Schiefrigkeit und tektonische Achsen im Gebiet des Velberter Sattels (Rheinisches Schiefergebirge)

39 Pages·1963·1.241 MB·German

by  Priv.-Doz. Dr. Dieter Richter (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.1197
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
DK 551.24 (43-316.2)
Priv.-DoZ' Dr. Dieter Ricbter
Geologisch-Paläontologisches Institut der Universität Frankfurt ( Main) und
Forschungsstelle für regionale und ang ewandte Geologie
des Geologischen Institutes der Rhein.-Westf. Technischen Hochschule Aachen
Schiefrigkeit und tektonische Achsen
im Gebiet des Velberter Sattels
(Rheinisches Schiefergebirge)
WESTDEUTSCHER VERLAG· KÖLN UND OPLADEN 1963
ISBN 978-3-663-06676-7 ISBN 978-3-663-07589-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07589-9
Verlags-Nr.011197
© 1963 by Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen
Gesamtherstellung : Westdeutscher Verlag
Inhalt
Einleitung ....................................................... . 7
1. Die Schichtenfolge ............................................ . 8
2. Der Großfaltenbau 10
3. Die Stockwerke verschiedener Schiefrigkeit ...................... . 14
4. Das Ausmaß der »inneren Deformation« im Velberter Sattel. . . . . . . . . 15
5. Die Entstehung der Achsenrampe am E-Rand des Velberter Sattels... 17
6. Das Abweichen der Schiefrigkeit von der Achsenebene der Großfalten 19
7. Die Einwirkung der Riffkalkzüge auf die Schieferung. . . . . . . . . . . . . . . 20
8. Die Kleinfalten der 1. Generation ................................ 21
9. Die Kleinfalten der 2. Generation (»selektive Kleinfalten«) .......... 22
10. Die 8-Achsen und ihre Beziehungen zu den »selektiven Kleinfalten« .. 25
11. Zusammenfassung ............................................. 29
12. Literaturverzeichnis ............................................ 31
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Einleitung *)
Der Velberter Sattel bildet das nördlichste Antiklinorium des Rheinischen
Schiefergebirges. Er unterscheidet sich von den im Süden folgenden Groß
sätteln, wie z. B. dem Remscheid-Altena-Arnsberger Sattel, durch seine auf
fallend kurze streichende Erstreckung und sein rasches Abtauchen unter das
Karbon des Ruhrgebietes.
Nachdem die stratigraphischen und großtektonischen Gegebenheiten des Reviers
sich in mehr als hundertjähriger Arbeit haben klären lassen, ist es nunmehr
Aufgabe feintektonischer Untersuchungen, dieses Großbild in seinen Einzel
heiten zu füllen, eine Aufgabe, die nicht zuletzt bergbaulich und damit wirt
schaftlich bedeutsam ist. Gerade der Velberter Sattel bietet für solche For
schungen ein besonders geeignetes Feld, da an keiner anderen Stelle im Grenz
bereich Devon/Karbon der gefaltete Untergrund des Kohlenbeckens in so
modellartiger Weise an die Oberfläche tritt. Die hier ausstreichenden Schichten
des Oberdevons, des Unterkarbons und des Flözleeren tauchen infolge der
Neigung der Sattelachse gegen NE unter das produktive Karbon ab. Um Rück
schlüsse auf die Art der Tektonik im Liegenden des produktiven Karbons zu
ziehen, wurden feintektonische Spezialuntersuchungen sowie eine tektonische
Kartierung1 im aufgeschlossenen Bereich des Velberter Sattels durchgeführt.
Eng mit diesen Untersuchungen verknüpft ist die Frage der Stockwerkstektonik
(E. WEGMANN, 1953), unter der hier ein unterschiedlicher Bau innerhalb unter
einander folgender, lithologisch verschiedener Gesteinsfolgen bei gleichem Be
anspruchungsplan verstanden wird.
Das Untersuchungsgebiet umfaßt die Meßtischblätter 1: 25 000 Mülheim,
Essen, Kettwig, Velbert, Hattingen, Mettmann, Elberfeld und Barmen. Die
Forschungen wurden mit finanzieller Unterstützung des Landes Nordrhein
Westfalen ausgeführt, für die ich zu verbindlichem Dank verpflichtet bin.
*) Der unveränderte Abdruck vorliegender bereits in der Z. deutsch. geol. Ges. 112, 1,
S. 114-131 erschienenen Veröffentlichung erfolgte mit freundlicher Genehmigung der
Schriftleitung der Deutschen Geologischen Gesellschaft.
1 Voraussetzung für die Klärung der regionalen Tektonik war eine sorgfältige Analyse
der in dem bearbeiteten Gebiet auftretenden Gefügeelemente und Gefügetypen. Die
Ergebnisse dieser Analysen werden an anderer Stelle veröffentlicht.
7
1. Die Schichtenfolge
Von größtem Einfluß auf die tektonische Prägung war die verschiedene litho
logische Ausbildung des Devons und Karbons. So zeigt beispielsweise schon
die Begehung eines Querprofils zwischen Velbert und Essen, daß der wenig
mächtige Kohlenkalk ungeschieferte Schiefertone des Oberkarbons scharf von
gut geschieferten Gesteinen des Oberdevons trennt. Zum Verständnis der noch
zu schildernden Tektonik sei daher eine kurze lithologische Beschreibung der in
Frage stehenden Gesteinsfolgen gegeben.
Der Kern des Velberter Sattels wird von den Flinzschiefern eingenommen, die
von Wülfrath im Osten bis Mettmann, Hubbelrath und Ratingen im Westen
verbreitet sind, um dort dann unter der tertiären und quartären Bedeckung zu
verschwinden. Es handelt sich um gleichförmige, mergelige Tonschiefer mit
starker Schiefrigkeit2• Die Schichtung wurde durch die Schieferung weitgehend
ausgelöscht, sie ist nur hin und wieder an einer leichten Bänderung des Gesteins
und an eingelagerten kalkreichen Bänken zu erkennen. Das Liegende der Flinz
schiefer tritt im Schwarzbachtal, südöstlich von Ratingen, bei Nocken, Götzenberg
und Gr. Ilbeck, sowie in seinen beiden südlichen Seitentälern bei Poßberg, Mergels
berg und am Hahnenhof auf und besteht vorwiegend aus kalkigen Konglomera
ten und Kalksandsteinen, die möglicherweise die Nähe des kaledonischen Unter
grundes (vgl. H. BREDDIN, 1926; W. PAECKELMANN, 1928; K. ROTHAUSEN, 1958)
anzeigen.
Dem obersten Teil der mächtigen Flinzschiefer sind dicke Pakete massiger
Kalke der Givet/Frasne-Stufe eingeschaltet (H. BREDDIN, 1934; W. PAECKEL
MANN, 1942), die bis 300 m mächtig werden können und den Grund für die
blühende Kalkindustrie im Raum WÜlfrath-Dornap-Gruiten bilden. Die Riffe
schließen sich zu einer fast durchgehenden Schichtfolge zusammen, die sich von
Ratingen über Hofermühle, Wülfrath, Mettmann bis etwa Erkrath verfolgen
läßt (vgl. Taf. 1). Der etwa gleichaltrige Kalkzug von Gruiten-Dornap liegt
bereits auf dem Nordflügel des Remscheider Sattels.
Über den Flinzschiefern bzw. dem sich mit ihnen häufig verzahnenden Massen
kalk folgt das höhere Oberdevon (Famenne) in der Fazies der Velberter Schichten,
die sich überwiegend aus ziemlich sandigen Tonschiefern3 mit untergeordneten
2 Schieferung stellt einen Vorgang der Gefügeprägung mit grundlegender Veränderung
der Materialeigenschaften dar, die Schiefrigkeit ist als Gefügeelement (Feintextur) ihr
Ergebnis.
S Im Dünnschliff erweisen sich die sonst einheitlich erscheinenden Schichten als sehr
wechselvoll zusammengesetzt. So ändert sich der Sandgehalt im Profil wie auch im
horizontalen Bereich ständig. Die tonige Gesteinsmasse scheint gleichbleibend
illitisch-chloritischer Natur zu sein, während Felspäte und Quarz zurücktreten. Die
8
Sandsteinbänken zusammensetzen. Nur bei Wülfrath schalten sich zwischen
Flinzschiefer und Velberter Schichten noch kalkreiche Mergelschichten
(»Matagne«-Schichten) und Kalkknotenschiefer ein (H. KARRENBERG, 1954).
Die Schichten des Unterkarbons umsäumen in etwa 400 m breitem Ausstrich den
Devonkomplex des Velberter Sattels (wenn man das Etroeungt noch zu den
Velberter Schichten zurechnet). Das Unterkarbon ist auf dem Nordrand des
Antiklinoriums vor allem durch relativ mächtigen Kohlenkalk (50-70 m) ver
treten, neben dem die anderen Gesteine, wie Alaunschiefer, Kieselkalke und
Lydite, mit etwa 40% Anteil eine untergeordnete Rolle spielen. Nach SE wird
der Kohlenkalk mehr und mehr durch die Fazies des Kulms ersetzt, wie sie in
der Herzkämper Mulde auftritt. Hier beträgt der Anteil des Kohlenkalkes
mit 3 m Mächtigkeit nur noch 5% des gesamten Unterkarbons.
Die Schichtfolge des Oberkarbons ist vor allem durch einen ständigen Wechsel
weicher Schiefertone4 mit harten Sandsteinfolgen ausgezeichnet, wobei jedoch
der Anteil der weichen Gesteine überwiegt. Besonders bemerkenswert sind einige
mächtige Konglomerat- und Werksandsteinfolgen, die sich namentlich jeweils
im Liegenden der einzelnen Flöze der Magerkohlengruppe vorfinden.
Zusammenfassend muß hervorgehoben werden, daß vier gesteinsmäßig verschiedene Groß
komplexe sich gegenüberstehen, die, wie sich ergeben wird, tektonisch einen jeweils ver
schiedenen Baustil zeigen. Diese sind:
1. Die Flinzschiefer
2. Die massigen Riffkalke
3. Die Velberter Schichten
4. Der Kohlenkalk und das höhere Karbon
fast immer chloritisierten großen Muskovit-und Biotitschüppchen zeigen eine durch
schnittliche Längserstreckung von mehreren Zehntelmillimetern und liegen in der
Schiefrigkeitsebene. Die Kristallängsachsen sind meistens in beingeregelt (vgl. S. 17).
Da die Materialeigenschaften durch die Schieferung weitgehend verändert wurden,
ist der Mineralbestand vor der Deformation der Beobachtung nicht mehr zugänglich.
Wahrscheinlich war der Kaolinit-Montmorillonit-Anteil der Gesteine höher und
wurde erst durch die Schieferung in Glimmer umgewandelt.
, Die Tonschiefer des Karbons bestehen neben Quarzmehl nur aus Illit, wie Unter
suchungen von Herrn Dipl.-Geol. C. DIESSEL in der Bergbauforschung GmbH,
Essen, ergaben.
9
2. Der Großfaltenbau
Beim Betrachten der geologischen Karte (vgl. Taf. 1)* erkennt man eine aus
gesprochene Abhängigkeit der tektonischen Formung der einzelnen Gesteins
komplexe vom Material. Insbesondere sind Größe und Wellenlänge der Falten
weitgehend gesteinsmäßig bestimmt. Aus der Taf. 1 wird deutlich, daß der
Faltenbau des Riffkalkzuges im Gebiet südlich von Velbert und Wülfrath sich
nicht in die sich östlich davon befindlichen Falten des Kulms bzw. des flözleeren
und produktiven Karbons fortsetzt. Der Kalkstein tritt in drei größeren Sätteln
auf, die als Mergelsberger (H. KARRENBERG, 1954), Rohdenhauser und Wülfrather
Sattel bekanntgeworden sind. Das Querprofil (vgl. S. 11, Abb. 1) läßt diese
Faltentektonik, die von einigen Überschiebungen und Schuppungen begleitet
wird, deutlich erkennen. Die Annahme einer starren Bruchtektonik mit Längs
verwerfungen an den Rändern der Kalkzüge, wie sie von P AECKELMANN (1924,
1926) vertreten wurde, läßt sich heute nicht mehr rechtfertigen. H. BREDDIN (1934)
hat auf die Notwendigkeit dieser Umdeutung bereits hingewiesen.
Während der mächtige devonische Riffkalk im Velberter Sattel nur drei große Sättel auf
weist, ist der vergleichsweise schmächtige Kohlenkalk Zu elf Sätteln und Mulden zusammen
geschoben (R. BÄRTLING und W. PAECKELMANN, 1928). Diese setzen sich harmo
nisch in den Bereich der hangenden Grauwackenbänke und -schiefer des Flöz
leeren fort. Daß der Faltenbau der Riffkalkzüge im Velberter Sattel von dem des
Karbonkomplexes auf seinen E-Rand so stark abweicht, wird dadurch verständ
lich, daß auch die Großfaltung weitestgehend von der petrographischen Aus
bildung und der Mächtigkeit der Gesteine abhängig war und daß ebenfalls für
sie die Regel der »Stauchfaltengröße« gilt.
Während der Kohlenkalk am Nordrand des Velberter Sattels lediglich von
Störungen durchsetzt wird, beginnt er bei Hefel, wo das Umlaufen des Streichens
einsetzt, sich in Falten zu legen, die nach Süden fortlaufend engspanniger werden
(vgl. Taf. 1). Das Vor- und Zurückspringen des Unterkarbons im Kartenbild
läßt die Konturen der Sättel und Mulden gut hervortreten und deutet an, daß mit
der Reduktion der Mächtigkeit des Kalkes nach SE seine Faltbarkeit in dieser
Richtung zunimmt (R. TEICHMÜLLER, 1955, S. 5).
Auffällig ist die nur kurze, streichende Erstreckung der Mulden und Sättel des
Kulms im Vergleich mit den sich nordostwärts in die Sprockhöveler Schichten
hinein fortsetzenden Falten. Dieses Phänomen kommt dadurch zustande, daß die
Faltenachsen im Kulm (und vor allem in den höchsten Velberter Schichten) nach NE sehr
viel stärker einschieben als im Bereich des höheren Karbons.
Zur Klärung der Achsenlagen wurden im gesamten Gebkt des Velberter Sattels
*
Die Tafeln befinden sich im Anhang.
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...... ......
die Lagemessungen der ss-Flächen6 in den Großfalten nach dem bei der gefüge
kundlichen Untersuchung üblichen Verfahren in Bereiche mit homogenen Ge
fügen zusammengefaßt und im flächentreuen Halbkugeldiagramm dargestellt&
(B. SANDER, 1948, S. 125ff.). Flächen im Bereich »selektiver Falten« (vgl. S. 23)
wurden zu dieser Darstellung nicht verwandt. Es ergaben sich dabei für die Schnitt
punkte der ss-Flächen-Großkreise in allen Fällen scharf umgrenzte ß-Maxima, die
jeweils eine eindeutige Tautozonalitätsachse (ß) erkennen li~(fen. Soweit es sich fest
stellen läßt, stimmen die im Gelände ermittelbaren Faltenachsen (BI) (vgl. S. 21)
mit der Lage der ß-Maxima (gelegentlich nicht ganz) überein (vgl. Taf. 2).
Ein Vergleich der ß-Maxima der einzelnen homogenen Bereiche zeigt, daß die
Tautozonalitätsachse im Gebiet der Flinzschiefer des Velberter Sattels etwa
horizontal liegt bzw., im Raum westlich Mettmann, sogar ein ganz schwaches
Einschieben nach SW aufweist (vgl. Taf. 2). Im Gebiet der oberen Velberter Schichten
bei Kleinehöhe und Neviges dagegen ändern sich diese Verhältnisse sehr rasch, insofern, als
die Achsen der z. T. pobtropen7 Falten hier eine steile, gegen NE mit etwa 40° einfallende
Achsenrampe8 bilden (vgl. S. 17). Das steile Achsengefälle bleibt im Kulm noch
erhalten, wie sich aus dem Blockbild (vgl. Abb. 2) ergibt. Im Flözleeren selbst
zeigen dann die Faltenachsen rasch wieder das allgemeine flache Abtauchen
gegen NE.
Aus der gefügetektonischen Darstellung geht ebenfalls hervor, daß die Achsen
flexur am NE-Ende des Velberter Sattels in den gefalteten Schichten des tiefen
Oberkarbons auf seinem Nordflügel nicht mehr vorhanden ist, sondern daß hier
ein ganz flaches Einschieben der ß-Achsen gegen NE die Regel bleibt.
Das Kartenbild zeigt weiterhin, daß die Achsen der Falten aus der 65°-Richtung
innerhalb der Devonschichten im Bereich des Unterkarbons in eine 55°-Richtung
umgeschwenkt sind, um dann innerhalb des höheren Karbons wieder in den
alten Verlauf einzulenken. Es tritt also im Gebiet der beschriebenen Achsenrampe
(H. CLOOS, 1940) in der Horizontalen ebenfalls eine stärkere horizontale Achsenverbiegung
auf (vgl. S. 17).
5 Die Schichtflächen werden arbeitstechnisch mit »ss« (= sedimentäres s), die Schiefer
flächen mit »sf« bezeichnet. Letztere sind rein tektonisch angelegte Flächen. Es wur
den etwa 3000 ss-Flächen vermessen.
e Es wurden etwa 600 Aufschlüsse zu 42 Aufschlußbereichen zusammengefaßt und in
Form der üblichen flächentreuen LAMBERTschen Kugelprojektion (untere Halbkugel)
zur Darstellung gebracht. In der Taf. 2 ist eine Auswahl dieser Diagramme zusammen
gestellt.
7 Es bleibt nur die Lage von ß konstant, während sich die Falten z. T. durch Lage,
Gestalt, Relativbewegung sowie Vergenz unterscheiden.
8 Die Streichrichtung der Achsenrampe steht etwa rechtwinklig zum Verlauf der
Faltenachsen.
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