Stratigraphie, Fazies und Paläogeographie der „Mittel'-Kreide zwischen Ruthen und Erwitte
2. Arbeitsgebiet und geologischer Rahmen
Das Arbeitsgebiet erstreckt sich von Ruthen über Anröchte nach Erwitte über rund 15 km und reicht über die Blätter TK 25: 4315 Benninghausen, 4316 Lippstadt, 4415 Anröchte, 4416 Effeln, 4515 Hirschberg und 4516 Warstein (s. Ausschnitt auf Abb. 1 und Karte auf Abb. 2).
Als ursprüngliche Begrenzung des kreidezeitlichen Ablagerungsraumes ist uns heute nur der S-Rand des Münsterlandes überliefert; die östlichen und nördlichen Abgrenzungen durch Eggegebirge und Teutoburger Wald sind nachträglich entstanden. Im größeren geologischen Zusammenhang muß daher das Münsterländer Kreidegebiet als Erosionsrest eines subsequen-ten Troges i. S. von VOIGT (1963) gedeutet werden, der am SW-Rand der Lippisch-Westfälischen Schwelle lag. Die Linien gleicher Kreide-Mächtigkeiten (Isopachen) verlaufen daher auch parallel zu dieser Schwelle in WNW - ESE-Richtung (BÄRTLING 1921, ARNOLD 1964 a). Wie aus Abb. 1 ersichtlich wird, zeigt die Kreide am SE-Rand des Münsterlandes einen breiten Ausstrich, bedingt durch das häufige Zusammentreffen von Schichteinfallen (2°—7°N) und Hangneigung. Viele Aufschlüsse weisen daher trotz größerer Entfernung voneinander oft die gleichen Horizonte auf.
*) Beitrag zum IUGS-major-project „Mid-Cretaceous Events", nationale Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.
Adresse des Autors: Dr. Ekbert SEIBERTZ, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Postfach 510 153, Stilleweg 2, 3000 Hannover 51.
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E. SEIBERTZ: Stratigraphie, Fazies und Paläogeographie der „Mittel"-Kreide 87 3. Stratigraphie
3 . 1 . B i o s t r a t i g r a p h i e
Die biostratigraphischen Gliederungen der „mitteP'-kreidezeitlichen Ablagerungen haben in Nordeuropa, somit auch im Münsterland, einen sehr unterschiedlichen Bearbeitungsstand (Abb. 2). Die tiefsten Kreideschichten wurden von SPEETZEN, EL-ARNAUTI & KAEVER (1974) in das Mittel- und Ober-Alb eingestuft (Rüthener Grünsand, Abb. 2); die Cenoman-Gliederung geht nach wie vor in unserem Raum i. w. auf SCHLÜTER (1876) zurück; Turon und Coniac erfuhren die neueste Bearbeitung (SEIBERTZ 1978 b), wobei der größte Anfeil des Ober-Turon i. S. SCHLÜTER (1876) in Angleichung an das international gültige Schema in das Unter-Coniac gestellt wird.
In Abb. 2 wurde davon Abstand genommen, die Unter-Stufen mit Zonenfossil-Namen zu belegen, da hier im Moment durch aktuelle laufende Arbeiten in nächster Zeit Veränderungen zu erwarten sind. Für diejenigen jedoch, die diese Bezeichnungen gewohnt sind, sollen sie aufgeführt werden:
Mittel-Coniac (krco2) = koeneni-Zone
Unter-Coniac (krcol) = deformis-Zone ( = Ober-Turon, schloenbachi-Schichten) Ober-Turon (krt3) = striatoconcentricus-Zone ( = oberes Mittel-Turon,
Scaphiten-Schichten)
Mittel-Turon (krt2) = lamarcki-Zone ( = unteres Mittel-Turon, /amarc^i-Schichten) Unter-Turon (krtl) = labiatus-Zont
Ober-Cenoman (krc3) = rhotomagense-Zone ( = Arme rhotomagense-Schichten) Mittel-Cenoman (krc2) = varians-Zone
Unter-Cenoman (krcl) = ultimus-Zone Alb
Im folgenden sollen die wichtigsten und häufigsten Gattungen der Makrofauna aus dem Alb/Unter-Coniac-Zeitabschnitt des südöstlichen Münsterlandes aufgelistet werden. Die für die biostratigraphische Einstufung der Schichten verwendbaren Gattungen sind dabei fett gedruckt.
Es wird hier kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben, ebensowenig wie eine Bestimmungs-liste gegeben werden soll. Für letztere wird die Arbeit von KAEVER, OEKENTORP &
SIEGFRIED (1974) empfohlen.
Im Alb (Rüthener Grünsand) finden sich an Makrofossilien nur sehr vereinzelt Haifisch-zähne.
Entsprechend der systematischen Ordnung kommen im Cenoman bis Coniac folgende Gattungen vor:
B r a c h i o p o d a
Cenoman: Orbirhynchia, Cyclothyris, Terebratulina, Kingena.
Turon: Orbirhynchia, Cyclothyris, Cretirhynchia, Gibbithyris, Terebratulina, Kingena.
Unter-Coniac: wie Turon.
L a m e l l i b r a n c h i a t a
Cenoman: Inoceramus, Aequipecten, Neithea, Pycnodonta, Exogyra.
Turon: Inoceramus, Barbatia, Neithea, Spondylus, Lima, Pycnodonta, Exogyra, Oslrea.
Unter-Coniac: Inoceramus, Spondylus, Pycnodonta.
C e p h a l o p o d a
Cenoman: Turrüites, Hypoturrilites, Scaphites, Puzosia, Schloenbachia, Mantelliceras, Acanthoceras, Eutrephoceras.
88 E. SEIBERTZ: Stratigraphie, Fazies und Paläogeographie der „Mitter'-Kreide
Turon: Allocrioceras, Hyphantoceras, Scaphites, Puzosia, Lewesiceras, Mammites. Col-lignoniceras, Deltocymatoceras.
Unter-Coniac: Scaphites, Lewesiceras, Peroniceras, Deltocymatoceras.
E c h i n o i d e a
Cenoman: Tylocidaris, Salenia, Discoidea, Holaster, Echinocorys.
Turon: Tylocidaris, Salenia, Conulus, Holaster, Sternotaxis, Echinocorys, Micraster.
Unter-Coniac: Holaster, Sternotaxis, Echinocorys, Micraster.
3 . 2 L i t h o s t r a t i g r a p h i e
Da in einem Aufschluß eine Datierung der Schichten zuerst lithostratigraphisch, also mit Hilfe einer charakteristischen Bank (Leitbank) vorgenommen wird, werden im folgenden derartige Horizonte fett gedruckt (vgl. Abbildungen).
Mittel- und Ober-Alb liegen als stark glaukonitischer Grob- bis Feinsandstein (Rüthener Grünsand) vor, der vereinzelt auch Nester von Feinkies führt. Die Basis wird von einem Konglomerat gebildet, das bis zu kindskopfgroße, kantengerundete Gerolle der liegenden Ober-Karbon-Gesteine führt. Daneben treten in dem gesamten Grünsand-Körper auch Gesteins- und Mineral-Komponenten der weiteren Umgebung auf, wie z. B. schwach gerundete Suttroper Quarze, die von HEITFELD (1957) eingehend beschrieben wurden.
Das Unter-Cenojnan transgrediert mit einer Phosphorit-Knollenlage (Abb. 2), über der ein stark glaukonitischer, feinsandiger Mergel folgt, der zum Hangenden in Mergelkalk übergeht.
Das Mittel-Cenoman wird von einer Wechsellagerung von cm-dicken Mergellagen und dm-mächtigen, größtenteils mergeligen Kalken gebildet, die Feuersteine, z. T. verstreut, z. T. lagig, führen. Im mittleren Mittel-Cenoman tritt eine ca. 1 m mächtige, stark glaukonitische Kalksandsteinbank auf, die erst durch neuere Untersuchungen bekannt geworden ist und im weiteren nach der benachbarten Ortschaft Hemmern als Hemmerner Grünsand bezeichnet wird (Abb. 2).
Das Ober-Cenoman besteht aus einer ähnlichen Wechsellagerung wie das Mittel-Cenoman, jedoch sind die Mergellagen z. T. nur durch mergelige Bankfugen vertreten, und die Kalkbänke führen weniger Mergelsubstanz. Feuersteine treten nur sehr vereinzelt auf.
Die Grenze Cenoman/Turon wird durch eine Kalkknollenlage gebildet, die Kalkknollen-Dachbank (BESCHOREN 1927).
Das Unter-Turon setzt schlagartig mit mächtigen Mergeln ein, in deren tiefsten Teilen noch Kalkbänke eingeschaltet sind. Im mittleren Unter-Turon erscheinen vereinzelt Kalkknollen, die sich zum oberen Unter-Turon hin zu Lagen und zur Grenze Unter-/Mittel-Turon zu Kalkknollenbänken und knolligen Kalkbänken verdichten. Die Entstehung dieser Kalkknollen ist z. T. konkretionär, die der knolligen Kalke diagenetisch als Produkt der Sediment-Verfestigung anzusehen.
Das Mittel-Turon zeigt lithologisch-stratigraphisch einen relativ einheitlichen Aufbau mit einer Wechsellagerung von cm dicken Mergellagen oder mergeligen Bankfugen und dm bis m mächtigen mergeligen oder reinen, splittrigen Kalkbänken. Als Äquivalent des Bochumer Grünsandes aus dem Ruhrgebiet treten am SE-Rand des Münsterlandes rd. 4 m über der Grenze Unter-/Mittel-Turon das Bürener Konglomerat (Abb. 2) und die hangenden Schalen-grus-Kalke auf (SEIBERTZ 1978a und VOIGT & SEIBERTZ 1978). Das Konglomerat zeigt in einer Mächtigkeit von ca. 0,10 m, schlieren- und linsenartig, infraformationale KalkgeröUe
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E. SEIBERTZ: Stratigraphie, Fazies und Paläogeographie der „MitteP'-Kreide 89 von Daumennagel-Größe, die begleitet werden von z. T. dicht gepacktem Inoceramen-, Austern- und Brachiopoden-Schill sowie Resten von regulären Seeigeln.
Das Ober-Turon zeigt einen wechselhaften Aufbau: Die untersten rd. 2 m ähneln lithologisch stark dem Mittel-Turon, darüber folgt der Soester Grünsand (Abb. 2) mit seinen hangenden schwach glaukonitischen und sandigen, splittrigen Kalken und der oberste Teil wird gebildet von mergeligen Kalken mit Bankfugen oder dünnen Mergellagen als Zwischenmittel.
Der Soester Grünsand selbst, von SEIBERTZ (1977) eingehend untersucht, hat große Ähnlichkeit mit dem mittel-cenomanen Hemmerner Grünsand: Es handelt sich um einen stark glaukonitischen, stark sandigen Kalk, der durch intensive Bioturbation jegliche Sedimentations-Gefüge verloren hat. Bei dem Soester Grünsand lassen sich zwei Bänke unterscheiden, wobei die untere von den Steinbrucharbeitern „Grüne Werksteinbank" und die obere „Blaue Werksteinbank" genannt wird (vgl. auch BRAUN 1964).
Das Unter-Coniac läßt sich lithologisch nicht von den obersten Schichten des Ober-Turon trennen: Es besteht ebenfalls aus einer Wechselfolge von mürben, mergeligen Kalken oder harten Kalken mit dünnen Mergellagen oder Bankfugen. Im Bereich zwischen Anröchte und Erwitte treten zu dieser Zeit z. T. weitspannige Schrägschüttungen auf (VOIGT & SEIBERTZ 1978 und SEIBERTZ im Druck).
3 . 3 . Ö k o s t r a t i g r a p h i e
Interessant und zugleich wichtig für die biostratigraphische Arbeit ist die Beurteilung der Fauna nach ihrer Beeinflußbarkeit durch ökofazielle Faktoren (vgl. SEIBERTZ 1978 a). In der Gegenüberstellung der halbquantitativen Häufigkeit in Abb. 3 fallen die Übereinstimmung von extremen Lithofazies-Typen mit Häufigkeits-Maxima oder -Minima auf. Zur Zeit des Rüthener Grünsandes herrschte in der „Warsteiner Bucht" (s. Kap. 4.) ein mehr brackisches Lagunen-Milieu, was durch das Fehlen sämtlicher sonst zu erwartender Makrofossilien dokumentiert wird. Mit Beginn der vollmarinen Cenoman-Sedimente (Phosphorit-Knollenlage) setzen dann auch die typischen Makrofossil-Gruppen ein.
Die aus dem weiteren Sedimentations-Ablauf ablesbaren ökofaziellen Bedingungen machen sich nun bei den einzelnen Gruppen unterschiedlich bemerkbar (Abb. 3). So zeigen die Brachiopoda und Cephalopoda z.Z. des Hemmerner Grünsandes ein Maximum, Lamellibra-chiata und Echinoidea bleiben unbeeinflußt. Eine allgemeine Verarmung tritt im Ober-Cenoman mit Einsetzen der Coccolithen-Kalke ein. Bis auf die Echinoidea blühen die Hauptmakrofossil-Gruppen im Unter-Turon wieder auf. Für die Zeit des Bürener Konglomera-tes zeigen alle vier Gruppen extreme Häufigkeiten, wobei das Fehlen der Cephalopoda auf ungünstige Erhaltungs-Bedingungen zurückzuführen ist. Während der relativ gleichmäßigen Fazies im Mittel-Turon sind auch die Häufigkeits-Schwankungen gering. Mit dem Soester Grünsand treten dann wieder größere Häufigkeiten auf, die z.T. erst im Mittel-Coniac abklingen.
Die größten Schwankungen zeigt die Häufigkeits-Kurve der Brachiopoda (Abb. 3):
Ausgesprochene Maxima erscheinen jeweils bei Flachwasser-Sedimenten, die Wasserbewegung, gute Durchlüftung und gutes Nahrungsangebot anzeigen. Ähnliches bis kongruentes Verhalten zeigt die Kurve der Lamellibranchiata, allerdings etwas ausgeglichener. Aufgrund der zumeist geringen absoluten Häufigkeiten der Cephalopoda sind die Peaks der relativen Häufigkeiten entsprechend unauffällig. Ökologisch sehr valent sind auch die Echinoidea, bei denen neben ökofaziellen Beeinflußbarkeiten auch Migrationen in Betracht gezogen werden müssen (vgl.
ERNST, HÄHNEL & SEIBERTZ 1973).
90 E. SEIBERTZ: Stratigraphie, Fazies und Paläogeographie der „Mittel"-Kreide 3 . 4 . P h y l o s t r a t i g r a p h i e
Obwohl schon immer bei der biostratigraphischen Arbeit angewendet, wird die Phylostrati-graphie als solche selten begrifflich wie verbal in den Untersuchungen als eigenständiger Forschungszweig berücksichtigt. Im folgenden soll daher die Aussagekräftigkeit der Phylostrati-graphie aufgezeigt werden.
Auffällig ist im Vergleich der Artenzahl-Kurven in Abb. 4, daß einige Gruppen ausgesprochene Maxima zeigen und andere ein ausgeglichenes Bild bieten. Betrachtet man die B r a c h i o p o d a , fällt die Übereinstimmung von Artenzahl-Maxima mit Flachwasser-Sedi-menten auf; vergleicht man nun Abb. 4 mit Abb. 3, so wird deutlich, daß Häufigkeits- und Artenzahl-Maxima zusammenfallen. Hier herrschten günstige Lebensbedingungen, die die ökofaziell beeinflußbare morphologische Variationsbreite der Brachiopoda zusammen mit der Häufigkeit zum Aufblühen brachte (vgl. SEIBERTZ 1978 a). Die Berücksichtigung dieser Überlegungen führt dann jedoch zu dem Schluß, daß bei ökomorphologischen Variationen unnötige Artaufspaltung betrieben wurde; unbeeinflußt davon bleibt allerdings die Brauchbar-keit solcher Maxima für eine Korrelation.
Ebenfalls Milieu-abhängig zeigen sich die E c h i n o i d e a , jedoch nicht in dem Maße wie die Brachiopoda und auch von etwas anderen Fazies-Typen, da ihre Anpassungs-Fähigkeit und Ausbreitungs-Geschwindigkeit nicht so groß ist wie die der Brachiopoda.
Relativ ausgeglichene ArtenzahlKurven zeigen die C e p h a l o p o d a und die F o r a m i -n i f e r a , wobei bei letztere-n der Peak im Ober-Ce-noma-n vermutlich durch paläogeographische Veränderungen des Atlantik und daraus resultierenden Einwanderungen anderer Arten bedingt ist. Im wesentlichen wird die Ausgeglichenheit beider Kurven dadurch verursacht, daß sich einzelne Arten gegenseitig ersetzen, die Gesamtzahl jedoch gleich bleibt. Dies ist eine Tatsache, die aus den Kurven an sich nicht ablesbar ist und die sie daher für eine Korrelation weniger brauchbar erscheinen läßt.
Typische phylogenetische Trends - mit leichten ökofaziellen Beeinflussungen - zeigen die L a m e l l i b r a n c h i a t a , hierbei speziell die Gattung Inoceramus, die den Hauptanteil der Artenzahl-Kurve ausmacht: Abgesehen von einzelnen Peaks bei ökologisch günstigen Bedin-gungen weist die Richtung auf eine kontinuierliche Zunahme der Artenzahl hin. Das Abfallen der Kurve im Coniac wird verursacht durch den Wechsel zu ungünstigen Ökofaktoren.
3 . 5 . S t r a t i g r a p h i s c h e A u s d e u t u n g
Als Grundlage für eine faunistische Bearbeitung eines Zeitabschnittes der Erdgeschichte muß also die Lithostratigraphie stehen. Von ihr aus gehen die Beurteilungen zum einen über ökologische Valenz und ökofazielle Beeinflussungen zur Okostratigraphie und zum andern über Arten-Diagnosen, ökomorphologische Variationen und Faunen-Migrationen zur Phylostrati-graphie. Unter Berücksichtigung aller dieser Faktoren läßt sich dann die regionale oder überregionale Brauchbarkeit der einzelnen Faunenelemente für die Biostratigraphie und -Chronologie abschätzen.