Sedimentologie und Beckenanalyse

Geodynamik 1
M.Geo.101
WS 2012/13
LV1 – Sedimentologie und Beckenanalyse
(2 SWS V – 600117)
USM Sedimentation Model (Chattian ~25Ma)
N
S
E
10 km
H Pe
el
ve nni
tic nic
na &
pp
es
S
Floodplain
fluvial
Ro
Bajadas
meander
CC
belt
Boswil-1
Hünenberg-1
m
4000
Rigi
AF
0
25 Ma
27 Ma
1.5 °
average angle of
unconformity
3.5 °
average angle of
unconformity
H. v.Eynatten
G. Meinhold
R
Sedimentologie/
Umweltgeologie
28 Ma
30
M
a
UMM
Schlunegger
et al. (1997), Tectonics
16
HvE
/ Sedimentologie
und Beckenanalyse
10
km
M.Geo.101 / LV2 (600101)
Übungen zur Sedimentologie und Beckenanalyse
(1 SWS Ü)
Mo, 11-13h, MN16 – Dr. Guido Meinhold
zweistündig, zweite Semesterhälfte; Beginn 3.12.
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
1
Lehrangebot (Master Geowissenschaften) im Bereich
Exogene Geologie / Sedimentologie / Sedimentpetrologie
(Bachelor: Praktikum Sedimentpetrographie/Sedimentologie)
Sedimentologie und Beckenanalyse (Modul Geodynamik 1)
WiSe
Sedimentpetrologie: Petrographie, Geochemie & Provenienzanalyse
Economical Deposits in Sedimentary Environments
(Modul Beckenanalyse 1)
Low-Temperature Geothermometry and Geochronology in Basin Analysis
Diagenese und Verwitterung
(Modul Beckenanalyse 2)
Geländeübung zur Sedimentgeologie (Oberkreide – Subherzyn)
SoSe
Seminar zu Sedimentgeologie und Sedimentpetrologie
Angewandte Liefergebietsanalyse
(Modul Beckenanalyse 3)
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
Aufgabengebiete der Sedimentologie/Sedimentpetrologie
Stratigraphische Aufnahme
Petrographische Aufnahme
(makroskopisch/mikroskopisch)
Faziesmodell und Paläogeographische Rekonstruktion
Phasenanalyse, Geochemie
„Genetische“ Stratigraphie
Liefergebietsanalyse
Beckenanalyse
Diagenesemodell
→ Geodynamische Modelle
Anwendungsgebiete in Erdöl-/Erdgasexploration und –förderung, sonst.
Rohstoffexploration, Hydrogeologie, Umweltgeologie, Ingenieurgeologie, ...
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
2
Skript: http://www.sediment.uni-goettingen.de/skript.html
Literatur
Allen, P.A.: Earth Surface Processes, 1997.
Allen, P.A. & Allen, J.R. (2005): Basin Analysis – principles and
applications, 2nd edition.
Coe, A.L.: The Sedimentary Record of Sea-Level Change, 2003.
Einsele, G.: Sedimentary Basins, 2000.
Hsü, K.J.: Physics of Sedimentology, 2004, 2nd edition.
Leeder, M.: Sedimentology and Sedimentary Basins, 1999.
Miall, A.D.: The Geology of Fluvial Deposits, 1996.
Schäfer, A.: Klastische Sedimente: Fazies und Sequenzstratigr., 2005.
Reading, H.G.: Sedimentary environments, 1996, 2nd edition.
Ricci Lucchi, F.: Sedimentographica – A Photographic Atlas of Sedimentary Structures, 1995.
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
Aufgabengebiete der Sedimentologie/Sedimentpetrologie
Stratigraphische Aufnahme
Petrographische Aufnahme
(makroskopisch/mikroskopisch)
Faziesmodell und Paläogeographische Rekonstruktion
Phasenanalyse, Geochemie
„Genetische“ Stratigraphie
Liefergebietsanalyse
Beckenanalyse
Diagenesemodell
→ Geodynamische Modelle
Anwendungsgebiete in Erdöl-/Erdgasexploration und –förderung, sonst.
Rohstoffexploration, Hydrogeologie, Umweltgeologie, Ingenieurgeologie, ...
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
3
Sediments are precise recorders of processes at the earth
surface with a (potentially) high temporal resolution
erosion
source
sedimentation
sink
t0
t1
t2
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
Fazies – Faziesanalyse
Was ist Fazies ?
Gesteinskörper mit spezifischen Merkmalen
Aufschluß/Bohrkerne:
Farbe, Schichtung, Textur, Zusammensetzung
Fossilgehalt, Sedimentstrukturen, ...
→ Lithofazies
Log Fazies:
→ Biofazies
basiert auf Bohrlochmessungen,
→ akustische, elektrische, radioaktive Eigenschaften
Seismische Fazies:
basiert auf Amplitude, Frequenz, Geschwindigkeit,...
→ großräumige Geometrie !
(externe Form einer Ablagerungseinheit)
beckenweite Charakterisierung im Gegensatz zur
Charakterisierung im Aufschluß bzw. Bohrloch
Weitere Verwendung: Tektofazies, „Fluviatile Fazies“ (→ environment), ...
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
4
Fazies – Faziesassoziation – Faziessequenz
time
D
C D
B C D
C D
e
gr
re
ss
A, B, C, D
→ facies association
i
on
space
Walther´s Law (1894)
single facies type
C
B
A
C
B
A
discontinuity
C
B
A
cyclic sedimentation
A B C D
A B C D
A
facies sequence
A B C D
A B C
A B
A
A B
tra
ns
gr
es
si
on
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
Coe et al. 2003
5
Seismische Fazies
Geometrische Anordnung
von Fazies
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
Reading 1996
Geometrie von Grenzflächen
Reading 1996
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
6
Kriterien zur Erkennung von Grenzflächen
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
van Wagoner et al. 1990
Fazies - Interpretation
Reading 1986
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
7
Kontrollfaktoren der Faziesentwicklung und -verteilung
• Sedimentäre Prozesse
• Sedimentzufuhr
• Subsidenz (→ Tektonik)
Akkomodationsraum
• Meeresspiegelschwankungen
• Klima
• Biologische Aktivität
unterschiedliche
Bedeutung in
unterschiedlichen
Ablagerungsmilieus!
• Wasserchemie
• Vulkanismus
→ Konservierungspotential
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
Drainage-Becken und Sediment-Becken
Leeder 1999
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
8
Beispiel: Indus Sediment Routing System
Allen 1997
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Drainage-Becken
1
Hierarchie der Flussarme
in einem Drainage-Becken
Der Übergang DrainageBecken zu SedimentBecken hängt vom
Betrachtungsmaßstab ab
und kann zeitlichräumlich variieren
5
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9
Sediment-Becken
Sediment-Becken gehören zu den grundlegenden Elementen der oberen Erdkruste
Se
di
m
en
te
in
tra
g
Meeresspiegel
Gebirge
Sediment-Becken
Akkomodationsraum
Subsidenz
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Sediment-Becken
Kontrollfaktoren der Beckenentwicklung und Grundlagen der BeckenKlassifikation nach Ingersoll (1988, GSA Bulletin 100: 1704-1719):
(a) type of substratum (Art der Kruste):
ozeanisch (O) – transitional (T) – kontinental (C)
(b) proximity to plate boundary (Nähe zu Plattengrenzen):
plattenrandlich (e) – plattenintern (i)
(c) type of nearest plate boundary (Typ der nächsten Plattengrenze/n):
divergent – konvergent – transform
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
10
Klassifikation von Sediment-Becken
(1) plate interior
C
i
divergent a: slow subsidence
b: rapid subsidence
(2) passive continent.
margins
T
i
divergent mod.-low subsidence
± shear
asymmetric
(3) oceanic basins
O
i,e
large, slow subsidence
(4) active continental
margin
O
O,T
e
i,e
convergent, deep see trench
divergent, forearc & backarc basins
(5) collision
C
O
e,i(s)
e
conv./flex./transf., foreland basin
convergent, remnant ocean basin
(6) transform margin
C,T,O e,i
transpressive/transtensive, small,
rapid subsidence
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
(1)
plate interior basins (C / i / divergent)
‘epicontinental basin‘
1a
1b
Einsele 2000
1b
Reading 1986
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
11
(2) basins on passive continentinental margins (T / i / divergent)
Einsele 2000
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
(2) basins on passive
continentinental
margins
Ingersoll 1988
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12
Passive margin cross section offshore Baltimore, USA
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
nach Bouma et al. (1982)
(3) oceanic basins (O / i + e / ...)
Einsele 2000
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
13
(4) basins related to subduction (active continental margin)
(O(T) / i(e) / conv.(div.))
see (5)
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
(4) basins related to subduction (active continental margin)
Einsele 2000
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14
(5) basins related
to collision
(C(O) / e / convergent)
C
Ingersoll 1988
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
(5) basins related to collision
Leeder 1999
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15
(6) strike-slip basins
Reading 1986
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(6) strike-slip basins
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Einsele 2000
16
Klassifikation von Sediment-Becken
(1) plate interior
C
i
divergent a: slow subsidence
b: rapid subsidence
(2) passive continent.
margins
T
i
divergent mod.-low subsidence
± shear
asymmetric
(3) oceanic basins
O
i,e
large, slow subsidence
(4) active continental
margin
O
O,T
e
i,e
convergent, deep see trench
divergent, forearc & backarc basins
(5) collision
C
O
e,i(s)
e
conv./flex./transf., foreland basin
convergent, remnant ocean basin
(6) transform margin
C,T,O e,i
transpressive/transtensive, small,
rapid subsidence
Ingersoll 1988
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
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17
Drainage-Becken vs Sediment-Becken
Leeder 1999
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
DENUDATION RATE
Climate
Biosphere
Relief
SEDIMENTARY
BASIN
Lithology/soils
Earth surface
modelling
Former land
surfaces
Reservoirs
River load
Experimental
plot
Sediment volume
in basin
Delta growth
Lakes
Valley fill
Sediment
supply
Ab
Ad
t2
Time
From sediment volume:
DRme = SV
*
b
s Ad
DR me = mechanical denudation rate
[L / T]
From river load:
DR me =
RL
Ad
s
[L / T]
SV = sediment volume [L 3]
t1
Subsidence
RL = river load [L 3]
A d = drainage area [L 2]
3
b = bulk density of sediment [M / L ]
s = density of solid rock [M / L 3]
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
Hinderer et al. 2002
18
Allen 1997
HvE / Sedimentologie und Beckenanalyse
19