Discovery of the first Quaternary maar in the Bohemian Massif, Central Europe, based on combined geophysical and geological surveys

For the gravimetric modelling, a regional gradient of

−1.56 mGal/

km in SSE to S direction, taken from

Hofmann et al. (2003)

was

removed from the Bouguer anomaly. Our 3D geophysical model

consists of 26 parallel pro

files extending E–W. As an example, we

present the Pro

file 16 in

Fig. 5

. The density model was parameterized

according to

Mrlina et al. (2007)

, but in more detail, based on the MY-

1 core observation and on preliminary density test in a laboratory (10

samples showed wet densities between 1.90 and 2.20 g/cm

3

). We

considered the following density values:

• maar lake sediments 1.90–2.20 g/cm

3

(10

− 3

kg/m

3

) (2

–84 m)

• outer maar debris/fracture zone 2.55 – 2.60 g/cm

3

(84

–? m)

• inner maar debris 1.95 g/cm

3

(84

–? m)

• colluvium 2.25 g/cm

3

(0

–2 m)

• phyllite/country rock 2.65 g/cm

3

surroundings.

The layers of organic sediments were less than 2 m thick, so no real

impact on gravity is expected from the depth of 75 m. The model

contains 15 bodies: 2 representing the sediment

filling of the maar,

11 the lower part of the chimney, 1 for the overlaying colluvium and

1 for country rock. The resulting gravimetric model is shown in

Fig. 5

(only 7 of the 15 bodies are present in the selected Pro

file 16).

The maximum density contrast to the surrounding rock is about

0.70 g/cm

3

. Density differences between outer maar debris/fracture

zone and country rock range from 0 to 0.10 g/cm

3

.

The layout of the magnetic model is identical to the gravimetric

one. The magnetic

field parameters (total intensity: 48,640 nT,

declination: 2.09°, inclination: 66°) were taken from the

Geological

Survey of Canada (2006)

, which provides these parameters in global

coverage. The rms for the gravimetric model is 0.14 mGal, and 20 nT

for the magnetic model, respectively. In total a good agreement

between the models and the observations exists.

The

final model is presented in

Fig. 5

. The contrasts in magnetic

susceptibility of the diatreme structure with respect to the country

rock range from 100 to 1100 × 10

− 6

SI. Magnetic susceptibility of the

sediment

filling is clearly lower with values of 300 to 400×10

− 6

SI.

The overlaying colluvium has an even smaller magnetic susceptibility

of 100 × 10

− 6

SI. The main contrasts exist between the diatreme itself

and the country rock.

From the gravimetric and magnetic modelling, a cone-shaped

structure with dip angles of about 80° can be inferred. In its central

part the thickness of the sediment deposits is about 100 m (84 m in

MY-1 borehole). Towards the border of the structure the sediment

thickness decreases to a few meters. The diameter of the structure at

the top is in the range of 200 m. A good agreement exists to the prin-

cipal shape of maar-diatreme volcanoes as e.g. discussed in

Lorenz

and Kurszlaukis (2007)

. The modelling depth is constrained by the

lateral extension of the survey area. Therefore the models contain

only the region above the root zone. Due to the integrated modelling

and the laboratory-based density values clear constraints exist regard-

ing ambiguities with respect to principal geometry and inner structure.

E.g. a structure with smaller dip angles produces an anomaly that

evidently deviates from the observed ones. The variance in the density

value of the outer diatreme zone (body 7 and 9) in contrast to the

country rocks (body 2) can be explained by a halo, characterized by

slightly reduced density because of the joints and micro-fractures,

formed by phreatomagmatic explosions in the root zone of the maar-

diatreme volcano as described in

Lorenz and Kurszlaukis (2007)

. The

variance in the susceptibility value of bodies 7 and 9 can be caused by

different amount of magmatic and country rock present in the two

bodies. For a modelling of more detailed features the survey grids need

to be re

fined.

4. Geological investigations

Geological investigations presented in this paper are based on the

core samples from the borehole MY-1. Beside macroscopic on-site

evaluation (

finding of maar sediments, volcanic bombs and lapilli, and

country rock breccia), further sedimentological, palynological, petro-

chemical and geomicrobiological analyses have been performed in

order to evaluate the potential of the core samples for a paleoclimate

study, as well as for further volcanological investigation.

4.1. Exploratory drilling MY-1

The detection of striking geophysical anomalies (

Mrlina et al.,

2007

, and this paper) was the basic motivation for an exploratory

drilling near the centre of the gravity anomaly in order to test/prove

the hypothesis of a maar structure. The expectation was to extract a

core with debris of country rock and volcanics, and possibly maar lake

sediments. Eventually, we continued as deep as 85.5 m. In the interval

0

–84 m the core is composed of Quaternary clay to silty clay

(unconsolidated maar lake sediments) with intersections of organic

sediments and gravel. In 84

–85.5 m there was phyllitic debris with

volcanic bombs and lapilli.

The borehole MY-1 has the following coordinates in WGS84/

UTM33N datum:

Lat 49°59'48.8

q, Long 12°26'15.4q

X = 316359, Y = 5541430,

Elevation = 569.8 m Balt adj. msl.

4.2. Sedimentology, palynology, petrography, geomicrobiology

— methods

All cores obtained from the well have been sealed in the

field and

opened under lab conditions at GFZ Potsdam in March/April 2008.

Besides core description and photographic documentation a

first set of

petrographic thin sections and pollen samples has been prepared,

whereas ongoing geophysical and geochemical investigations of the

core material will be published elsewhere.

Fig. 5. Geophysical model (bottom), gravity (centre) and magnetics (top). Selected

pro

file (W–E) passing close to MY-1 borehole, see

Fig. 4

. Pro

file 16 represents a central

plane of 26 planes of the 3D modelling set. Table of used density and magnetic

susceptibility values at bottom right.

103

J. Mrlina et al. / Journal of Volcanology and Geothermal Research 182 (2009) 97

–112

---