Geologie, Petrographie und Geochemie der Pyroklastika des

Geologische Abhandlungen Hessen
Band 92
Geologie, Petrographie und Geochemie der
Pyroklastika des Unteren Ems/Unter-Devon (Porphyroide)
im siidlichen Rheinischen Schiefergebirge
Herausgabeund Vertrieb
Hessisches Landesamt fur Bodenforschung, Leberberg 9, 6200 Wiesbaden

Kurzfassung: Unter demGesichtspunkt dertephrostratigraphischenUntergliederungder monotonen
Schiefer-Serien des Unteren Emsdessiidlichen Rheinischen Schiefergebirges (Taunus, Hunsriick) erfolgte
erstmalseine geologische, petrographische und geochemische Untersuchungder stratiform eingeschalteten
Pyroklastika (Porphyroide).
Diei. d.R. mehrereMeter machtigen Einschaltungen sind durcheine grobeGradierungmithaufigen
schichtigen und linsigen Einlagerungen im Top (unterschiedlicheMengen- und GriiGenverhaltnisseanpyro-
und epiklastischen Bestandteilen) gekennzeichnet.Durch Rutschungs-oder U mlagerungsvorgange entstan-
deneStrukturen treten bevorzugt im Topsowie an der Basis(quarzitischeBanke) auf.
Diesubmarin abgelagerten Pyroklastikakiinnen yonsubaerischenAusbriichenabgeleitetwerdenund wei-
sen groGesedimentologischeund petrographische Ahnlichkeiten mit denalssubmarin angesehenenprimar-
vulkanogenen "pyroclasticflow"- und densekundarverlagerten"pyroclasticdebrisflow"-Einheitenauf.
Die Matrixder Porphyroide wirdaus pseudomorphisiertenGlasscherbensowie Detritus-Material der Ton-
bisGrobsilt-Fraktion aufgebaut.PyroklastischeBestandteilestell en nebendenGlas-Relikten Hochquarz-
Pseudomorphosen, Albite sowieTuffit-Lapillidar.Mikrosonden-Analysenerwiesen die Anwesenheit yon
reinen Albiten. Das Auftretenyon Schachbrettalbit und geochemischeKriterienbelegen einesekundareAlbi-
tisierung. EpiklastischenUrsprungs sindbis zumehrere cmgroGe bituminose Flatschen,Quarzit-Gerolle,
zahlreiche Bioklasten,Quarz, Albit undMuskovit.Akzessorisch konnenopakes Erz(Magnetit,Pyrit),Leu-
koxen,Zirkon, Titanit, Apatit, Epidot,Turmalin, Rutil und Monazitbeobachtetwerden. Erhohte Tempera-
turund tektonischeBeanspruchungfiihrtenzu intensiven Mineralumwandlungenund -neubildungen
(Sericitisierung, Karbonatisierung,Chloritisierung).
Nicht nur im regionalen Rahmen,sondern schon innerhalbeinerAbfolgeist dasVerhaltnis zwischenvul-
kanogenen und detritischen Bestandteilen varia bel: Der BegriffPorphyroid umfaGteinweitesSpektrummit
allen Ubergangenzwischen fast reinen Pyroklastiten,Tuffiten und epiklastischen Sedimentenmit pyroklasti-
schem Anteil.
Die Auswertungvon 147 Haupt- und Spurenelement-Analysen (RFA) ermoglichtedieIdentifizierung von
mehr als zehn verschiedenenPorphyroid-Horizonten durchcharakteristischeGehalte bzw.Verhaltnisse fol-
gender Elemente:Zr,Nb, La, Y, Ti, P,Cr,Ni,V, K, Rb,Na,Sr.Die Anwendung vonEDV-Techniken
erwies sich hierbeialserfolgreich. Die geochemischeDiskriminanz gestattete zudem die Aussonderung yon
bislang alsPorphyroide angesehenenGesteinen(Diabase,Grauwackenetc.).
Die Ergebnisse erlauben nunmehr tephrostratigraphische Untergliederungen in mehreren Teilbereichen
des Verbreitungsgebietes derPorphyroide. Eine ausfiihrliche regionaleBeschreibung erfolgt unter Zuhilfe-
nahme zusatzlichergeologischer, tektonischer und palaontologischer Indizien.Daraus resultierende geologi-
sche Neuerkenntnisse und stratigraphischeKonsequenzenwerdendiskutiert.
Da diebisherigestratigraphischeGliederungdurch fiinfPorphyroid-Horizonte ebenso wie die Auffassung
nur einesHorizontes zuverwerfen sind, wird vorgeschlagen, biszur endgiiltigen Klarung von Anzahl und
Verbreitung der Porphyroide auf eine tephrostratigraphisch gestiitzteUnterems-Stratigraphie zu verzichten.
Porphyroide solltenvorerst nur mit Lokalnamen bezeichnetwerden.
Diepalaogeographische Rekonstruktionweist den PorphyroideneinenkiistenfernenSedimentationsraum
am S-Rand des dem Old Red-Kontinent vorgelagerten Schelfs zu. Petrographische, sedimentologischeund
geochemischeGriindesprechenfiir eineAbleitung des pyroklastischen Materials der Porphyroide yon rhyo-
lithischen bisrhyodacitischen Vulkanitenim nordostlichen Rheinischen Schiefergebirge, die petrographische
und geochemische Ubereinstimmungen mitden Lenne-Vulkanitenaufweisen.
Abstract:Geology, Petrographyand Geochemistryof thePyroclasticsoftheLower Emsium/Lower Devo-
nian(Porphyroids) in thesouthern partsof theRhenish Massif.
For thefirsttime ageological,petrographicaland geochemical investigationofthestratiform interposed
pyroclasticrocks(porphyroids) wascarriedout from thepointofview ofa tephrostratigraphicalsubdivision
of themonotonous slate series oftheLowerEmsium in the southern RheinischesSchiefergebirge (Taunus,
Hunsriick).
Thehorizonshave anaveragethickness of severalmeters. They are characterized bya graded bedding in
thewholeunit. Frequently,imbedded and phacoidal intercalationsin thetopcan beobserved (different rela-
tionsof pyroclastictoepiclasticmaterialconcerningquantityand grain-size).Slumping-orredeposition-
structures mainly occur inthe top and at thebasal parts (quartzite banks).

The submarinelydeposited pyroclastics can bederivedfromsubaerialeruptions.Theyhavegreatsedimen-
tological and petrographicalsimilarity to pyroclastic flow deposits of primarily volcanicorigin whichare
regarded as submarine, and to secondarilydeposited pyroclastic debris flow units.
The ground-mass of theporphyroids consistsof pseudomorph vitric shardsanddetritalmaterialoftheclay
to silt fraction. Vitricrelics, pseudomorph hightemperaturequartz, albite andlapilli arethe pyroclastic parts.
Microanalyses provedthe occurenceof purealbites. Secondaryalbitizationcan be showni.a.by geochemical
criteria. Epiclastic components arepartlybituminouslithoclasts of up to several cm,numerousbioclasts,
quartz, albiteand muskovite.Accessorymineralsaremagnetite, pyrite, leucoxene, zircon,titanite, apatite,
epidote, tourmaline,rutile and monacite. Temperature and tectonic stress led to an intense alterationof mine-
ralsand recrystallization.
Not only within the regional boundsbut evenwithin onesequence, we find variablerelationof pyroclastic
to epiclasticelements. Accordingly, thetermporphyroid coversawide spectrum reaching from pure pyrocla-
sticrocks(tuffs) over tuffitesto epiclasticsedimentswith pyroclasticparts.
The analysisof147mainand minor elements (X-rayfluorescence spectroscopy) made it possible toidentify
morethan ten different porphyroid horizonsbythe characteristic content or relation of the following ele-
ments: Zr, Nb, La,Y, Ti,P,Cr, Ni,V,K, Rb, Na,Sr.On thisoccasiontheuse of EDP provedto be very
successful.Moreover,the geochemical discrimination allowed to pickout rocksthat have been regardedas
porphyroids so far(diabases, graywackes etc.).
Theresults now permit tephrostratigraphical subdivision in several partsof the dispersion areaofthepor-
phyroids. A detailed descriptionoftheregion isgiven with theaid ofadditional geological,tectonicaland
paleontological evidence. New knowledge and stratigraphicalconsequencesresultingfrom this arediscussed.
Asthe so far valid view ofthestratigraphic subdivision byfive porphyroid horizonsas well asthatof only
onehorizon istobediscarded, it is suggested to abstain from a tephrostratigraphicallybasedstratigraphy
of theLower Emsium until adefiniteresolutionabout thenumber and dispersionof theporphyroids. For
thetimebeing, porphyroids should benamed bylocal names alone.
Thepaleogeographic reconstruction locates theporphyroids at a depositionarea at theshelf marginfar
fromthesoutherncoastoftheOld RedContinent.Thereist petrographical, sedimentologicalandgeochemi-
calevidence for theporphyroidsbeingthe productsof slumpingorredepositionprocessesof rhyolithic and
rhyodacitic volcanoes in the northeastern RheinischesSchiefergebirge which petrographically and geochemi-
cally correspond to the Lenne-Volcanoes.
Resume: Geologie, Petrographie et Geochimiedes Pyroclastiques du Emsium inferieuriDevonien inferieur
(Porphyroides)dansIe sud du Massif Schisteux Rhenan.
Pour lapremiere foisunerecherche geologique,petrographique et geochimique desrochespyroclastiques
interstratifiees (porphyro'ides) a etefait it l'egard d'unesubdivisiontephrostratigraphique des schistes mono-
tonesdu Emsium inferieur dansIe suddumassif schisteuxrhenan(Taunus,Hunsri.ick).
Lesintercalations ont uneepaisseur moyennede plusieursmetres.lis sont caracterisees d'un granoclasse-
mentdansl'unite complete. Souvent on peut observer desinterlits zones etlenticulaires dansla tete (relations
differentes descomposantspyroclastiquesetepiclastiques concernantlaquantite et tailledesgrains). II y a
desstructures de glissement et redepositionsurtout danslatete et labase (bancsquarzitiques).
Les pyroclastiquesdeposes sous-marin sont derives des eruptions subaeriens. lisont une granderessem-
blance sedimentaireet petrographique avec les "pyroclasticflow deposits"- d'originevolcanique sous-
marin - et des "pyroclastic debrisflow units" - sedimentsredepositiones.
La matrice des porphyroides consisteen tessons vitreux pseudomorphes et desmateriaux detritiquesdela
fraction d' argile et la fraction de silt.Les partspyroclastiques sont desrelicts vitreux, quartzpseudomorphe
dehaute temperature, albites et lapilli.Microanalyses ont prouve l'occurence d'albites pures.Albitisation
secondairepeut etre demonstree par des criteres geochimiques.D'origineepiclastique som deslithoclastiques
d'unetaille it plusiers centimetres,caillousde quartzite, nombreusesrochesbioclastiques,quartz, albiteet
muscovite. Minerales accessoires sont magnetite, pyrite,leucoxene, zircon,titanite,apatite, epidote, tourma-
line, rutile et monacite.La consequence delatemperature eJevee etstress tectonique etait unealteration
intense des mineraleset recristallisation(sericitisation, carbonatisation, chloritisation).
Pas seulement dansIecadreregionalmais aussi dansunesequence larelationentreIemateriauvolcanique
et detritique estvariable. Ainsi Ieterme "porphyroide" signifie ungrand spectre des rochespyroclastiques
presquepures,destuffites et aussides sedimentsepiclastiques avec des partspyroclastiques.

L'analyse des 147 mega-elements et elements-traces (spectrometriedefluorescenceX) donnait la possibilite
d'identifier plus de 10 couchesdeporphyro·ides.lis se different par Iecontent au larelation caracteristique
des elements suivants: Zr,Nb,La, Y, Ti, P, Cr,Ni, V, K, Rb, Na, Sr.Pendant cetravaill'utilisationde l'ordi-
nateur etait un grand avantage.Enplusladiscriminationgeochimique permettait laseparation des roches
qui ontete regardees comme porhyro'ides jusqu'amaintenant (diabases, grauwackes etc.).
Alorsles resultats permettent desdivisions tephrostratigraphiquesdans plusieurspartsdansladistribution
geographiquedes porphyro·ides.Dnedescriptiondetaillee delaregionest faite a I'aidedes presomptionsgeo-
logiques, tectoniquesetpaleontologiques. Les nouveauxresultatsgeologiques etles consequences stratigraphi-
ques sont discutes.
La vieille subdivisionstratigraphique encinquehorizonsdesporphyro"ides aussi bienqu'unseul horizon
doitetrerefusee.Ainsi ilest propose aeviter une stratigraphie surlabase detephrostratigraphiepour Ie
Emsiuminferieurjusqu'a cequ'unesolution definitivesurIenombre et ladistibution des porphyroi'des soit
trouvee.Enattendant, les porphyroldes devraientetremarquees seulement avecdesnomslocales.
La reconsructionpaleogeographiquemetlesporphyroldes sur Ieshelf loindelacotedesud du Old Red
Continent. II y a des preuves petrographiques, sedimentologiqueset geochimiques queIemateriaupyroclasti-
quedes porphyro'idesest d'orginede vulcanitesryolitiquesa ryodactiques dansIenord-est du massif schisteux
rhenan quisont pareillesauxvulcanitesde Lenne.