-T de M₁ permettent de supposer que la source thermique donnant lieu au champ géothermique du Monte Amiata, occupe une position assez profonde.

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: , , . , , . ₀ , — M₁ M₂ — . M₁ - , ₂ , . , , . - , . M₁, , , .

     

Nachweis altpaläozoischer Primäralter (Rb-Sr) und karbonischer Abkühlungsalter (K-Ar) der Muskovit-Biotit-Gneise des Spessarts und der Biotit-Gneise des Böllsteiner Odenwaldes

Zusammenfassung An Gesamtgesteins-Proben von orthogenen Gneisen des Vorspessarts, des Böllsteiner Odenwaldes und des Kristallins von Neustadt sind Rb-Sr-Altersbestimmungen und — an abgetrennten Mineralen solcher Gneise sowie von Pegmatiten bzw. Pegmatoiden — K-Ar-Altersbestimmungen durchgeführt worden. Alle Gneise zeigen blastomylonitische Erscheinungen. Fünf Gneisproben des Spessarts (»Rotgneise«) definieren einen Alterswert von 414±18 Ma (1, 42 10^–11a^–1) bei einem SrAnfangswert von 0,707±0,002 und bestätigen den vonKreuzer et al. (1973) für diese Gesteinsgruppe bestimmten silunsch-devonischen Wert. Sieben granodioritische Biotit-Gneise des zentralen Teils des Böllsteiner Odenwaldes ergeben keine eindeutige Isochrone. Es zeichnen sich sowohl altpaläozoische als auch karbonische Beziehungen im Diagramm ab. Sieben Granitgneis-Proben liefern einen Alterswert von 360±56 Ma. Zusammen liefern die beiden Gneistypen die Alters-Aussage 413±26 Ma. Insgesamtwird die ursprünglichVon Bubnoff (1922) erkannte Altersverschiedenheit zum Bergsträ\er Odenwald bestätigt. Die Intrusion der Vorgänger der untersuchten Gesteine aus Spessart und Böllsteiner Odenwald erfolgte, bezogen aufGale (1982), möglicherweise während des Silurs, spätestens während des frühen Devons. Für die Hornblende-Gneise von Neustadt ergab sich ein Zweiproben Rb-Sr-Alter von 369±14 Ma. Mehrere K-Ar- und zwei Rb-Sr-Altersbestimmungen ergaben für Glimmer, Hornblenden und einen Apatit der beiden Hauptgebiete mittelkarbonische Werte. Sie werden als Abkühlungsalter nach Metamorphose und Mylonitisierung gedeutet.

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Rb-Sr whole-rock analyses on samples from the Spessart, the Böllstein Odenwald and a crystalline outcrop between the two areas (near Neustadt) have been performed. Mineral separates of some of the rocks and from pegmatites respectively pegmatoids were used for K-Ar dating. All the gneisses show blastomylonitic features. Five muscovitebiotite gneisses from the Spessart (»Rotgneise«) yield an age of 414±18 Ma (1.42^* 10^–11a^–1) and a Sr isotope initial value of 0.707±0.002, confirmingKreuzer et al. (1973). The results of seven granodioritic gneisses from the Böllstein Odenwald don't lie on an isochron. There are points in the Sr evolution diagram lining up with an old-paleozoic and some with a Carboniferous age value. Seven granitic gneiss samples yield an age value of 360±56 Ma. The result of all Böllstein samples together is 413±26 Ma (2-sigma; I_o= 0.708±0.002). The older age of the Böllstein basement compared to the Bergsträ\er Odenwald postulated byVon Bubnoff (1922) is confirmed. The intrusion of the educts of the orthogneisses in Spessart and Böllstein Odenwald occured during the Silurian (compareGale 1982), at the latest during the early Devonian. Two hornblende gneisses of the Neustadt crystalline outcrop yield an Rb-Sr age of 369±14 Ma. Several K-Ar and two Rb-Sr age determinations on micas, hornblendes and an apatite give isotopic ages corresponding to Middle-Carboniferous times. They date the cooling of the two areas after metamorphism and mylonitisation.

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Résumé Des datations par la méthode Rb-Sr sur roche totale ont été effectuées sur des gneiss du Spessart, du Böllsteiner Odenwald et d'un affleurement intermédiaire (près de Neustadt). La méthode K-Ar a été appliquée à des minéraux séparés des mÊmes gneiss ainsi que de pegmatites et pegmatoÏdes. Tous les gneiss possèdent une structure blastomylonitique. Cinq gneiss à muscovite-biotite du Spessart (»Rotgneise«) donnent un âge de 414±18 Ma (=1,42×10^–11 a^–1) avec un rapport initial I_o de 0,707±0,002 ce qui confirme les résultats obtenus parKreuzer et al (1973). Sept gneiss granodioritiques de l'Odenwald fournissent des points qui ne s'alignent pas sur une isochrone: certains d'entre eux donnent un âge paléozoÏque inférieur, les autres un âge carbonifère. Sept gneiss granitiques fournissent un âge de 360±56 Ma. Ces deux types de gneiss, ensemble, fournissent un âge de 413±26 (2-sigma; I_o=0,708± 0,002). Ces mesures confirment l'antériorité du socle du Böllstein par rapport au Bergsträsser Odenwald postulée par vonBubnhoff (1922). L'intrusion des roches magmatiques, qui sont à l'origine des orthogneiss dans le Spessart et le Böllsteiner Odenwals a dû se produire pendant le Silurien (voir:Gale 1982) et, au plus tard, pendant l'Eodévonien. Deux gneiss à hornblende du cristallin de neustadt fournissent un âge Rb-Sr de 369±14 Ma. Plusieurs déterminations K-Ar et deux déterminations Rb-Sr effectuées sur des micas, des hornblendes et une apatite donnent des âges isotopiques correspondant au Carbonifère moyen. Cet âge représente le refroidissement des deux régions après le métamorphisme et la mylonitisation.

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(Wurzelzone) , . , , , , , . , , . . , . 0,4 1% .

     

Wechselbeziehung kaledonischer Deformationspläne nordöstlich Stavanger (Südwest-Norwegen)

Zusammenfassung Zur Ergänzung der petrographischen Neuaufnahme des kaledonischen Gebirges nordöstlich Stavanger durchGeorg Müller wurde eine strukturgeologische Felduntersuchung vorgenommen.Die obersten Partien des Präkambriums und die metamorphe Gesteinsserie des Kambro-Silurs zeigen zwei Deformationspläne, die sich aufgrund ihrer Altersbeziehungen, ihres Deformationsstils und der vorherrschenden Achsenrichtungen deutlich voneinander unterscheiden. Sie sind daher das Ergebnis zweier unabhängiger Deformationsphasen.Die ältere Deformation (F1) hat mit wechselnder Stärke den gesamten Bereich erfaßt. Ihre Faltenachsen zeigen überwiegend Nordwest-Südost-Richtung. Charakteristisch ist Isoklinalfaltung.Die jüngere Deformationsphase (F2) zeigt keinen ausgeprägten Faltungsstil und hat sich vor allem im unteren Teil der kambro-silurischen Gesteinsserie ausgewirkt. Bei den Faltenachsen überwiegt die Nordost-Südwest-Richtung.Das Quarzkorngefüge hat während der F 1-Deformation eine starke Regelung erfahren. Dagegen hat nur sehr intensive F 2-Faltung zu einer Umregelung geführt.

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In order to complete the petrographic mapping of the Caledonian mountains NE of Stavanger by G.Müller, the structural geology was again studied in the field.The upper parts of the Precambrien and the metamorphic rocks of the Cambro-Silurien show two different deformation plans, which may be distinguished clearly by their age, their style of deformation and the predominant orientation of their axes. Therefore, they were originated in two independent deformation phases.The older deformation (F 1) influenced the complete area with changing intensity. Their fold axes show mostly to NW-SE. Isoclinal folds seem to be characteristic.The younger deformation (F2) does not show a typical style of folding. It influenced especially the lower part of the Cambro-Silurian series. The orientation of the fold axes points especially to NE-SW.The orientation of the quartz axes was regulated parallel during the F 1-deformation. Only heavy F 2-folding led to reorientation of the axes.

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Résumé Dans le but de compléter les nouveaux levés pétrographiques de la chaîne calédonienne au nord-est de Stavanger réalisés par G.Müller, l'auteur a entrepris des travaux de terrain au point de vue structural.Les parties supérieures du Précambrien et la série de roches métamorphiques du Cambro-Silurien montrent deux systèmes de déformation, qui se différencient nettement par leur âge, le style de leur déformation et leurs directions axiales prédominantes, Elles résultent donc de deux phases de déformation indépendantes l'une de l'autre.La phase de déformation la plus ancienne (F1) a touché avec une violence plus ou moins forte l'ensemble du domaine. Les axes de plissement prennent principalement la direction nord-ouest/sud-est. Son plissement isoclinal est très caractéristique.La phase de déformation plus jeune (F 2) ne présente aucun style de plissement bien marqué et a agi principalement sur la partie inférieure de la série de roches cambro-siluriennes. Les axes de plissement sont surtout dirigés nord-est/sud-ouest.Les grains de quartz ont été soumis à une forte régulation pendant la première phase de déformation (F1). Par contre c'est uniquement là où le plissement a été très intense au cours de la deuxième phase (F 2) que le quartz a pris une nouvelle structure.

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Stavauger, Georg üll', . , . , , . (F₁) . , . , NW-SE . . (F₂) , . ., - . , . ., NE-SW. F₁ . F₂ .

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Den Herren Professoren Dr. F.Karl, Kiel, und Dr. G.Müller, Clausthal, möchte ich hiermit für anregende Diskussionen und die gute Zusammenarbeit, Herrn Dr. G.Braun und Dr. A.Richter (beide Kiel) für die Mithilfe bei den Korngefügeanalysen danken. Der Deutschen Forschungsgemeinschaft bin ich für die Finanzierung der Untersuchungen — im Rahmen des Forschungsvorhabens Gesteinsmetamorphose — zu Dank verpflichtet.     

Structural development of the Precambrian basement in the Bir Safsaf-Aswân area,SW-Egypt

Structural investigations, especially on quartz c-axis fabrics, combined with petrological work, were carried out in Precambrian rocks from the basement outcrops Bir Safsaf, Gebel el Asr und Gebel Umm Shâghir in the Western Desert in SW Egypt. The principal rock types are migmatites with local mylonite zones. The foliation and shear planes strike WNW-ESE, the axes of the wide and open folds NE-SW to N-S. Investigation of recrystallization features and mineral parageneses lead to P–T-estimates for the different stages of the metamorphic evolution. They range from early granulite facies down to greenschist facies. Quartz-c-axis fabrics of the migmatites and mylonites are similar (crossed-girdle fabrics) but they have a different regional orientation of the strain ellipsoid. Shear zones developed after the main migmatite facies event. The geological evolution of the basement outcrops in Bir Safsaf, Gebel el Asr and Gebel Umm Shâghir is comparable and the whole region is thought to be part of the East Sahara Craton.

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Zusammenfassung Strukturuntersuchungen, besonders Quarz-c-Achsen-Regelungen, kombiniert mit petrologischen Arbeiten, wurden an Gesteinen der präkambrischen Grundgebirgsaufschlüsse Bir Safsaf, Gebel el Asr und Gebel Umm Shâghir in der Western Desert, ägypten, durchgeführt. Die hauptsächlich auftretenden Gesteinstypen sind Migmatite mit lokalen Mylonitzonen. Schieferungs- und Scherflächen streichen WNW-ESE, die Achsen der weiten bis offenen Faltung NE-SW bis N-S. Mit Hilfe des Rekristallisationsverhaltens und der Paragenesen werden P-T-Abschätzungen der Metamorphosestadien angegeben. Sie reichen von früher Granulitfazies bis zu später Grünschieferfazies. Die Quarz-c-Achsenregelung in Migmatiten und Myloniten ist ähnlich (Kreuzgürtelregelung), jedoch mit unterschiedlicher regionaler Orientierung des Strainellipsoids. Scherzonen entwickelten sich nach dem migmatitfaziellen Hauptmetamorphose-Ereignis. Die geologische Entwicklung in den Grundgebirgsaufschlüssen von Bir Safsaf, Gebel el Asr und Gebel Umm Shâghir ist vergleichbar und das gesamte Gebiet wird als Teil des Ostsaharakratons angesehen.

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Résumé Cette note fait état des résultats de recherches menées dans les aires d'affleurement du socle pré-cambrien de Bir Safsaf, du Jebel al Asr et du Jebel Umm Shâghir, dans le désert occidental d'Egypte; ces recherches ont consisté en l'étude des structures, particulèrement des fabriques des axes c du quartz, combinée avec une étude pétrologique. Les roches sont essentiellement des migmatites accompagnées de zones de mylonites locales. La schistosité et les plans de cisaillement y sont orientés WNW-ESE; elles présentent des plis ouverts dont les axes sont NE-SW à N-S. L'étude des structures de recristallisation et des paragenèses minérales fournit une estimation des conditions (p,t) au cours des stades successifs de l'évolution métamorphique. Ces conditions s'échelonnent du faciès des granulites jusqu'à celui des schistes verts. Les fabriques des axes c du quartz sont les mÊmes dans les migmatites et les mylonites (fabrique à «ceintures croisées»), mais ces roches présentent des orientations régionales différentes de l'ellipsoÏde des déformations. L'événement métamorphique principal à caractère migmatitique a été suivi de la formation de couloirs de cisaillement (shear-zones). L'évolution géologique du socle est comparable dans les trois aires étudiées; l'ensemble est considéré comme faisant partie du craton du Sahara oriental.

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, Bir Safsaf, Gebel el Asr Gebel Umm Shâghir, . . WNW-ESE, — NE-SW N-S. , . . / Kreuzgü rtelregelung /, . . Bir Safsaf, Gebel el Asr Gebel Umm Shaghir , .

     

On the origin of orogenic volcanism

It is widely believed that the explanation of orogenic volcanism lies in the shear heating and subsequent partial melting of the crustal fraction of subducted lithosphere. Careful examination of simple models of the shear-heating process indicates, however, that this process cannot occur in a system with constant strain-rate boundary conditions, for reasonable values of the strain rate and material parameters. Thermal runaway cannot occur because viscous dissipation process is limited by the effect of temperature on viscosity, although shear-heating instability may develop during non-steady-state shear at stress or strain-rate values above certain critical values. Examination of subduction history models indicates that supercritical shear stresses constant over some tens of kilometers may be found in subduction shear zones. Since instability may develop if such conditions are present over even a 1–10 km range, it is still possible that non-steady-state process could explain the origin of orogenic volcanism.

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Zusammenfassung Schererwärmung bis zum partiellen Aufschmelzen der subduzierten Kruste wird vielfach als Ursache des orogenen Vulkanismus genannt. Eine sorgfältige Betrachtung eines einfachen Schererwämungsmodells führt zu folgenden Resultaten: Schererwärmung unter Vorgabe konstanter Dehnungsrate in der Scherzone führt zu allmählicher Erwärmung, wobei die Temperatur unter der Solidusgrenze bleibt, sofern man vernünftige Werte der Modellparameter wählt. Die Temperaturerhöhung bleibt in diesem Fall beschränkt durch die Rückkopplung von Temperatur und Viskosität. Schererwärmungsinstabilitäten, die zu partiellem Aufschmelzen führen, sind möglich, sofern bei nicht-stationärer Schererwärmung die Scherspannung oder die Dehnungsrate gewisse kritische Werte übersteigen. Es wird gezeigt, daß die Annahme superkritischer und konstanter Scherspannung entlang von 1–10 km langen Wegstücken der subduzierten Kruste mit Beobachtungen und Modellrechnungen verträglich ist. In diesem Fall können Scherinstabilitäten in einer Tiefe von 100 km bis 200 km in der subduzierten Kruste auftreten.

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Résumé On croit couramment que l'explication du volcanisme orogénique se trouve dans l'échauffement causé pai les tensions d'arrachement et dans la fusion partielle consécutive de la fraction crustale de la lithosphere en voie de subduction. Une considération soigneuse d'un modèle simple d'échauffement par tensions conduit aux résultats suivants: un échauffement sous de telles tensions et dans des conditions avantageuses d'un degré d'extension constant dans la zone de cisaillement conduit à un échauffement par broyage où la température reste maintenue en-dessous de la limite du solidus pour autant qu'on choisisse des valeurs raisonables pour les paramètres du modèle. L'élévation de température reste dans ce cas limitée par le couple température-viscosité. Les instabilités par échauffement sous tension qui conduisent à la mise en fusion partielle, sont possibles pour autant que, sous un échauffement non stationnaire, le cisaillement ou le degré d'extension ne dépasse pas certaines valeurs critiques. On montre que l'adoption d'une tension de cisaillement supercritique et constante le long de tronçons de 1–10 km de la croûte en voie de subduction est compatible avec les observations et avec les calculs déduits du modèle. Dans ce cas des instabilités sous l'effet du cisaillement peuvent se produire dans la croûte en voie de subduction à une profondeur de 100 à 200 km.

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Einige Beobachtungen und Überlegungen zur Kluftentstehung in Sedimentgesteinen

Zusammenfassung Ruhig gelagerte Sedimentgesteine eignen sich im besonderen Maße für grundsätzliche Untersuchungen zur Kluftentstehung. Die Klüftung erreicht nämlich ihre größte Regelmäßigkeit und Vollendung in Gebieten mit nahezu horizontal liegenden Sedimentgesteinen, in denen andere tektonische Strukturen kaum oder überhaupt nicht auftreten (Secor, 1965: 634).In den untersuchten, annähernd horizontal gelagerten, geschichteten Sedimentgesteinen Südwestdeutschlands sind zwei Kluftscharen entwickelt, die normal zueinander sowie normal zu den Schichtflächen stehen. Die Kluftscharen sind hinsichtlich Streuung, Rauhigkeit, Kluftabstand und Durchtrennungsgrad ungleichwertig entwickelt. Diese ungleiche Entwicklung läßt sich sowohl in den kompetenten (Kalk-, Sandsteine) als auch in den inkompetenten (Mergel, Tonstein) Schichten beobachten.Mit Hilfe experimenteller und rechnerischer Untersuchungen wird versucht, eine mechanisch sinnvolle Erklärung des geologischen Sachverhaltes zu finden. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Tatsache, daß das Gebirge hinsichtlich der in ihm entwickelten Klüfte als ein inhomogener, geschichteter Körper anzusehen ist. Es läßt sich zeigen, daß die beobachteten natürlichen und künstlichen Kluftsysteme am besten erklärt werden können, wenn die größte Hauptnormalspannung als vertikal gerichtet angenommen wird. Entscheidend für die gerichtete Anlage der Kluftstrukturen sind (zum Teil nur geringfügige) Betragsdifferenzen der zwei horizontal gerichteten kleineren Normalspannungen.

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Smoothly layered sedimentary rocks are particularly suited for fundamental investigations on joint generation, because jointing reaches its ultimate regularity and perfection in areas of near-horizontal sedimentary strata where other types of structural deformation are scare or absent (Secor, 1965: 634).The near-horizontal, stratified sedimentary rocks of southwest-Germany are investigated where two joint sets are developed in a position approximately normal to each other and normal to the bedding planes. The joint sets are nonsimilar in variance of joint orientation, asperities, joint spacing, and degree of separation. This nonsimilar development of the joint sets can be observed in competent layers (limestones, sandstones) as well as in incompetent ones (marls, claystones).It is attempted to find a mechanically efficient interpretation of the observed joint system by means of arithmetical and experimental investigations. It is important hereby that due to its jointing the rock mass has the property of an inhomogeneous, layered body. It can be shown, that the natural joint systems are in agreement with the artificially produced fracture pattern only in the case, when the major principal stress is in vertical direction. Partly only small differences in magnitude between the horizontally directed intermediate and minor princjpal stresses are decisive for the systematic arrangement of the joints.

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Résumé Les roches sédimentaires en gisement calme se prêtent particulièrement bien à des recherches sur la genèse des diaclases. Ce système de joints atteint en effet sa «régularité et sa perfection les plus grandes dans les régions à roches sédimentaires horizontales ou presque, dans lesquelles d'autres structures tectoniques n'apparaissent pas ou guère» (Secor, 1965: 634).Dans les roches sédimentaires presqu'horizontales étudiées en Allemagne du Sud, deux groupes de diaclases parallèles se sont développés perpendiculairement l'un par rapport à l'autre ainsi que par rapport aux plans de stratification. Ces groupes de diaclases parallèles se sont développés inégalement quant à leur dispersion, leur rugosité, leur écartement et leur ouverture. Ce développement inégal peut s'observer à la fois dans les couches «compétentes» (calcaires, grès) et dans les couches «incompétentes» (marnes, argilites).A l'aide de calculs et de recherches expérimentales, on a tenté de trouver une explication mécaniquement plausible de ce comportement géologique. Le rôle essentiel joué dans ce cas est celui de la chaîne qui doit être considérée du point de vue des diaclases comme un corps stratifié non homogène. On peut montrer que les systèmes naturels et artificiels de diaclases observés peuvent le mieux s'expliquer si l'on accepte que la contrainte normale principale la plus forte est orientée verticalement. Des différences (en partie même faibles) entre les deux contraintes normales mineures orientées horizontalement sont décisives pour l'orientation structurale des systèmes de diaclases.

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. « , , » (SECOR, 1965). - : , , , . , , . , «» (kompetenten) -, -, « » (inkompetenten)-, — . . , , . , , , . .

     

Geological,petrochemical and metallogenic characteristics of the Costa Rican gold belt: Contribution to new explorations

The Costa Rican Gold Belt is located in the northwestern part of Costa Rica. The geology of this region is characterized by tectonically juxtaposed volcanic-sedimentary and igneous rock units of Tertiary age.Mineralization within the Gold Belt consists of: 1) veins and fissure fillings of epithermal type which bear gold, silver and base metals; 2) disseminated mineralization of complex sulphides (Au, Ag, Pb, Zn); 3) disseminated specks of native gold; 4) eluvial Au rich lateritic soils.Hydrothermal circulation, induced by the emplacement of epizonal plutons, together with continuous and intense pervasive tectonism has been responsible for the epithermal gold-silver mineralization occurring within the Aguacate volcanic series. Contamination and assimilation of andesitic and »shoshonitic« rocks by uprising granitic magmas generated, in association with hydrothermal phenomena, composite environments for gold deposits.Calc-alkaline rocks of the Costa Rican Gold Belt appear to be enriched in incompatible elements of low ionic potential (particularly Ba). For a similar silica concentration, there is a general increase in Y, Ni, and Zr from Miocene to Pliocene rocks. K/Rb and Rb/Sr ratios increase from older to younger suites as well.On the basis of trace element distribution it is suspected that the Guacimal intrusive rocks may represent a marginal suite comparable to those of the New Guinea Mobile Belt. This would imply that the Precambrian-Paleozoic igneous and metamorphic basement, present in northern Nicaragua, might extend further south.Four different magmatic events have been recognized and correlated with regional geodynamic conditions: Eocene-Oligocene calc-alkaline and »shoshonitic« volcanism (plate convergence and subduction), Middle-Early Miocene to Late Miocene calc-alkalic magmatism (compression and uplift), Early Pliocene alkalic magmatism (E-W trending rift), Middle-Late Pliocene calc-alkaline magmatism (crustal extension followed by compression and uplift).Correlation between tectonic events, magmatism and mineralization suggests that metal enrichment may have some relation to different stress regimes associated with active subduction.

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Zusammenfassung Der goldführende Gürtel von Costa Rica befindet sich in dem nordwestlichen Teil des Landes. Die Geologie dieses Gebietes ist durch tektonisch aneinandergelagerte vulkaisch-sedimentäre und magmatische Gesteine des Tertiärs gekennzeichnet.Die Mineralisierungen in dem goldführenden Gürtel bestehen aus: 1) quarzführenden Gängen epithermaler Art, die Gold, Silber, Zink und Blei enthalten 2) Mineralisierungen mit komplexen Sulfiden (Au, Ag, Pb, Zn) 3) punktförmige Einschlüsse von gediegenem Gold 4) eluvialem, Aureichem, lateritischem Boden.Der durch das Eindringen von epizonalen Plutonen bedingte hydrothermale Umlauf, zusammen mit einer intensiven, ununterbrochenen durchgreifenden tektonischen Tätigkeit ist für die Au-Ag epithermalen Mineralisierungen in der vulkanischen Reihe von Aguacate verantwortlich. Die Kontamination und die Assimilation von andesitischen und »shoshonitischen« Gesteinen durch die aufdringenden Granitmagmen hat, in Verbindung mit hydrothermalen Erscheinungen, verschiedene Typen von Goldmineralisierungen erzeugt.Die kalkalkalischen Gesteine des goldführenden Gürtels von Costa Rica sind anscheinend an inkopatiblen Elementen mit niedrigem Ionenpotential (insbesondere Ba) angereichert. Bei vergleichbaren Kieselsäurekonzentrationen begegnet man eine allgemeine und allmähliche Zunahme an Y, Ni und Zr in den jüngsten Gesteinen, wenn man diese mit den Miozän-Gesteinen vergleicht. Au\erdem ist eine Zunahme der K/Rb und Rb/Sr Verhältnisse zu verzeichnen.Aufgrund der Verteilung der Spurenelemente vermutet man, da\ die Intrusivgesteine von Guacimal eine Gesamtheit von marginalen Plutonen darstellen, die mit denen der mobilen Kordillere (mobile belt) in Neuguinea vergleichbar sind. Dies würde bedeuten, da\ das magmatisch-metamorphe Fundament aus dem Präkambrium-Paläozoikum, das im nördlichen Teil von Nicaragua vorhanden ist, sich nach Süden ausdehen könnte.Vier unterschiedliche Magmaerzeugnisse sind ermittelt worden: kalkalkalischer und »shoshonitischer« Vulkanismus des Späteozäns-Oligozäns (Plattenkonvergenz und Subduktion); kalkalkalischer Miozän-Magmatismus (Kompression und Aufwölbung); alkalischer Magmatismus des Frühpliozäns (Entstehung des Valle Central Senkungsgrabens, mit E-W Streichen); Kalkalkali-Magmatismus des Mittel-Spätpliozäns (Krustenausdehnung und anschlie\ende Kompression und Aufwölbung).Die Beziehung zwischen den tektonischen Ereignissen, dem Magmatismus und den Mineralisierungen lä\t vermuten, da\ die Metallanreicherung der Kruste auf veränderliche Stre\bedingungen in Verbindung mit aktiver Subduktion zurückzuführen sein könnte.

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Resumen La Cintura Aurífera de Costa Rica está localizada en el sector norte-occidental del país y está caracterizada por unidades volcano-sedimentarias e igneas de edad terciaria en yuxtaposición tectónica.Las mineralizaciones dentro de la Cintura Aurífera están representadas por: 1) vetas cuarzo-auríferas y relleno de fisuras de origen epitermal asociadas con plata y metales básicos; 2) mineralizaciones diseminadas de sulfuros complejos (Au, Ag, Pb, Zn); 3) laminillas diseminadas de oro nativo; 4) suelos lateríticos eluviales ricos en oro.Se asigna como responsable de las mineralizaciones epitermales oro-plata de la Serie Volcanica de Aguacate, al tectonismo intenso y continuado, así como a la circulación hidrotermal inducida por el emplazamiento de plutones y »stocks« en condiciones epitermales. La contaminación y asimilación de rocas andesiticas y »shoshoniticas« por parte de magmas graniticos ascendentes generó, en asociación con fenomenos hidrotermales, un ambiente de campo aurífero compuesto.Las rocas calco-alcalinas de la Cintura Aurífera de Costa Rica muestran un elevado contenido de elementos incompatibles (en particular Ba). Por contenidos de SiO₂ similares, se evidencia un enrequecimiento general en Y, Ni, Zr desde las rocas del Mioceno a las rocas del Plioceno. Paralelamente se registra un aumento de las relaciones K/Rb y Rb/Sr.En particular se suspecha, por medio de la distribución de los elementos en traza, que las rocas intrusivas de Guacimal puedan representar un »grupo« de plutones marginales comparables con aquellos de la »Mobile Belt« de Nueva Guinea. Lo que indicaria la posible extensión al Sur del basamento igneo y metamórfico de edad Precambrica-Paleozoica presente en el norte de Nicaragua.Se reconocen quatro eventos magmaticos asociados con las condiciones geodinamicas regionales: vulcanismo calco-alcalino de edad Eoceno-Oligoceno (en condiciones de convergencia y subducción de placas), magmatismo calcoalcalino del Mioceno Medio y Temprano hasta Mioceno Tardio (en condiciones de compresión crostal y levantamiento), vulcanismo alcalino del Mioceno Temprano (Rift prevalente E-W), magmatismo calco-alcalino del Plioceno Medio-Tardfo (en condiciones de extensión crostal seguida por compressión y levantamiento).Las correlaciones entre condiciones geodinámicas, magmatismo y mineralizaciones, sugieren que el enriquecimiento en metales esta vinculado con los diferentes regimenes de deformación asociados con procesos de subducción activa.

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- - . - . : 1) , , , ; 2) ( ); 3) ; 4) , . Aguacate , , . , . - - , , ( ). , , . / /. , Guacimal'e , (mobile belt) . , - -, , . - 4 : - - ( ); - ( ); ( Valle Central E-W ); - ( ).

     

Geochemische Characteristica mariner Einflüsse in Torfen und Anderen Quaternären Sedimenten

Zusammenfassung Am Beispiel noch nicht diagenetisch verfestigter junger Sedimente wird die Verteilung der Spurenelemente im Profil untersucht und ihre Beziehungen zu Faziesänderungen, plötzlichen oder langsamen Änderungen der Salinität des Sedimentationsbeckens festgestellt.

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The repartition of trace-elements in profiles of non consolidated quaternary sediments is given. It is possible to give an interpretation not only of the different facies, but also to study the more or less rapid changes of the salinity during the sedimentation.

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Résumé Sur des profils de sédiments récents non consolidés par diagenèse, l'auteur étudie la répartition des éléments en traces et les relations de leur distribution avec les changements de faciès —y inclus la détermination des variations plus ou moins rapides de la salinité du bassin de sédimentation.

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Die vorliegenden Untersuchungen wurden 1959 begonnen im mineralogischen Institut der Universität Hamburg; ich habe dem damaligen Institutsleiter, Herrn ProfessorDrescher-Kaden, zu danken für die gewährte Gastfreundschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft für die finanzielle Unterstützung. Der Abschluß der Arbeiten erfolgte 1961 in Nancy während meiner Tätigkeit als Professeur Associé der Ecole Nationale Supérieure de Géologie Appliquée et de Prospection Minière, deren Direktor, Herrn Professor M.Roubault, ich ebenfalls sehr zu Dank verpflichtet bin.     

A model for the tectonic evolution of the Benue Trough of Nigeria

Based on the results of a detailed magnetic study of the Lower and Middle Benue Trough of Nigeria carried out by the author and results of previous geophysical studies of the Benue Trough and of similar structures elsewhere in the world, a possible model for the tectonic evolution of the Benue Trough has been developed. It is here suggested that the tectonic evolution of the Benue Trough of Nigeria involved the rise of a mantle plume or mantle upwelling, emplacement of intrusive igneous material in the crust, crustal stretching and thinning and consequently rifting. It is thought that this sequence of events may have been repeated in a cyclic manner with intercyclic structural deformations. The basic ideas of the model is shown to be in agreement with acceptable ideas on riftogenesis.

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Zusammenfassung Es wird eine mögliche Modellvorstellung für die tektonische Entwicklung des Benue-Grabens aufgezeigt, die auf Ergebnissen einer detaillierten magnetischen Untersuchung des Autors im unteren und mittleren Benue-Graben fußt, sowie auf Ergebnissen aus vorangegangenen geophysikalischen Untersuchungen im Benue-Graben und in anderen, vergleichbaren Strukturen. Die tektonische Entwicklung des Benue-Grabens in Nigeria wird mit dem Aufstieg eines mantle plume, einer Mantelaufwölbung oder mit der Platznahme von intrusivem Magma in der Kruste, Krusten-Dehnung und -Ausdünnen in Verbindung gebracht. Es wird angenommen, daß diese Folge von Ereignissen sich zyklisch wiederholte mit strukturellen Deformationen zwischen den Zyklen. Die Grundgedanken dieses Modells stimmen mit den gängigen Vorstellungen über die Entstehung von Riffsystemen überein.

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Résumé L-auteur présente un modèle possible de l'évolution tectonique du graben de Benue (Nigéria). Cette étude se base: d'une part sur une analyse magnétique détaillée, effectuée par l'auteur, des régions inférieure et centrale de la dépression, d'autre part sur des données géophysiques antérieures recueillies dans la même région, ainsi que dans d'autres structures analogues, ailleurs dans le monde. Le modèle propose pour l'évolution tectonique du graben, l'intervention de la montée d'une «mantle plume» ou d'un bombement du manteau, la mise en place de magmas intrusifs dans la croûte, l'étirement et l'amincissement de la croûte, et la fracturation en graben. Cette suite d'événements a pu se répéter de manière cyclique, avec déformations structurales entre les cycles. Les conceptions de base de ce modèle sont en accord avec les idées admises au sujet de la genèse des rifts.

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Benue . Benue , , . , . .

     

Kollisions- und Kompressionstektonik am Ostsaum des Golfes von aqaba

Zusammenfassung Am Ostsaum des Golfes von Aqaba (Midyan-Region, NW-Saudi Arabien) konnte in vielfältiger und sehr deutlicher Weise Kollisions- und Kompressionstektonik festgestellt werden, wie sie für diesen pull-apart-beanspruchten Blattverschiebungsraum mit seinen bekannten rhombisch begrenzten Grabensegmenten (Abb. 1) in der gegebenen Weise keinesfalls erwartet worden war. Nach bisherigen Kenntnissen ging man von einer tensional wirkenden, sinistralen, absetzigen Blattverschiebungsstruktur aus, die lediglich im Rahmen zu erwartender Begleiteffekte kompressionsbeanspruchte Elemente aufweist, welche jedoch der tensionalen Beanspruchung eindeutig nachgeordnet sind. Am Ostsaum des Golfes von Aqaba wurden einige der erwartbaren kompressiven Begleitstrukturen z. T. in allerjüngsten geologischen Einheiten gefunden und andererseits zeigte der Südwesten der Midyan-Halbinsel tektonische Kollisionsstrukturen, die nicht als Begleitelemente zur lateralen Großstruktur zu erklären sind, sondern lediglich durch multiple Kollisionen von Midyan und Sinai zu begründen sind. Wie der tektonische Geländebefund zeigt, müssen mehrfache Kollisionen in einer frühen Phase des Blattverschiebungsmechanismus geschehen sein und dürften sich vor allem aus dem vom nördlichen Roten Meer gebogen einsetzenden Blattverschiebungsverlauf erklären. Die Hypothese, daß die Aqaba-Levante-Struktur als eine Verbindung zu einer transform fault aus dem Roten Meer anzusehen ist, erhält durch die nachstehend aufgeführten Befunde eine wesentliche Untermauerung.

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At the eastern margin of the Gulf of Aqaba (Midyan-region, NW Saudi Arabia) in manifold and distinct way collision and compression tectonics can be registrated, which in the given density and kind is not usual for a pull-apart structurated strike-slip-system with his wellknown rhombed shaped graben segments (fig. 1). The previous knowledge considered a sinistral, intermitted, tensional performing strike-slip structure, which only in frame of expected accompaying effects produces compression stressed elements. They are however unequivocal pursued to the important tensional stressed tectonic elements. At the eastern margin of the Gulf of Aqaba some of the expected accompanying compressive structures could be found in some part in the youngest geological units and on the other hand collision structures could be indicated in the southwest of the Midyan peninsular. Those are not to explain as resulting adjoining elements to the lateral master structure, but are only reasoning by a former collision between Midyan and Sinai. As the tectonic field investigations show several tectonic collisions must have happened in an early stage of the strike-slip mechanism and are to explain mainly by a curved strike-slip fault lane setting in the northern Red Sea. The hypothesis of the Aqaba-Levante-structure to have a connection to a transform fault coming from the Red Sea area receives by the field results, described in the following, an essentually foundation.

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Résumé Sur la rive E du Golfe d'Aquaba (région de Midyan, dans le NW de l'Arabie Séoudite), il est possible de mettre en évidence, de plusieurs manières et avec certitude une tectonique de collision et de compression, chose inattendue dans une région d-ouverture et de décrochements, comportant classiquement des segments de grabens de forme rhombique (fig. 1. Les travaux antérieurs font état d'une structure de décrochement sénestre intermittante engendrant dans certains volumes, à titre d'effets secondaires, des contrainte compressives dont l'importance est toutefois mineure par rapport aux sollicitations distensives de l'ensemble. Sur la rive E du Golfe d'Aquaba, on observe effectivement certaines de ces structures compressives secondaires; mais on trouve aussi, dans le SW de la presqu'île de Midyan, des structures de collision qui ne peuvent pas être considérées comme des accopagnateurs de l'allure décrochante majeure, mais qui ont été engendrées par une cncienne collision entre le Midyan et le Sinai. Comme le montre l'étude de terrain, plusieurs collisions ont dû se produire à un stade précoce du mécanisme de décrochement; elles s'expliquent essentiellement par la forme courbe de la faille de décrochement dans la partie N de la Mer Rouge. Les observations de terrain, reprises ci-dessous, confirment l'hypothèse selon laquelle la structure Aquaba-Levant est le prolongement d'une faille transformante de la Mer Rouge.

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(Midyan-Region, NW-Saudi Arabien) , (. 1) , , , , , , . , . , Midyan , , , , Midyan . , , , . . . , - , , , .

     

Instrumentelle Aufnahme und elektronische Auswertung von tektonischen Flächen und Linearen

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wird kurz über die Möglichkeit berichtet, tektonische Untersuchungen auf der Grundlage detaillierter geologisch-tektonischer Kartierungen durch eine eingehende elektronische Bearbeitung von statistisch erhobenen tektonischen Daten sowie gegebenenfalls auch durch eine stereographisch-photogrammetrische Aufnahme derartiger Daten zu ergänzen.

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This paper deals with the possibility to complete tectonic investigations, which are based on detailed geological field mapping, by electronic computation of statistically obtained tectonic data as well as by stereographic-photogrammetric plotting of such data.

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Résumé L'auteur démontre la possibilité de compléter des recherches tectoniques basées sur des levés géologiques, par une computation électronique des dates tectoniques obtenues par des méthodes statistiques, ainsi que par un levé stéréographique-photogrammétrique de telles dates.

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Die vorliegende Arbeit stellt die erweiterte Fassung eines Vortrages dar, den der Verfasser auf der Frühjahrstagung der Geologischen Vereinigung in Karlsruhe am 20.2.1969 gehalten hat.     

Neotectonics of the central parts of the Balkan Peninsula: Basic features and concepts

The neotectonic movements on the Balkan Peninsula occurred after the last intense thrusting (Early Miocene), and after the Early — Middle Miocene planation. They were controlled by extensional collapse of the Late Alpine orogen, and by extension behind the Aegean arc, and were influenced by the complicated vertical and horizontal movements in the Pannonian region. The Stara-planina and Dinarian-Hellenic linear neotectonic morphostructures inherited the Alpine orogenic zones (Balkanides and Dinarides-Hellenides) and bounded the Central-Balkan neotectonic region. The linear morphostructures were tilted towards the Pannonian and Euxinian basins and the North-Aegean trough.The Central-Balkan neotectonic region has a complicated block structure (horst-and-graben pattern) dominated by the NNW-SSE Struma and Vardar lineaments, the WNW-ESE Sava and Marica lineaments, and the Middle-Mesta and North Anatolian fault zones. The dominating Serbo-Macedonian neotectonic swell was rifted, and subsided along the Struma and Vardar lineaments. The range of the vertical neotectonic displacements reached a maximum of 3–4 km, and even up to 6 km at the edges of the Pannonian and Aegean basins. The general doming of the region was controlled by the isostatic uplift of a thickened crustal lens (Rhodope Massif) in the southern margin of the Eurasian plate. The collapse of the complicated domal structure began along the main (Struma, Vardar and Marica) lineaments in the central parts of the dome, and continued in the Pliocene and Quaternary along a more external contour bounded by the Stara-planina and Dinarian-Hellenic linear morphostructures.

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Zusammenfassung Die neotektonischen Bewegungen der Balkan-Halbinsel begannen nach den letzten intensiven Überschiebungen (frühes Miozän) und nach der frühbis mittelmiozänen Verebnung. Gesteuert wurden die Bewegungen durch den Dehnungskollaps des spätalpinen Orogens, der Dehnung hinter dem Ägäischen Bogen und den komplizierten vertikalen und horizontalen Bewegungen in der pannonischen Region. Die neotektonische Region des Zentralbalkans liegt zwischen den linearen, neotektonischen Morphostrukturen der Strara-planina und der Dinariden-Helleniden. Sie übernahmen die alpidischen Orogenzonen der Balkaniden und Dinariden-Helleniden und wurden zum Pannonischen-, dem Präkarpatischen- und dem Nordägäischen Trog geneigt.Die Region zeigt einen komplizierten Blockaufbau (Horst- und Grabenstrukturen), der von den NNW-SSE streichenden Struma- und Vardar-Lineamenten, von den WNW-ESE verlaufenden Sava- und Marica-Lineamenten und der Mittelmesta- und der Nordanatolischen Bruchzone dominiert war. Die Serbo-mazedonische neotektonische Schwelle war von Bruchspaltenbildung und Absenkung parallel der Struma- und Vardar-Lineamente betroffen. Die Höhe der vertikalen Versatzbeträge erreichte ein Maximum von 3–4 km; an den Rändern des Pannonischen und Ägäischen Beckens sogar mit bis zu 6 km. Die allgemeine Aufwölbung der Region wurde durch isostatische Hebung der verdickten Krustenteile (Rhodopisches Massiv) am Südrand der Eurasischen Platte bedingt. Der Kollaps der komplizierten Domstruktur begann in dessen Zentralteil entlang der Hauptlineamente (Struma-, Vardar- und Marica-Lineament) und setzte sich, während des Pliozäns und Quartärs, in den peripheren Bereichen, parallel zu den äußeren Begrenzungen (Balkaniden, Dinariden-Helleniden) der linearen Morphostrukturen, fort.

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Résumé Les mouvements néotectoniques dans la péninsule balkanique ont eu lieu après les derniers charriages d'âge miocène inférieur et la pénéplanation du Miocène inférieur et moyen. Ils ont été régis par l'affaissement extensionnel de l'orogène alpin tardif, par l'extension derrière l'arc égéen et par les mouvements verticaux et horizontaux complexes dans la région panonnienne. La région néotectonique centrebalkanique est située entre les morphostructures néotectoniques linéaires de Stara-Planina et des Dinarides-Hellénides. Celles-ci sont héritées des zones orogéniques alpines des Balkanides et des Dinarides-Hellénides et ont été inclinées vers les bassins panonnien, euxinien et nord-égéen.La région possède une structure en blocs (horsts et grabens) compliquée, dominée par les linéaments NNW-SSE de Struma et du Vardar, les linéaments WNW-ESE de Sava et de Marica et les zones faillées de Moyenne Mesta et d'Anatolie du nord. La ride néotectonique serbo-macédonienne a subi rifting et subsidence au long des linéaments de Struma et du Vardar. Les déplacements néotectoniques verticaux ont atteint 3 à 4 km au maximum, et même 6 km dans les bordures des bassins panonniens et égéen. Le soulèvement en dôme de la région a été provoqué par la montée isostatique d'une portion épaissie de l'écorce (massif du Rhodope) dans la marge méridionale de la plaque eurasiatique. L'affaissement de cette structure en dôme complexe a commencé le long des linéaments principaux (de Struma, Vardar et Marica) dans les parties centrales du dôme et a continué pendant le Pliocène et le Quaternaire le long d'un contour plus externe limité par les morphostructures néotectoniques linéaires de Stara-Planina et dinarohellénique.

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( ) -, . , . - . - , - . NNWSSO, WNW-OSO . - . 3–4 , 6 . . ( , ) , , .

     

About three sets of kink bands near Herbeumont (Belgian Ardennes)

In the area studied, three differently oriented sets of kink bands occur. The geometry of these structures is described. One particular set with mean kink angles of about 70 shows statistically that the interlimb angles are bisected by the kink band boundary planes. In the author's opinion it reflects the mechanism of formation.

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Zusammenfassung Im Untersuchungsgebiet gibt es drei verschieden orientierte Gruppen von KnickbÄndern. Die Geometrie dieser Strukturen wird beschrieben. Eine der Gruppen mit Knickwinkeln von etwa 70 zeigt nach statistischer Prüfung, da\ die Winkel zwischen den Flanken der Strukturen von den KnickbandbegrenzungsflÄchen geteilt werden. Diese Daten spiegeln nach Meinung des Autors die Bildungsweise dieser Strukturen wider.

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Résumé Dans la région étudiée, il y a trois systèmes de «kink bands» distingués par leurs orientations. La géométrie de ces structures est décrite. Un des systèmes avec un angle de kink de 70 environ, indique que l'angle entre les flancs des structures est partagé par le milieu par les plans limites des kinks. Il est supposé que ces données reflètent la génèse des structures.

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. , , 70, . , , .

     

Hercynian-thrust related shear zones and deformation of the Varied Group on the contact of granulites/Southern Moldanubian,Bohemian Massif/

The three deformation phases inferred from the detailed structural analysis of the Cesky Krumlov Varied Group record the Hercynian development of the Southern Moldanubian of the Bohemian Massif. The deformation is related to the NW-SE thrusting of the large crustal units including granulites. The formation of the NS and NW-SE trending shear zones is connected with the thrust movement. The structural development begins with F₁ isoclinal fold formation, that could originate in unmetamorphosed sediments. In the final stage, they were strongly flattened and B₁ boudinage developed in the rocks. Aplite dykes and migmatitization of paragneisses occurred at the same time the rocks were metamorphosed. The D₂ deformational phase was produced by the simple shear deformation of the unit and folds of various styles around rigid inclusions and the strike-slip shear zone near the boundary of the granulite and the Varied Group were formed. The F₁ and F₂ folds are parallel with the stretching and mineral lineation indicating a NS to NW-SE direction of the thrusting. The youngest deformation is characterized by spectacular boudinage and by folding of the vertically oriented planes.

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Zusammenfassung Drei Deformationsphasen der variszischen tektonischen Entwicklung sind in der Bunten Gruppe des südlichen Moldanubikums des Böhmischen Massivs enthalten. Die Deformation ist mit der von NW nach SE orientierten überschiebung von gro\en Krusteneinheiten mit Granuliten verbunden. Die Entstehung von jüngeren N-S und NW-SE verlaufenden Scherzonen kann auf die überschiebungsbewegung bezogen werden. Die Strukturentwicklung beginnt mit F₁ isoklinalen Falten, die wahrscheinlich den nichtmetamorphisierten Sedimenten aufgeprägt wurden. Während der Abschlu\phase der Formung wurden sie stark geplättet und es entstand die B₁ Boudinage. Die Aplitgänge, Migmatitisation der Paragneisse und Metamorphose der Gesteine sind gleichzeitig. Die D₂ Deformationsphase wurde durch einfache Scherung der Einheit hervorgerufen und es entstanden Falten verschiedenen tektonischen Stils in der Umgebung starrer Einschlüsse und die Blattverschiebung an der Grenze von Granulit und Bunter Gruppe. Die F₁ und F₂ Falten liegen parallel zur Streckungslmeation und überschiebungsrichtung ab. Die jüngste Deformation ist charakterisiert durch eine spektakuläre Boudinage und Faltung der senkrecht stehenden Flächen.

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Résumé L'étude structurale détaillée de la Série Variée du Moldanubien méridional dans le Massif de Bohème a permis de distinguer trois phases de déformation dans le développement tectonique varisque. Cette déformation est liée au charriage, du Nord-Ouest vers le Sud-Est, de grandes unités crustales comportant des granulites. La genèse de zones de cisaillement plus jeunes, d'orientation N-S et NW-SE peut Être liée au mÊme processus de charriage. Le développement structural commence avec des plis isoclinaux F₁ engendrés vraisemblablement dans les sédiments non métamorphisés. Au stade final de leur formation, ils ont été très aplatis et un boudinage B₁ est apparu. L'intrusion de filons d'aplite et la migmatitisation des paragneisses sont contemporaines du métamorphisme. La deuxième déformation D₂ a été le fait d'un cisaillement simple; à ce moment se sont formés des plis de style tectonique très variés, localisés fréquemment autour d'inclusions rigides. De cette étape date également le décrochement ductile entre les granulites et la Série Variée. Les plis F₁ et F₂ sont parallèles à la linéation d'étirement (linéation minérale) qui indique la direction N-S à NW-SE du charriage. La déformation la plus jeune comporte un boudinage spectaculaire et le plissement des plans d'attitude verticale.

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- , : , . , ( ) ( ). - 502±10 , 0,71174±73. , . 471±9 0,70684±25, , , . - 56±1 . 120–230 , . 37±1 , , . 10,4 14,6, 8,9 11,8. , , , , — .

     

Grundwasserfließwege und Hydrogeochemie in tiefen Graniten und Gneisen

Zusammenfassung Sechs Forschungsbohrungen bis 2.5 km Tiefe in der Nordschweiz, ein Felslabor im zentralen Aaregranit und ein regionales Vergleichsprogramm zur Hydrochemie un Isotopenhydrologie erbringen seit 1982 wichtige Erkenntnisse über die Hydrogeologie tiefer Kristallingrundwässer. Es zeigte sich, da\ die Beschaffenheit von Kristallingrundwässern sehr stark von deren jeweiligen Positionen in hydraulischen Gro\flie\systemen abhängt. Oberflächennahe Grundwässer, die dem kleinen (schnellen) Grundwasserkreislauf angehören, unterscheiden sich chemisch von tieferen dadurch, da\ sie kaum leichtlösliche Bestandteile enthalten: die Wässer sind gering mineralisiert und beziehen einen wesentlichen Teil ihres Lösungsinhalts aus dem Niederschlag (unterscheiden sich also bereits primär in verschiedenen Klimazonen). Erst in grö\erer Tiefe können auf den Grundwasserflie\ wegen noch relevante Stoffmengen gelöst werden. Die gro\en Kristallingebirge sind die Hauptinfiltrationsgebiete für tiefreichende Grundwassersysteme. Diesen Gebieten kommt aufgrund der hohen hydraulischen Potentiale und fehlender Sediment-Aquitarden eine Schlüsselstellung in der Interaktion zwischen Atmosphäre und tieferer Lithosphäre zu. Am Beispiel des Südschwarzwaldes wird gezeigt, da\ der überwiegende Teil der Grundwässer in der Nachbarschaft von Kristallingebirgen auch aus diesen stammt (stabile Isotope). Manche der Bohrergebnisse sprechen dafür, da\ im gleichen Aquifer chemisch verschiedene Wässer enthalten sein können: in durchlässigeren Bereichen der vorherrschende Typ, in weniger durchlässigen höhermineraliserte Wässer. Es gibt keine gesetzmä\ige Zunahme der Salinität mit der Tiefe.

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Since 1982, water samples from six boreholes, 1.3 to 2.5 km deep, from Northern Switzerland as well as from a rock laboratory in the Central Swiss Alps (Aare granite) have yielded a host of new findings on deep crystalline ground water hydrology. Isotope and chemical analyses which also comprised comparative samples from a regional investigation programme show that the composition of crystalline ground waters depends mainly on their position in regional flow systems. In crystalline rocks, local flow systems differ chemically from deeper ones in that they lack almost any easily soluble components. Their low mineral content results mainly from precipitation and thus varies with different climatic environments.Deeper ground-water flow systems, however, show higher mineralization (esp. Na⁺ and Cl^–). As their stable isotope contents indicate, they develop mainly through infiltration from the large crystalline massifs, like the southern Black Forest. Due to their high hydraulic potentials and lack of sedimentary aquitards they have a key function in the interaction between atmosphere and deep lithosphere.Some of our results suggest that one and the same aquifer may contain chemically different ground waters: permeable portions will hold the type prevalent in the region whereas less permeable areas contain special types of higher mineralization. (There is, however, no regular increase in salinity with depth).As to dissolved gasses in deep crystalline ground waters, N₂ and sometimes CO₂ and methane are the main components in all borholes sampled. There is no tritium and little or no radiocarbon.

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Résumé Six forages d'étude pratiqués dans le nord de la Suisse, jusqu'à une profondeur de 1,3 à 2,5 km, ainsi qu'un laboratoire souterrain dans le massif granitique de l'Aar fournissent depuis 1982 des données importantes sur l'hydrogéologie des eaux souterraines dans les domaines cristallins.De nombreux échantillons ont fait l'objet d'un programme d'analyses chimiques et isotopiques. En vue de comparaisons régionales, ce programme a englobé également des échantillons provenant d'autres sites préexistants. Il en résulte que la composition des eaux examinées dépend en premier lieu de leur position respective dans les systèmes d'écoulement régionaux. Les eaux souterraines qui participent aux cycles hydrologiques restreints et rapides, diffèrent chimiquement des eaux profondes par leur faible contenu en composants facilement solubles: les eaux sont donc faiblement minéralisées et tirent des précipitations une part importante de leur charge dissoute; elles se différencient donc déjà au départ en fonction des conditions climatiques.Les grands massifs cristallins forment les zones d'infiltration principales des eaux des systèmes d'écoulement qui s'étendent en profondeur. Ces régions occupent une position-clé dans l'interaction entre l'atmosphère et la lithosphère profonde en raison de leurs potentiels hydrauliques élevés et du manque de couverture sédimentaire peu perméable.Divers résultats des nos mesures montrent que des eaux chimiquement différentes peuvent coexister dans le mÊme aquif ère: dans les zones les plus perméables apparaÎt le type dominant et dans les zones moins perméables il y a, des eaux plus minéralisées. Il n'existe aucune augmentation de la salinité avec la profondeur.En ce qui concerne les gaz dissous, les principaux, dans tous les forages, sont N₂ et parfois CO₂ et CH₄. Il n'y a pas de tritium et pas, ou peu, de C radioactif.

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6- , 2,5 , , 1982 . , . , , , : , . . . , . , . . , . , - . , : , . .

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Erweiterte Fassung eines Vortrages vom 28. Februar 1986 an der Granit-Tagung in Giessen.     

Comparative organic petrology of interlayered sandstones,siltstones, mudstones and coals in the Upper Carboniferous Ruhr basin,Northwest Germany,and their thermal history and methane generation

In the coal-mining Ruhr-area, Upper Carboniferous rocks (ca. 4000 m) consist of interlayered sandstones, siltstones, mudstones and coals. They were deposited in a tropical, paralic environment where alternating fluvial sedimentation, occasional marine ingressions, and swamp growth resulted in an irregular cyclic succession. The total sedimentary package contains on an average 6 Vol.-% of organic matter. About 70 Vol.-% of the organic matter occurs in coal seams, the rest as dispersed organic matter in clastic rocks. The organic matter is autochthonous in the coals and allochthonous in associated sandstones and siltstones. It consists of about 70% vitrinite, 20% inertinite, and 10% liptinite. The overall maceral group composition is the same for coals and dispersed organic matter. This surprising similarity is caused by a nearly exclusive input of land-plant derived organic matter to swamps and fluvial systems and a similar degree of preservation. Highest average liptinite contents (% of total macerals) were found in unrooted mudstones, highest average inertinite contents in coarse-grained siltstones and highest average vitrinite percentages in sandstones.Maturities of the sediments studied are well within the hydrocarbon generation window, e. g. vitrinite reflectivities range from 0.6% to 1.6%. Reflectivities measured on dispersed particles in clastic rocks are similar to those measured in coal seams. Calculations of the amount of methane generated indicate that coal seams contributed more to the total hydrocarbon generation than dispersed organic matter.

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Zusammenfassung Das Oberkarbon des Ruhrgebietes besteht aus ca. 4000 Metern wechsellagernder Sandsteine, Siltsteine und Kohleflöze. Der Ablagerungsraum der Sedimente war eine Region mit tropischem Klima, genauer ein paralisches Environment mit unregelmäßig alternierenden Folgen von fluviatilen Sedimenten, marinen Transgressionen und verbreiteten Sumpfablagerungen. Der Anteil organischer Substanzen an der gesamten Sedimentmenge beträgt durchschnittlich 6%. 70% dieser organischen Masse ist in Kohleflözen angereichert, der Rest liegt verteilt in den klastischen Gesteinen vor. Die Herkunft der organischen Substanz in den Kohleflözen ist autochthon, die in den benachbarten Sand- und Siltsteinen allochton. Die Zusammensetzung des organischen Materials ist 70% Vitrinit, 20% Inertinit und 10% Liptinit. Die allgemeine Zusammensetzung nach Mazeral-Gruppen ist für die Kohleflöze und das verteilte Material in den Nachbargesteinen identisch. Diese Ähnlichkeit beruht auf der gemeinsamen Herkunft der organischen Substanz in Sümpfen und Flußsystemen, die fast ausschließlich von Landpflanzen bestimmt wird, und einer sich entsprechenden Konservierung.Der Reifegrad der analysierten Sedimente liegt innerhalb des Kohlenwasserstoff-Bildungsbereiches (die Vitrinit-Reflexionen reichen von 0,6–1,6%). Dabei entsprechen die in den klastischen Gesteinen beobachteten Reflexionswerte weitgehend denen der Kohleflöze. Anhand der Menge des erzeugten Methans läßt sich erkennen, daß der Anteil der Kohleflöze an der Kohlenwasserstoff-Produktion höher ist als der Anteil, den disperse organische Substanzen der Klastika beisteuern.

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Résumé Dans la région minière de la Ruhr, le Carbonifère supérieur constitue une succession, épaisse de 4.000 m environ, de grès, de siltites et de charbon. Leur dépôt, dans un milieu paralique tropical, a été marqué par des alternances de sédimentation fluiviale, de transgressions marines occasionnelles, et d'épisodes marécageux; il en résulte une disposition cyclique irrégulière. La série sédimentaire contient dans l'ensemble 6% de matière organique en moyenne. Environ 70% de cette matière organique se trouve dans les couches de charbon où elle est autochtone; le reste est allochtone et dispersé dans les grès et siltites. La matière organique se répartit approximativement en 70% de vitrinite, 20% d'inertinite et 10% de liptinite. La composition moyenne du groupe «macéral» est la même pour les charbons et la matière organique dispersée. Cette identité surprenante est l'expression d'une alimentation provenant exclusivement de plantes terrestres et d'un même degré de conservation.La maturité des sédiments étudiés se situe à l'intérieur du domaine de genèse des hydrocarbures: le pouvoir réflecteur de la vitrinite s'échelonne entre 0,6% et 1,6%. Les gradients du pouvoir réflecteur observés dans les roches détritiques et dans les couches de charbon sont analogues. Le calcul de la quantité de méthane engendré indique que la contribution des couches de charbon à la production totale d'hydrocarbure est supérieur à celle de la matière organique dispersée.

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Crustal rifting,and related thermo-mechanical processes in the lithosphere beneath Iceland

Recent observations of crustal rifting in the NE-Iceland axial zone are summarized and discussed. The thermal state of the crust in the axial zone is discussed on the basis of thermal gradient measurements, magnetotelluric soundings, and modelling of the accretion mechanism. The three independent methods are in good general agreement. Thermal modelling indicates that a zone of partial melting generally exists below approximately 6 km depth in the axial zone. It is suggested, that thermal stresses induced by the cooling of the lithosphere as it moves away from the axis are largely responsible for the off-axis volcanism, and that the thermal stresses also contribute to enhancing the vertical permeability for geothermal waters at intermediate crustal depths on the flanks of the axial zone.

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Zusammenfassung Neue Beobachtungen von Driftbewegungen der Erdkruste in dem zentralen Bereich der aktiven Riftzone in Nordost-Island werden zusammengefaßt und diskutiert. Der thermische Zustand der Zentralzone wird diskutiert an Hand von Temperaturgradientmessungen, magnetotellurischen Messungen und Modelrechnungen, die die Entstehung der Kontinentalplatten beschreiben. Die Ergebnisse der drei unabhängigen Methoden sind in guter Übereinstimmung miteinander. Thermische Modelrechnungen weisen darauf hin, daß in einer Tiefe von etwa 6 km unterhalb der zentralen Zone, eine Schicht von teilweise geschmolzenen Gesteinsmassen allgemein vorhanden ist. Es wird vorgeschlagen, daß thermische Spannungen, die durch die Abkühlung der Lithosphäre auf seiner Bewegung weg von der zentralen Riftzone erzeugt werden, hauptsächlich für die vulkanische Aktivität außerhalb der Zentralzone verantwortlich sind. Die thermischen Spannungen erhöhen vermutlich auch eine vertikale Permeabilität für geothermales Wasser in der mittleren Kruste an den Flanken der aktiven Zone.

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Résumé L'auteur résume et discute des observations récentes de formation de rift crustal dans la zone axiale du NE de l'Islande. Il discute l'état thermique de la croûte dans la zone axiale sur la base de mesures du gradient thermique, de sondages magnéto-telluriques et d'un modèle du mécanisme d'accroissement. Ces trois méthodes indépendantes sont en général en bon accord. Le modèle thermique indique qi'il existe généralement une zone de fusion partielle en-dessous d'une profondeur approximative de 6 km dans la zone axiale. Il est suggéré que des tensions thermales induites par le refroidissement de la lithosphere au fur et à mesure qu'il s'écarte de l'axe sont largement responsables du volcanisme à l'écart de l'axe, et que les tensions thermiques contribuent aussi à activer la perméabilité, suivant la verticale, pour les eaux chaudes aux profondeurs crustales moyennes sur les flancs de la zone axiale.

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