Kompetenzumkehr in hochmetamorphen Gesteinen: Einblicke durch Mullions
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt behandelt die Bildung von Mullions in 2 und 3 Dimensionen und ihre Rolle als Indikator für Kompetenzumkehr in hochmetamorphen Gesteinen. Dazu wurden natürliche Beispiele aus dem Odenwald und der südlichen Böhmischen Masse untersucht. Ergänzende experimentelle Untersuchungen zur Bildung von 2D- und 3D-Mullions wurden mit Hilfe von Gesteinsanaloga durchgeführt. Im Weschnitz-Pluton des Odenwaldes wurde Quarzmonzodiorit in einer Tiefe von ca. 15 km von einem Spessartit-Sill durchsetzt. Die dabei entstehende Kontaktschmelze migrierte in weniger als 4 Monaten in die Schwundrisse des Ganges und bildete dort felsische Gänge. Anschließende Konstriktion führte zu (1) einem subvertikalen prolaten Korngefüge, (2) einer Versteilung des Sills, (3) Verdoppelung der Silldicke, (4) Mullions mit Spitzen, die in das felsische Nebengestein zeigen, und (5) Boudinage der felsischen Gänge im mafischen Sill. Der sigmoidale Verlauf der Foliation/Lineation im Sill wurde durch dessen Rotation erzeugt. Sie führte zu Scherspannungen entlang der Grenze zum Quarzmonzodiorit und antithetischer Rotation des Korngefüges, welches in Sillmitte subvertikal und am Rand parallel zur Gangbegrenzung verläuft. Die Form der Mullions, die Boudinage der felsischen Gänge und der sigmoidale Verlauf der Foliation belegen, dass sich der mafische Sill inkompetent und der Quarzmonzodiorit sowie die felsischen Gänge kompetent verhielten. Diese Umkehr der Viskosität wurde durch Korngrenzdiffusion erzeugt, die im feinkörnigen Sill wesentlich effektiver war. Korngrenzdiffusion ist in sämtlichen Gesteinen durch lobate Phasengrenzen belegt. Ähnliche Ergebnisse wie jene aus dem Odenwald wurden von Metagranitoiden und mafischen Einschüben der südlichen Böhmischen Masse erzielt. Hier ist rheologische Inversion angezeigt durch: (1) eine straffere Foliation in den mafischen Gesteinen, (2) Bildung von Mullions entlang verkürzter Kontakte und von Inversfalten entlang gestreckter Kontakte; die spitzen Enden zeigen in das saure Nebengestein, und (3) Faltung und Boudiange von felsischen Gängen in Amphibolitmatrix. Um den Einfluss der übergeordneten Straingeometrie und einer schiefen inkompetenten Lage auf die Mullionbildung zu untersuchen, wurden skalierte Analogexperimente durchgeführt. Der Viskositätskontrast zwischen nichtlinear-viskoser Lage und Matrix variierte dabei zwischen ¼ und 1/35. Bei identischer Magnitude der lagenparallelen Verkürzung ist die Wachstumsrate der Mullions maximal bei Konstriktion, moderat bei ebenem Strain und minimal bei Plättung. Eine initiale Ankippung (Schräge) der Lage bedingte bei reiner Konstriktion die Bildung von antisymmetrischen Mullions. Eine Vergrößerung des Viskositätskontrastes zwischen Lage und Matrix führte zu (1) schnellerer Rotation der Lage in Richtung der Hauptstreckungsachse, X, (2) früherem Vorhandensein einer stabilen Mullion-Wellenlänge, und (3) früherer Bildung von Flames. Die Art der Deformation (simultane Faltung und Boudinage vs. Scherung) einer dünnen kompetenten Schicht innerhalb der inkompetenten Lage wird nicht nur durch den Viskositätskontrast, sondern auch durch den Grad der Kohäsion zwischen kompetentem und inkompetentem Material kontrolliert. Diese Ergebnisse sind von großer Bedeutung für das Deformationsverhalten von zusammengesetzten (Sederholm-Typ) Gängen in der Mittel- und Unterkruste.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Development of a synorogenic composite sill at deep structural levels of a continental arc (Odenwald, Germany). Part 1: Sederholm-type emplacement portrayed by contact melt in shrinkage cracks. Tectonophysics, 805, 228774.
Zulauf, G.; Gerdes, A.; Hattingen, E.; Hoefer, H.E.; Loeckle, F.; Marschall, H.R.; Nesbor, H.-D.; Petschick, R.; Reischmann, T.; Schmeling, H. & Zulauf, J.
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Development of a synorogenic composite sill at deep structural levels of a magmatic arc (Odenwald, Germany). Part 2: Rheological inversion and mullion formation under bulk constriction. Journal of Structural Geology, 155, 104525.
Zulauf, G.; Zulauf, J.; Linckens, J.; Gerdes, A.; Hattingen, E.; Loeckle, F.; Marschall, H.R. & Steckenreiter, L.
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Poster contribution, International conference DRT Deformation Mechanisms, Rheology and Tectonics, Catania 2022 Rheological inversion and mullion formation of a composite sill under bulk constriction (Odenwald, Germany)
Zulauf. J.; Linckens. J.; Gerdes, A.. Marschall, H.. Loeckle, F.; Schmeling, H. & Zulauf, G.
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Scientific Talk, International conference, 4th Bohemian Massif Meeting in Freistadt/Austria, 2022. Sederholm-type emplacement and deformation of a synorogenic composite sill at deep structural levels of a continental arc (Odenwald, Germany).
Zulauf, G.; Gerdes, A.; Linckens, J.; Loeckle, F.; Marschall, H.R.; Nesbor, H.-D.; Petschick, R.; Schmeling, H. & Zulauf, J.
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Formation of mullions in two and three dimensions: Results from analogue modelling. Journal of Structural Geology, 172, 104890.
Zulauf, J.; Zulauf, G. & Hattingen, E.
