Einige Geräte und Techniken für die Rationalisierung gefügestatistischer Arbeiten bei tektonischen und felsmechanischen Untersuchungen

ZusammenfassungEinige Geräte und Techniken für die Rationalisierung gefügestatistischer Arbeiten bei tektonischen und felsmechanischen Untersuchungen Eine bedeutende Rationalisierung großzahlstatistischer Messungen von Gefügeelementen, die als Unterlage für felsmechanische und tektonische Untersuchungsarbeiten erforderlich sind, wird mit Hilfe einiger neu entwickelter Geräte und Auswertungstechniken erreicht. Für Kompaßmessungen findet ein Gelände-Registriergerät Verwendung, mit welchem Lochdiagramme angefertigt werden. Ein halbautomatischer Universaldrehtisch erlaubt die selbsttätige Registrierung mikroskopischer Gefügemessungen, die ebenfalls in Lochdiagrammen Aufnahme finden. Über ein photomechanisches Verfahren werden die Lochdiagramme in Konturen-Diagramme übergeführt.

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SummarySome Devices and Techniques for Rationalization of Statistical Measurements of Fabric Elements in Tectonic and Rock Mechanical Investigations A considerable rationalization of large-number statistical measurements of fabric elements, necessary as basis for research work in rock mechanics and tectonics, is obtained with the aid of some recently developed instruments and evaluation techniques. For compass measurements a field recording device is used, with which punch diagrams are made. A semiautomatic universal stage enables the automatic recording of microscopic fabric measurements, which are also recorded by punch diagrams. These diagrams are transformed into contour diagrams by a photomechanical procedure.

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RésuméQuelques appareils et techniques pour rationaliser les travaux de statistique structurale aux recherches tectoniques et de mécanique des roches Une rationalisation considérable de mesurages statistiques sur grandes nombres d'éléments de texture nécessaire comme base pour des recherches de la mécanique de roches et de la tectonique, est obtenue à l'aide de quelques instruments et de procédés d'évaluation récemment développés. Pour les mesurages exécutés avec la boussole on se sert d'un enregistreur de terrain avec lequel des diagrammes de perforation sont faits. Une table tournante universelle semi-automatique permet l'enregistrement automatique de mesurages microscopiques de la structure qui sont enregistrés également par les diagrammes de perforation. A l'aide d'un procédé photomécanique ces diagrammes de perforation sont transformés en diagrammes de contour.

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Mit 3 Abbildungen     

Zur petrologischen und tektonischen Analyse des Fichtelgebirges

Zusammenfassung Es wird über auffällige petrographische und tektonische Erscheinungen an den Gneisen des Fichtelgebirges berichtet. Die Gneise haben hier alle eine epizonale Dislokationsmetamorphose erfahren, wie sie in den Mylonitgneisen von Goldkronach heute vorliegt. Die epizonale Fazies wurde in den Wunsiedeler Kerngneisen in der Kontakthaube des variscischen Granites katazonal (bis mesozonal) umgeprägt. Eine großartige, an alpine Beispiele erinnernde Tektonik wird durch Gesteinsverknetungen sichtbar. Eine jüngere, 35 km lange Blattverschiebung wird an der gleichsinnigen Verlagerung von Münchberger Gneis (Bernecker Gneiskeil), Paläozoikum, der Achsen der Magmatite und von drei Marmorzügen nachgewiesen.     

Zur tektonischen Entwicklung Chiles im Känozoikum

Zusammenfassung Epirogenetische Oszillationen bestimmten nach lithostratigraphischen Befunden in der chilenischen Küstenzone während des Känozoikums zunehmend die tektonische Entwicklung. Unterschiede in der Bewegungsintensität und das Anhalten von Bruchtektonik bis in jüngste Zeit vorwiegend im Süden des Landes deuten eine Zweigliederung an, in der ein mobilerer Bereich südlich von etwa 39° südl. Br. dem stetiger bewegten Mittel- und Nordchile gegenübersteht. Verlauf und Dynamik des submarinen Chile-Rückens bieten hierfür eine Erklärungsmöglichkeit. Die komplexe Regelung der Strukturlinien in ganz Chile kann ebenfalls mit derartigen ozeanischen Einflüssen in Verbindung gebracht werden.

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Growing importance of epeirogenic oscillations during structural development in Cenozoic time is indicated by lithostratigraphic observations in the coastal zone of Chile. Late movements were of unequal intensity in the southern and central-northern parts of the country, effective faulting being continued into the Holocene mainly in the more mobile area south of about 39° S. The region north of this line has developed at a steadier pace since middle Pliocene time. Position and dynamics of the submarine Chile Ridge may explain this. Complexely ordered structural patterns in all of Chile may be related to comparable oceanic influences.

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Resumen Los resultados de unos estudios litoestratigräficos en la zona costera de Chile indican que oscilaciones epirogenéticas aumentaron en importancia como factor del desarrollo estructural durante el Cenozoico. En el carácter de los movimientos tardíos, más intensivos y diferenciados por fallas al sur del paralelo 39° Sur, se basa una subdivision tentativa del pais. Al norte de este limite, el desarrollo tectónico fué más tranquilo ya desde el Plioceno medio. La posición y el dinamismo del Chile Ridge submarino podrian explicar este fenómeno. También parece ser relacionado a influencias oceánicas comparables, el arreglo complejo de Iíneas estructurales en Chile.

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, . - . 39° , , . . .

     

Die vulkanischen und tektonischen Erscheinungen der Insel Mull

Ohne Zusammenfassung     

Verwertungsmöglichkeiten des Schwingungsnetzes optisch zweiachsiger Kristalle bei orthoskopischen Untersuchungen

Zusammenfassung Es werden in Zahlentafeln und Kurvenbildern die Grundlagen für die Konstruktion des Schwingungsnetzes optisch zweiachsiger Kristalle für die Achsenwinkelbereiche von 2 V=20°–180° gegeben.Zu diesem Zweck wird der Begriff des absoluten Auslöschungswinkels (S') eingeführt und näher erläutert.Es wird gezeigt, daß aus der Kenntnis der Größe S ' für eine in der Normallage nach Länge und Breite bekannte Flächenlage (Strahlenrichtung) F graphisch ein Rückschluß auf die Größe des Achsenwinkels 2 V gezogen werden kann.Mit 6 Textabbildungen     

Die Altersstellung der terrestren Wettiner Schichten bei Halle auf Grund sedimentpetrographischer Untersuchungen

Zusammenfassung Mit Hilfe der Schwermineralanalyse ist es möglich, die terrestren Schüttungen des Jungpaläozoikums im Gebiet des östlichen Harzvorlandes und um Halle zu gliedern. Als einheitliche Schichtserien erweisen sich einerseits die Mansfelder und andererseits die Wettiner und unterrotliegenden Zwischensediment-Schichten. Die Frage, ob die Grenze zwischen Mansfelder und Wettiner Schichten mit der Zeitgrenze Oberkarbon—Rotliegend zusammenfällt, wird offen gelassen.     

Vielfache Bruchstrukturen bei einfachen Beanspruchungen — Rechnerische Untersuchungen mit Hilfe der Finite-Element-Methode

Zusammenfassung Die Finite-Element-Methode ist ein neues, auf die Benutzung von Großrechenanlagen ausgerichtetes Rechenverfahren, das sich mit Erfolg bei der Lösung von Spannungs-Verformungs-Problemen anwenden läßt. Diese Methode erwies sich bei technischen Problemen allen anderen Rechenverfahren gegenüber als überlegen und hat in den letzten Jahren in nahezu allen Sparten des Ingenieurwesens, die Felsmechanik eingeschlossen, Eingang gefunden. Seitdem einige Finite-Element-Versionen (z. B.Malina, 1969) elastoplastisches Stoffverhalten und Spannungsumlagerungen beim lokalen Bruchvorgang erfassen können, eignet sich diese Methode auch zur Simulation bestimmter tektonischer Vorgänge.Rechnerisch untersucht wird eine Scheibe der Dicke 1 (ebener Verformungszustand), in der ein kurzer Anriß vorgegeben ist. Ab einer gewissen Beanspruchung pflanzt sich der Anriß durch die Anlage von Neubrüchen fort. Es entsteht eine Scherzone, die durch ein vielfältiges Bruchflächengefüge gekennzeichnet ist. Die entstehenden Bruchflächenmuster hängen auf empfindliche Weise von den Neigungsunterschieden der im Mohrschen Diagramm definierten Grenzkurven für das unzerbrochene Material bzw. für die Diskontinuitäten ab. Die Kohäsion bleibt ohne Einfluß auf das Bruchflächengefüge.Die Rechnung entwickelt zwei Generationen von Scherflächen, ohne daß die von außen auf den Probekörper einwirkende Belastung in Größe und Richtung geändert worden wäre. Nach der Anlage von primären Scherflächenpaaren kommt es zur Entwicklung sekundärer Scherflächenpaare. Primäre und sekundäre Scherflächenpaare haben voneinander abweichende Stellungen. Sie bilden zusammen komplexe Scherkörper, die je nach Materialeigenschaften als Scherlinsen oder als Pseudo-Mohrsche Scherflächenkörper ausgebildet sind. Nach dem Entlasten bleiben im untersuchten Körper beträchtliche Restspannungen zurück, die zur Umkehr der Relativbewegungen entlang bestehender Gleitflächen und zur Anlage von neuen Zugrissen führen.Die in der Rechnung gewonnenen Ergebnisse ermöglichen ein vertieftes Verständnis vieler tektonischer und geotechnischer Erscheinungen (z. B. syn- und antithetische Brüche, Störungen zweiter Ordnung, Scherlinsen, Fiederklüfte, Restspannungen, oberflächenparallele Klüfte, verschiedene Striemungsrichtungen auf einer Harnischfläche, ac-Klüfte, Bruchstrukturen im Dreiaxialversuch). Die Rechnung zeigt, daß vielfache Bruchstrukturen nicht immer durch mehrphasige, unterschiedlich gerichtete Beanspruchungen verursacht sein müssen. Es ist denkbar, daß sie auch bei einfachen Beanspruchungen entstehen können.

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The finite-element-method is a new calculation method, which using big computers can successfully be applied to stress-strain problems. In solving technical problems this method has proved to be better than all other present calculation methods and has been successfully applied in nearly all branches of engineering science, including rock mechanics. Since some finite-element-versions (e.g.Malina, 1969) are able to regard elastoplastic material properties and stress rearrangements due to local fracture this method is also suitable for simulating certain tectonic processes.A plate of unit thickness (plane strain) is considered, in which a small crack already exists. At a certain state of stress, the crack propagates by creating new rupture surfaces. A shear zone develops, which is characterized by a complex fracture fabric. The developing patterns of shear and sliding surfaces change sensitively with the inclination of theMohr envelopes for the unfractured material and the discontinuities resp. Cohesion has no influence on the fracture fabric.The computation gives two generations of shear surfaces, without any change in the magnitude and direction of the external load. After the formation of primary pairs of shear surfaces secondary pairs develop. Primary and secondary shear surfaces differ in their orientation. Together they form complex shear bodies, which, depending on material properties, are shear lenses or quasi-Mohr-shear bodies. With the release of the external load, residual stresses are stored within the plate. These stresses cause a reversal in the sense of sliding movement and development of new fractures.The results of computation allow a better understanding of many tectonic and geotechnical phenomena (e. g. synthetic and antithetic fractures, second order faults, shear lenses, feather joints, residual stresses, surface-parallel joints, different striae orientations on slickensided surfaces, ac-joints, fracture patterns in triaxial compression tests). The computations show that multiple fracture patterns are not necessarily caused by poly-phase, multiaxial loading. It seems possible that these patterns can also develop under simple load conditions.

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Résumé La méthode des éléments finis permet de résoudre avec beaucoup de succès les problèmes de contraintes et de déformations à l'aide d'ordinateurs de grande capacité. Cette méthode s'est révélée supérieure à tous les autres procédés de calcul pour résoudre les problèmes techniques et elle est appliquée depuis quelques années à presque toutes les branches des sciences de l'Ingénieur, y compris la mécanique des roches. Depuis que quelques versions de calcul des éléments finis (par exempleMalina, 1969) peuvent prendre en considération le comportement élasto-plastique des matériaux et les redistributions des contraintes dues à des ruptures locales, cette méthode convient aussi à la simulation des phénomènes tectoniques.Un disque d'épaisseur unitaire (déformations planes), dans lequel existe une courte fissure est soumis au calcul. A partir d'une certaine sollicitation, la fissure se prolonge par de nouvelles ruptures. Ainsi se forme une zone de cisaillement qui est caractérisée par une structure multiple des surfaces de rupture. Le dessin ainsi formé par ces surfaces de rupture dépend sensiblement des différences d'inclinaison des courbes limites telles qu'elles sont définies dans le diagramme deMohr, soit pour le matériau intact, soit pour les discontinuités. La »cohésion« n'a aucune influence sur la structure de ces surfaces de rupture.Le calcul développe deux générations de surfaces de rupture, sans que l'intensité et la direction de la charge extérieure affectant l'échantillon ne soient modifiées. Après le développement des couples de surfaces de rupture primaires, se forment des couples de surfaces de rupture secondaires dont les directions sont différentes des premières. Elles forment ensemble des corps de cisaillement complexe, qui, selon les propriétés du matériau, s'expriment sous la forme soit de lentilles de cisaillement, soit de corps » pseudo-Mohr « de surfaces de cisaillement. Après suppression de la charge, il persiste dans le modèle des contraintes résiduelles importantes qui entraînent des mouvements de retrait le long des surfaces de glissement existantes et de nouvelles fissures dues aux efforts de traction.Les résultats obtenus par le calcul permettent de mieux comprendre de nombreux phénomènes tectoniques et géotechniques (tels que les fractures synthétiques et antithétiques, les failles de deuxième ordre, les lentilles de cisaillement, les fissures réticulées, les contraintes résiduelles, les fissures parallèles à la surface, les diverses directions des stries de glissement sur les miroirs de faille, les fissures de type ac, les structures de fracture dan l'essai triaxial). Le calcul montre que les multiples structures de fracture ne sont pas toujours dues à des efforts multiphasés de directions différentes. On peut penser qu'elles se forment également sous des états de contraintes simples.

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, Finite-Element, , - . . , (Malina, 1969), . 1 ( ), ; , . , . , Mohr'a , . .

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Diese Arbeit ist im SFB 77 - Felsmechanik« -, Karlsruhe, entstanden. Der Autor dankt für vielfache Hilfe und Anregungen, insbesondere den Herren Dr. H.Malina und cand. geol. B.Hoffers.     

Wert und Grenzen der Conodonten-Stratigraphie

Zusammenfassung Conodonten können mit Säuren aus Kalken und Dolomiten herausgeätzt werden. Die Vorzüge von Essigsäure, Ameisensäure und Monochloressigsäure für die verschiedenen Gesteinstypen werden diskutiert. Die systematische Stellung der Conodonten ist noch immer ungeklärt. Die Verbreitung ist vom Mittelkambrium bis in die obere Trias gesichert, das Vorkommen in der Oberkreide ist sehr wahrscheinlich. Hauptzeiten der Entwicklung sind Ordovicium, Mittelbis Oberdevon und Unterkarbon. Die wichtigsten Leitgattungen aus den verschiedenen Formationen werden zusammengestellt und in repräsentativen Arten abgebildet.Conodonten können sowohl in der praktisch-stratigraphischen Arbeit als auch zur Korrelation über weite Räume wertvoll sein. Dabei muß allerdings auf die Problematik offensichtlicher Differenzen des Ein- und Aussetzens bestimmter Arten des Devons und der Trias in den verschiedenen Gebieten hingewiesen werden. Diese beruhen vielleicht auf Unterschieden der Lebensweise der einzelnen Conodontengattungen, für das Vorhandensein solcher ökologisch-fazieller Unterschiede wird Material zusammengetragen.     

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.     

Die seismische Aktivität in Venezuela im Zusammenhang mit den wichtigsten tektonischen Bruchzonen

Zusammenfassung Einem kurzen Überblick über die geologischen und tektonischen Zusammenhänge in den wichtigsten venezolanischen Erdbebengebieten folgt eine standardisierte Betrachtung der Einzelbeben, deren Magnitude gleich oder größer als 5,5 war. Die aus makroseismischer Intensität und/oder Magnitude (Richter) berechnete, ausgelöste Erdbebenenergie, summiert über 440 Jahre bekannter Erdbebengeschichte Venezuelas, wurde graphisch dargestellt. Die Neigung der so erhaltenen Energietreppen ist ein Maß für die Seismizität, i.e. der Vertikalabstand der Parallelen zwischen Maxima und Minima ist ein Maß für die größtmögliche Magnitude eines Erdbebens aus der entsprechenden Herdregion, und aus den zeitlichen Abständen der Energietreppen lassen sich Schlüsse ziehen über Erdbebenhäufigkeit bzw. Erdbebenerwartung. Schließlich wurde für alle Beben das der ausgelösten seismischen Energie unter gegebenen Voraussetzungen entsprechendeErdbebenvolumen berechnet, an die Erdoberfläche projiziert und als Epizentralgebiete in einer Isoseistenkarte dargestellt, in welchen Wellenbewegungen und Krustendeformationen zu erwarten sind. Besonders Brucherscheinungen sollten dann sichtbar sein, wenn eine der Oberflächen des Volumens mit der Erdoberfläche zusammenfällt. Mittels einer für alle größeren venezolanischen Erdbeben aus makroseismischen Beobachtungen berechneten Intensitäts-Abklingkonstanten c wurde schließlich eine Isoseistenkarte für Venezuela entworfen, in welcher mögliche Überlagerungen aus allen seismischen Zonen des Landes berücksichtigt wurden. Diese Karte kann als Grundlage für die Planung erdbebensicherer Bauten und für geotektonische Zwecke benutzt werden.

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A brief synopsis of the geological and tectonical context of the most important Venezuelan earthquake regions is followed by a standardized treatment of the single earthquakes with magnitudes greater then 5,5. From intensity and/or magnitude (Richter), the earthquake energy released was calculated, added up for the 440 years of known earthquake history of Venezuela, and presented in graphs. The slope of such cumulative energy histogram is a measure of the seismicity, i.e. the distance between the two parallel lines, which connect the maxima and the minima, gives an idea of the possible maximum magnitude in each region; from the time intervals of the steps one may draw conclusions concerning earthquake frequency and earthquake expectation. Finally the earthquake volume for each single quake, which under given conditions corresponds to the energy released, was calculated, its surfaces were projected on the earth's surface and mapped as epicentral regions of an isoseismal map, in which wave motion and crustal deformations may be expected. Special fracture features should be visible where one of the surfaces of the volume intersects the earth's surface. By means of an intensity decay constant c, which was determined from macroseismic observations for each greater earthquake, the isoseismal map for Venezuela was drawn, in which possible intensity superpositions of all seismic regions were taken into consideration. This map may be used as a base for earthquake engineering and geotectonical purposes.

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Résumé Un bref aperçu sur les rapports géologiques et tectoniques dans les régions de tremblements de terre les plus importantes au Vénézuéla est suivi d'une étude standardisée des tremblements individuels, dont la magnitude était égale ou supérieure à 5,5. L'énergie sismique dégagée, calculée à partir de l'intensité macro-sismique et/ou de la magnitude (Richter), accumulée pendant 440 ans d'histoire connue des tremblements au Vénézuéla, est représentée à l'aide d'esquisses graphiques. L'inclinaison des «escaliers d'énergie» qui en résultent est la mesure de la sismicité, c'est-à-dire la distance verticale des lignes parallèles entre maxima et minima est la mesure de la magnitude la plus grande possible d'un tremblement de la région sismique en question, et on peut déduire des intervalles de temps entre les escaliers d'énergie des conclusions sur la fréquence et la prévision des tremblements. Enfin, pour tous les tremblements le volume de tremblement correspondant sous des conditions données à l'énergie sismique dégagée est calculé, projeté sur la surface de la terre et représenté sur une carte isoséiste comme régions épicentrales où l'on peut prévoir un mouvement d'ondes et des déformations de l'écorce. En particulier, des phénomènes de fraction doivent être visibles quand l'une des surfaces du volume coincide avec la surface de la terre. Finalement, à l'aide d'une constante d'intensité diminuée «c», calculée pour tous les tremblements de terre majeurs du Vénézuéla par des observations macrosismiques une carte isoséiste est dessinée pour le Vénézuéla, dans laquelle il est tenu compte des superpositions possibles de toutes les zones sismiques du pays. Cette carte peut servir de base pour le projet de bâtiments résistant aux séismes et à des buts géotectoniques.

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5,5 , . , 440 . , , , , , , , . , . .

     

Beziehungen zwischen überlagerten tektonischen Gefügen und Deckenbewegung in den Apuaner Alpen (Nord-Toskana)

Zusammenfassung Die tektonischen Einheiten der Apuaner Alpen zeigen sowohl makroskopische als auch mesoskopische axiale Gefüge mit NW-SE-Orientierung, die der apenninischen Richtung entsprechen. In den ältesten Gesteinen des autochthonen Kerns überlagert diese Richtung Relikte eines früheren linearen Systems mit bevorzugtem NE-SW-Streichen. Dieses ältere System ist auf Phyllitserien beschränkt, welche in Marmorlagen paläozoische Faunen führen (VAI 1972). Sein Entstehungsalter muß demnach präalpidisch sein.Während der Hauptorogenese des Nordapennins erfolgte die stärkste Einengung und der tektonische Transport in SW-NE-Richtung. Dabei wurde die Zone von Massa von SW her auf den internen Teil des Autochthons aufgeschoben und gleichzeitig in ihr ein lineares System mit apenninischer Streichrichtung erzeugt. Das präalpidische Axial-System wurde um die apenninische Richtung rotiert und es entstanden Lineare mit steilerem Einfallen und einer charakteristischen Verteilung auf einem steilen Teilgürtel im Gefügediagramm. Die Platznahme der parautochthonen Schuppen (Campo Cecina, Isola Santa und Stazzema) erfolgte zur gleichen Zeit. Ihr Herkunftsgebiet kann die Zone von Massa gewesen sein.Die Schieferungsflächen des Autochthons wurden, entsprechend der stress-Verteilung, ursprünglich mit einer SW-Vergenz angelegt. Im Verlauf der Orogenese rotierten sie, parallel zu B, in eine steilere Lage. Schließlich entstanden NE-vergente Foliationen mit tautozonaler Anordnung zu B, die offenbar durch die Überschiebung der Toskanischen Decke nach NE erzeugt wurden. Die schwache Faltung und die (Ton-)Schieferung in den inkompetenten Horizonten dieser Decke zeigen dieselbe stress-Verteilung.

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In macroscopic and mesoscopic scale the entire Apuane Alps (allochthonous and autochthonous parts) show an axial pattern with NW-SE orientation which is conform to the Apenninic direction. In the oldest layers of the center of the autochthonous core, this direction superimposes remnants of an older linear system with a preferred NE-SW direction. This system is limited to schists which contain palaeozoic layers (VAI 1972). Its age, therefore, must be pre-Alpidic.During the orogenesis of the Apennine mountain chain the direction of the main pressure was SW-NE. This caused an upthrusting of the Massa Zone on the autochthonous part with movements in NE direction. The Apennine direction of fold axes was then established in the Massa Zone. The pre-Alpidic system of linears was rotated around the Apennine direction and linears with a steeper plunge and a characteristic steep girdle distribution originated. The emplacement of the parautochthonous schuppen zones of Campo Cecina, Isola Santa and Stazzema took place in the same time; the Massa Zone might even be the origin of these thrust slices.The schistosity planes in the autochthonous part generated with a primary SW vergence (sf₁-planes parallel to B-axes which also show a NW orientation) according to the distribution of stress. In the course of orogenesis the schistosity planes rotated into steeper positions, still parallel to B. Finally, probably together with the movement of the Tuscan nappe towards the NE, the foliation systems tautozonal to B with vergences into NE direction resulted which now predominate. The weak folding and the slaty cleavage system in the Tuscan nappe reproduces the same pattern of stress distribution.it]Riassunto In scala macro e mesoscopica tutte le parti alloctone (falda toscana), parautoctone (zona di Massa, zone a scaglie di Stazzema, Isola Santa e Campo Cecina, unità delle Panie) e autoctone (autoctono Apuano) mostrano una distribuzione assiale orientata in direzione NW-SE, che corrisponde alla direzione generale dell'Appennino settentrionale. Nelle formazioni più antiche (Paleozoico) del nucleo autoctono, questa direzione è sovrapposta a relitti di un sistema precedente con direzione predominante NE-SW. Questo sistema si riconosce su filladi quarzifere e scisti sericitico-cloritici, che contengono una fauna paleozoica in dolomie e marmi intercalati (Vai 1972); la sua età quindi deve considerarsi prealpidica.Durante l'orogenesi principale dell'Appennino settentrionale la pressione maggiore, dovuta al trasporto tettonico, si manifestava in direzione SW-NE. Con questo movimento si verifica un accavallamento verso NE della zona di Massa sulla parte interna dell'autoctono. Contemporaneamente in quest'unità parautoctona si originava un sistema di lineazioni in direzione appenninica. Il sistema assiale prealpidico è stato poi rotato in conseguenza della nuova tettogenesi appenninica. Con questa rotazione si generavano lineazioni con un'inclinazione maggiore ed una distribuzione caratteristica a cintura sul reticolo diSchmidt. Contemporaneamente le zone parautoctone a scaglie di Stazzema, Isola Santa e Campo Cecina sono state spostate sul nucleo autoctono. La loro zona di origine potrebbe essere stata la stessa dell'unità parautoctona di Massa.I piani di scistosità dell'autoctono si formavano secondo la distribuzione dello stress — dapprima con una vergenza verso SW (sf₁-piani paralleli all'asse B delle pieghe con direzione NW-SE). Durante l'orogenesi questi piani ruotavano — sempre paralleli a B — in una posizione a maggiore inclinazione e finalmente originavano foliazioni (sf₂) con una vergenza verso NE, che mostrano una distribuzione tautozonale con B. Queste foliazioni che probabilmente si sono formate durante il movimento della falda toscana verso NE ora predominano nell'assetto tettonico.Il debole piegamento e la scistosità di tipo slaty cleavage negli orizzonti incompetenti della falda toscana mostrano la stessa distribuzione di stress in un piano tettonico superiore a quello dell'autoctono e parautoctono.

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Résumé Les unités tectoniques des Alpes Apuanes montrent une orientation axiale correspondant à la direction apennine. Cette direction interfère à la base du socle autochtone avec un système linéaire, d'orientation préférentielle NE-SW. Ce système plus ancien est limité aux séries de phyllites contenant des faunes paléozoiques (VAI 1972). En conséquence, l'âge de ce système doit être pré-alpin.Pendant l'orogénèse principale de l'Apennin septentrional, le retrécissement le plus prononcé et le transport tectonique se produisicent dans la direction SW-NE. Ainsi, la zone de Massa fut superposée, venant du SW, à la partie interne de l'autochtone et affectée simultanément par un système linéaire apennin. Ensuite, le système axial pré-alpin a subi une rotation autour des axes apennins, d'où résultèrent des systèmes linéaires à fort plongement et une distribution caractéristique des axes plus raides. La mise en place des écailles parautochthones, dont l'origine pourrait être la zone de Massa, se réalisa en même temps.D'abord les surfaces de schistosité dans l'autochtone ont été déversées vers le SW, à cause de la distribution tensionelle. Au cours de l'orogénèse, elles ont subi une rotation, parallèlement à B, dans une position à plongement plus fort. Finalement résultèrent des foliations déversées vers le NE, qui ont été formées par le transport vers le NE de la nappe toscane.Le faible plissement et le clivage dans cette nappe montrent la même distribution de tension.

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, , — - , . -. , (VAi 1972). , -. . - , . - .. . ( , ). Macca. — — - (sf, — «B», -). «» . , , -, , «B» - , . - .

     

Möglichkeiten und Grenzen des Base Friction Konzepts

ZusammenfassungMöglichkeiten und Grenzen des Base Friction Konzepts Der vorliegende Beitrag befaßt sich mit einer von Goodman eingeführten neuen Technologie für zweidimensionale Modellversuche in der Felsmechanik. Bei diesen Modellen sollen die im Prototyp durch die Gravitation erzeugten Körperkräfte durch Reibungskräfte simuliert werden, die dieselbe Richtung wie die Erdbeschleunigung besitzen müssen und die entstehen, wenn das zweidimensionale Modell in einer horizontalen Ebene aufgebaut und zwischen dem Modell und der horizontalen Basis eine entsprechende Relativbewegung erzwungen wird.Nach einem kurzen Überblick über die einschlägige Literatur wird anhand eines Stabilitätsdiagramms für einen Einzelkörper an der Schiefen Ebene untersucht, ob die im geklüfteten Fels auftretenden Bruchmechanismen Gleiten, Kippen und Kippen bei gleichzeitigem Gleiten im Base Friction Modell exakt modellierbar sind.Aus dieser Untersuchung ergibt sich, daß in den Bereichen Kippen und Gleiten bezüglich der Kinetik mit Schwerkraftmodellen übereinstimmende Ergebnisse zu erzielen sind. Im Bereich Kippen bei gleichzeitigem Gleiten treten dagegen wesentliche Abweichungen auf, weil die Simulation der Schwerkraft durch Reibungskräfte nicht vollständig gelingt. Fälle, bei denen Aussagen über Geschwindigkeits-und Beschleunigungsverhältnisse im Prototyp gemacht werden sollen, können aus demselben Grund mit einem Base Friction Modell nicht untersucht werden.Nach einer ausführlichen Kritik wird dann der Schluß gezogen, daß das Base Friction Modell zwar als Entwurfshilfsmittel ungeeignet ist, daß es aber als Methode für die Grundlagenforschung in der Felsmechanik mit Aussicht auf Erfolg eingesetzt werden kann.

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SummaryPossibilities and Limitations of the Base Friction Model The paper deals with a new technology for two-dimensional model tests in rock mechanics introduced by Goodman. In this model gravity is simulated by base friction forces. Their direction is to be that of gravity. The two-dimensional model is placed on a horizontal base. A movement of this base relative to the model produce frictional forces which model gravity.First a single model element placed on an inclined plane is analysed resulting in a stability diagram. The purpose of the subsequent analysis is to assess whether the mechanisms of failure being investigated, i. e. sliding, toppling, and toppling combined with sliding, are adequately reproduced by the base friction model.The specific mechanisms toppling and sliding produce kineticly valid results. Considerable errors are to be expected for toppling combined with sliding, because of the specific base friction feature. Mechanisms including velocity and acceleration cannot be modeled by base friction.Finally the limitations of the base friction model as a design tool and instrument for rock mechanics research are discussed.

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RésuméPossibilités et limites du base friction model Le présent article traite d'une nouvelle technologie des essais à deux dimensions, introduite par Goodman, sur la mécanique des roches. Par cette technologie les forces en prototype, produites par la gravitation, doivent être remplacées par des forces de frottement. Leur direction doit être la même que celle de la gravitation. Le modèle à deux dimensions est posé sur un plan horizontal. Le mouvement relatif du modèle contre la base horizontale produit des forces de frottement, qui modèlent la gravitation.A l'aide d'un diagramme de stabilité pour un élément isolé sur un plan incliné, on fait des analyses pour savoir si les états de mouvement aparaissant à la rupture de la roche, c'est-à-dire le fait de glisser, basculer, et basculer en même temps que glisser, peuvent être modelés exactement avec le base friction model.Les mécanismes glisser et basculer produisent des résultats qui sont cinétiquement réels. Des fautes remarquables doivent être attendues pour le fait de basculer en même temps que glisser à cause de la mécanique spécifique du modèle. A modeler des vitesses et des accélérations le modèle n'est pas propre.En conclusion on expose une critique détaillée pour savoir jusqu'à quel point cette méthode peut servir comme moyen de dimensionnement dans la pratique et comme instrument pour la recherche en mécanique des roches.

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Mit 9 Abbildungen     

Zur Entstehung des tektonischen Stengelbaus an präkambrischen Eisen- und Sulfiderzkörpern der zentralschwedischen Leptitserie

Zusammenfassung Einleitungsweise wird die tektonische Entwicklung der zentralschwedischen Leptitregion skizziert. In den erzführenden Zonen, die sich parametamorph duktiler als die Hauptmasse der Leptite verhielten, herrschen steilachsiger Schlingen- und Stengelbau vor, zumeist entstanden durch Umfaltung der in früherer Phase isoklinal aufgerichteten Faltenflügel. Die sekundär-oblongen Körper von Eisen- und Sulfiderzen fügen sich mit Außen- und Innengestalt in das synmetamorphe Formungsbild der steilachsigen Tektonik ein. Verschiedene Formungsweisen, die zu den sekundär-oblongen Erzkörpern führten, werden besprochen und mit Beispielen belegt. Diesbezügliche Besonderheiten gewisser Erztypen werden herausgestellt. Damit zusammenhängend werden die Eisen- und Sulfiderztypen formal und genetisch kurz charakterisiert. Als Unterlage für Untersuchungen über Zusammenhänge von Erzkörpergestalt und tektonischer Fazies wird topologische Kennzeichnung der Erzkörper befürwortet, wofür die Methoden der Stereologie als zukunftsträchtig erscheinen. Die Bedeutung der Kompetenzunterschiede an Erzen und Nebengesteinen wird für einige das Thema betreffende Fragen herausgestellt. Das führt auch zu genetischen Aspekten, wie z.B. dem, daß Diskordanz zwischen Erz und Nebengestein im regionalmetamorphen Bereich kein Beweis für Epigenese ist, sondern heteromobil durch Kompetenzunterschiede erzeugt sein kann. Der Vergleich des tektonischen Verhaltens von Eisen- und Sulfiderzen zeigt, daß keine Art- sondern nur Gradunterschiede vorliegen. Sowohl Sulfiderze, als auch sedimentäre Eisenerze sind in örtlichen bis regionalen Falten gelegen. Daraus wird gefolgert, daß die Erze während der regionalmetamorphen Tektogenese mechanische Schwächeanisotropien waren, an denen Faltungen sich bevorzugt auslösten. Diese und andere Gründe sprechen gegen die frühere Annahme, daß die Sulfiderze synkinematische Gangstockfüllungen sind. Tektonische Stellung und Gefüge weisen sie als prämetamorph angelegte Erzkörper aus, die durch Regionalmetamorphose(n) ± stark formverändert wurden. Mechanische Teilbewegungen überwogen molekulare. Letztere dürften bevorzugt durch mechanische Einwirkung ausgelöst worden sein (Drucklösung, Tribochemie, etc.). Für das Verständnis des mechanischen Verhaltens der Sulfiderze werden einschlägige experimentelle Festigkeits- und Verformungsdaten konsultiert. Daraus läßt sich ableiten, daß es Sulfiderzen bei regionalmetamorphen Einwirkungen in dieser Krustentiefe unmöglich gewesen sein dürfte, vormetamorphe Kristallisationen und Gefüge zu bewahren. Das bestätigen Feld- und Laborbefunde.

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As an introductory, the tectonic evolution of the Central Swedish Leptite Region is outlined. In the ore-bearing zones, which reacted more ductile than the bulk of the leptites, steep standing fold formations (Schlingentektonik) and steep columnar structures are dominating, mainly developed by refolding of isoclinally raised limbs and steep axis confining tectonics. The secondary oblong bodies of iron and sulfide ores harmonize with the para-metamorphic steep axis tectonics. The different manners of shapings are discussed and verified with examples. In this connection the peculiarities of some ore types are emphasized. Coherently the iron and sulfide ore types in the Leptite Region are characterized formally and genetically. To get an idea of the connection between the shape of the ore body and the tectonic facies it should be needed to characterize the ore bodies topologically. Stereological methods are advocated. The importance of competence differences between ores and country rocks is stressed. It leads even to genetical aspects, as e.g. that in regional-metamorphic environment the discordance between ore and country rock is no evidence for epigenetic deposition. It may be caused by heteromobile differences of componental movements. The comparison of the tectonic behavior of iron and sulfide ores shows, that there are no differences in kind of deformation, but only in magnitude. The sulfide ores as well as the sedimentary iron ores are situated in local to regional folds. It is assumed, that the ores during the regional-metamorphic tectonics served as mechanical anisotropies of weakness, favoring folding. These and other reasons speak against the earlier assumption that the sulfide ores are para-kinematic saddle-reefs (Gangstöcke). Tectonic positions and fabrics indicate that they are pre-metamorphic ores, which have undergone more or less drastic deformations during regional-metamorphic conditions. Mechanical rearrangements dominate. Chemical rearrangements could often be released by mechanical effects. To understand the mechanical behavior of the sulfide ores experimental data of strength and deformation are consulted. On the basis of them, it can be deduced that during the given regional-metamorphic conditions, sulfide ores cannot preserve premetamorphic crystallizations and fabrics.

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Nach einem Vortrag anläßlich der 61. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in München am 19.2.1971.     

Untersuchungen über das Gleichgewicht zwischen K-Feldspat,Quarz und Muskovit und die Anwendung auf Fragen der Gesteinsbildung bei tieferen Temperaturen

During equilibration of K-feldspar, quartz and muscovite with dilute KCl-solutions, the change in pH of the solution was measured as a function of time. The resulting equilibrium constant, K _T = ^aK + /^aH +, is 10^4.21±0.06, 10^5.86±0.03 and 10^6.01±0.03 at 300, 60 and 30° C respectively (standard states at 1 bar) and are consistent with the best higher temperature data. At 30° C this constant is consistent with the ^aK + /^aH + ratio of seawater. From K _T and the activity of K ⁺ in seawater, a pH of 8.2 is calculated, essentially identical with the pH which results from dissolution of CaCO₃ under atmospheric CO₂-pressure. Consequently, detrital K-feldspar, quartz, muscovite, and calcite are stable in seawater. Apparently, the seawater pH is controlled by CaCO₃ as well as K-feldspar, quartz and muscovite. Independently both equilibria show virtually the same pH, within the variability due to disordering, solid solution and surface energy effects.Assuming that the K-concentrations of pore solutions vary between about 4000 and 40 ppm, these solutions have alkalic pH-values in the temperature range between 30 and 300° C if K-feldspar, quartz and muscovite are present. In limestones the pH is fixed by the dissociation of CaCO₃; the occasionally observed formation of K-feldspar in these rocks requires a minimum K-concentration of approximately 4 ppm.

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Die Untersuchungen wurden am Department of Mineralogy and Geochemistry der Pennsylvania State University durchgeführt. Der erste Autor (H. E. Usdowski) bedankt sich für die freundliche Aufnahme und die ausgezeichneten Arbeitsmöglichkeiten. Besonderer Dank gilt Dr. George Helz für viele Diskussionen und manche Hilfe im Labor. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat die Untersuchungen durch einen Forschungsauftrag unterstützt.     

Neue Daten zur Biostratigraphie und zur tektonischen Lagerung der Phyllit-Gruppe und der Trypali-Gruppe auf der Insel Kreta (Griechenland)

Based on many new fossil discoveries mainly conodonts and ostracodes an attempt has been made to determine the stratigraphic range of the high pressure/low temperature metamorphic Phyllite Group in West Crete (Greece). The numerous conodont findings indicate — in spite of strong supply of clastic material — a fully marine environment from the Upper Carboniferous up to the end of the Lower Triassic. The prevailing part of the Middle Triassic cannot yet covered by fossils. The upper Triassic shows in the lower (invers) part of the Phyllite Group a shallow water facies with ostracodes, bivalves and at the Triassic/Lias boundary a saliniferous facies, however in the upper (in original position lying) part a conodonts-foraminiferes bearing littoral facies. The present biostratigraphic data point out that the lower part of the Phyllite Group lies in inverted order and the upper part in original position. Thus the Phyllite Group on the whole seems (in West Crete) to form a huge recumbent isoclinal fold analogous to the isoclinal folding on a smaller scale as frequently exposed. The carbonate Trypali Group can be interpreted as either the recumbent limb of this fold structure or as part of the underlying Talea Ori Group. The Trypali Group seems not to be a particular unit. For the reconstruction of the paleogeographic and geodynamic evolution of the South Aegean region the following evidence may be important:

1. the marine sedimentation in the Upper Palaeozoic and the Lower Triassic, especially the marine Upper Permian (Dorashamian), an isolated occurrence 2000 km away from comparable sediments further east and
2. the obvious termination of deposition at the Triassic/Lias boundary. A future interpretation of these results may be the key to a better understanding of the geodynamic process which led to the high pressure/low temperature metamorphism of the Phyllite Group.

     

Strukturelle Untersuchungen an Arsenbrackebuschit

Zusammenfassung Röntgenographische Untersuchungen an Einkristallen von Arsenbrackebuschit, Pb₂(Fe, Zn)(OH, OH₂) (AsO₄)₂ (mit FeZn21), ergaben die RaumgruppeP2₁/m mita ₀=7,763(1) Å,b ₀=6.046(1) Å,c ₀=9.022(1)Å, =112,5(1)°,V=391,2(1) ų,Z=2 und _x =6,54 g/cm³. Dreidimensionale Fouriersynthesen und Verfeinerungen nach der Methode der kleinsten Quadrate bis zu einemR-Wert von 0,073 zeigten, daß das neue Mineral strukturell einer Gruppe von Blei-Mineralen der allgemeinen Formel Pb₂ Me(Z) (XO₄) (YO₄) — mitMe=Cu²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Fe³⁺;X=S, Cr, V, As;Y=P, As, V;Z=OH, OH₂ — zuzuordnen ist. Vertreter dieser Gruppe sind z. B. Tsumebit Pb₂Cu(OH) (SO₄) (PO₄), Vauquelinit Pb₂Cu(OH) (CrO₄) (PO₄) und auch Brackebuschit Pb₂(Mn, Fe) (OH₂) (VO₄)₂. Strukturelle Verwandtschaft besteht mit Tsumcorit Pb(Zn, Fe)₂(OH, OH₂)₂(AsO₄)₂, einem weiteren Blei-Arsenat der gleichen Lagerstätte.

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Structural investigation of arsenbrackebuschite

Summary X-ray single crystal work on arsenbrackebuschite, Pb₂(Fe, Zn) (OH, OH₂) (AsO₄)₂ (with FeZn21), gave space groupP2₁/m witha ₀=7.763(1),b ₀=6.046(1),c ₀=9.022(1) Å, =112.5(1)°,V=391.2(1) ų,Z=2 and _x =6,54 g/cm³. 3-dimensional Fourier syntheses and least-squares refinement (finalR=0.073) showed that the new mineral belongs to a group of lead minerals with the general formula Pb₂ Me(Z) (XO₄) (YO₄)Me=Cu²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺;X=S, Cr, V, As; Y=P, As, V;Z=OH, OH₂. Members of this group, are for example tsumebite, Pb₂Cu(OH) (SO₄)(PO₄), vauquelinite, Pb₂Cu(OH) (CrO₄) (PO₄), and brackebuschite, Pb₂ (Mn, Fe) (OH₂) (VO₄)₂. A structural relationship exists to tsumcorite, Pb(Zn, Fe)₂(OH, OH₂)₂ (AsO₄)₂, another lead-arsenate from Tsumeb.

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Mit 2 Abbildungen     

Sedimentpetrographische Untersuchungen des Flammenmergels

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurden tonig-kalkig-kieselige Proben des Flammenmergels aus einem Profil von Wrisbergholzen sowie Einzelproben von der Hohen Schanze und von Othfresen-Liebenburg hauptsächlich optisch und röntgenographisch untersucht.Als wesentliche Komponenten treten auf: verschiedene Modifikationen der Kieselsäure (Quarz, Chalcedon, Opal), Calcit, Muskovit, Montmorillonit und Glaukonit. Es wurde festgestellt, daß der Flammenmergel sehr verschieden ausgebildet sein kann: neben Kalkbänken gibt es mehr kieselige Partien, daneben auch lockere tonig-mergelige Schichten.Es wurde versucht, das Vorhandensein von Opal, Chalcedon und neugebildetem Quarz zu erklären. Dabei wurde angenommen, daß die im Flammenmergel häufig vorkommenden Kieselorganismen unter hohem pH-Wert aufgelöst und die dadurch gelöste Kieselsäure bei niedrigem pH-Wert wieder ausgeflockt wurde. Nach seiner Zusammensetzung ist der Flammenmergel ein chemisch-biogenes Sediment mit klastischem Anteil (maximal 30%).

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Argillaceous-calcareous-siliceous samples of the flammenmergel from a section at Wrisbergholzen and some samples from Hohe Schanze and Othfresen-Liebenburg were investigated mainly with optical and X-ray methods.The essential components are: different modifications of SiO₂ (quartz, chalcedony, and opal), muscovite, montmorillonite, and glauconite.It can be seen that the flammenmergel occurs in different forms: limestone beds change to more siliceous parts or loose, argillaceous-marly beds.An explanation for the occurence of opal, chalcedony, and newly formed quartz is given. It was assumed that siliceous organisms, abundant in the flammenmergel, were dissolved under a high pH-value and that the so-formed SiO₂-solution coagulated under a low pH-value.According to its composition, the flammenmergel is a chemical-biogenetic sediment containing clastic components up to 30%.

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Diese Arbeit wurde hauptsächlich im Rahmen des Studiums als Vorarbeit im Jahr 1962/63 ausgeführt. Herrn Prof. Dr. Dr. h. c. C. W. Correns möchte ich für die Überlassung des Themas und sein förderndes Interesse sehr danken. Für sehr anregende Diskussionen danke ich Frau Dr. P. Schneiderhöhn und Herrn Prof. Dr. O. Braitsch. Für freundliche Unterstützung bei der Probenbeschaffung und einige Hinweise möchte ich Herrn Dr. F. Schmid vom Niedersächsischen Landesamt für Bodenforschung und Herrn Dr. H. Kolbe vom Erzbergbau Salzgitter danken. Fräulein Uebach sei für die Ausführung der chemischen Vollanalysen gedankt.     

Stockwerktektonische Untersuchungen im Ruhrkarbon

Zusammenfassung Nach einer Erläuterung des Begriffes Stockwerktektonik wird über derartige Untersuchungen im südlichen Ruhrkarbon berichtet. Hier lassen sich drei durch fließende Übergänge verbundene tektonische Stockwerke unterscheiden: Das Flözleere ist durch das Vorherrschen tektonischer Formen niederer Größenordnung gekennzeichnet, die sich an bestimmten Stellen summieren. Das nächst höhere Stockwerk zeichnet sich durch eine sanfte Faltung und einige typische Faltenformen aus. Ein weiteres Stockwerk ist in seinem Formenschatz stärker differenziert. Über höhere Stockwerke liegen Untersuchungen vonKukuk, Kienow undSeidel vor. - Der vorliegende Bericht bringt nur Ergebnisse aus dem südlichen Revier; eine Gesamtdarstellung kann damit noch nicht gegeben werden.