Interpretation der Bohrlochmessungen am Lake Van - Charakterisierung von Tephra und Zyklostratigraphie. Henrike Baumgarten Thomas Wonik

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1 Interpretation der Bohrlochmessungen am Lake Van - Charakterisierung von Tephra und Zyklostratigraphie Henrike Baumgarten Thomas Wonik

2 PALEOVAN-Projekt Geologie und regionales Setting Endsee (Oberfläche: 3750 km²), Alter > 600 ka (umfasst mehrere Glazial-Interglazial-Zyklen) hydrologisches System sensitiv gegenüber vergangenen Klimaänderungen (Seeterassen) umgeben von Vulkansystemen erste Untersuchungen in 1970ern (flache Kernbohrungen, Seeseismik) Multiple Kernbohrung in 2010 (Sites: 1. Northern Basin und 2. Ahlat Ridge)

3 Bohrlochgeophysik Kerngewinn : Northern Basin 71 %, Ahlat Ridge 91 % Bohrlochinstabilität (Lockersedimente und unverfestigte Tephra- Schichten) Bohrlochmessungen am Ahlat Ridge: spektrales Gamma Ray, spezifischer Widerstand, Suszeptibilität, Dipmeter/Mag, seismische Geschwindigkeit, VSP sukzessives Ziehen des Gestänges bis 30 m unter Seeboden und open hole logging (Messabschnitte meist ca. 30 m)

4 Clusteranalyse Kontrolle der Datenqualität (Statistik, Messbereiche, depth matching) Anwendung von Clusteranalyse zur Erstellung von kontinuierlichem lithologischem Profil Zielstellung 1) Identifizierung von lithologischen Units 2) Interpretation ihrer Eigenschaften und Verlinkung mit Sedimentcharakteristik 3) Auffüllen von Datenlücken durch Kernverlust

5 Lithologisches Profil und Einheiten objektive Untergliederung nach physikalischen (downhole logging) und chemischen (XRF scanning (Ca, Zr)) Parametern Trennung von lakustriner Fazies und Tephra separate Analyse vulkanischer und lakustriner Fazies (drei Tephra Units, zwei tonige Silt Units) Unterschiede zwischen Silten gering, starker Kontrast zwischen Tephra Units

6 Differenzierung vulkanischer Ablagerungen Erbohrte Sedimente: lakustrine tonige Silte und Tephra aus vier verschiedenen vulkanischen Quellen Bekannte vulkanische Quellen und ihre (dominante) Zusammensetzung (1) Nemrut, trachytisch bis rhyolithisch. contoured total alkali silica diagram für FeO + Fe 2 O 3 (2) Süphan, dacitisch bis rhyolitisch. Parameter (3) Incekaya, für Differenzierung basaltisch. (4) Verwendung 'Intralake eruptive von contoured centers', total intermediär alkali silica bis trachytisch. diagrams (CaO und FeO + Fe 2 O 3 ) mögliche Unterschiede in Gehalten von: SGR (K, Th, U), FeO + Fe 2 O 3 (SUSC), inkompatiblen Elementen (Zr.XRF), CaO (Ca.XRF)

7 Differenzierung vulkanischer Ablagerungen Erbohrte Sedimente: lakustrine tonige Silte und Tephra aus vier verschiedenen vulkanischen Quellen Bekannte vulkanische Quellen und ihre (dominante) Zusammensetzung (1) Nemrut, trachytisch bis rhyolithisch. (2) Süphan, dacitisch bis rhyolitisch. Contoured total alkali silica diagram für FeO + Fe 2 O 3 (3) Incekaya, basaltisch. (4) 'Intralake eruptive centers', intermediär bis trachytisch. Parameter für Differenzierung Verwendung von (contoured) total alkali silica diagrams (CaO und FeO + Fe 2 O 3 ) Variation in: SGR, K, Th, U, SUSC, Ca and Zr Cox et al., 1979

8 Physikalische und chemische Charakteristik Trennung der Tephra Units über U, Zr und SUSC Korrelation der Tephra Units 1 bis 3 mit den vulkanischen Quellen und / oder ihrer (dominanten) Zusammensetzung?

9 Verlinkung von Tephra-Schichten & vulkanischer Zusammensetzung Classification Basalt Dacite Trachyte Rhyolite Na 2 O + K 2 O low low med. high med. - high Log-/XRF response FeO + Fe 2 O 3 high med. low med. low SUSC K Klassifizierung über (contoured) TAS Diagramme CaO high med. low low Ca Zr low med. - high med. - high high Zr Th low med. - high med. - high high Th linking of tephra units to volcanic composition tephra 3 tephra 1 tephra 2 tephra 2

10 Verlinkung von Tephra-Schichten & vulkanischer Zusammensetzung Classification Basalt Dacite Trachyte Rhyolite Na 2 O + K 2 O low low med. high med. - high Log-/XRF response FeO + Fe 2 O 3 high med. low med. low SUSC CaO high med. low low Ca Zr low med. - high med. - high high Zr K Klassifizierung über (contoured) TAS Diagramme Tephra Units 1 bis 3 verlinkbar mit vulkanischer Zusammensetzung Th low med. - high med. - high high Th linking of tephra units to volcanic composition tephra 3 tephra 1 tephra 2 tephra 2

11 Verlinkung von Tephra-Schichten & vulkanischer Zusammensetzung Classification Basalt Dacite Trachyte Rhyolite Na 2 O + K 2 O low low med. high med. - high Log-/XRF response FeO + Fe 2 O 3 high med. low med. low SUSC CaO high med. low low Ca Zr low med. - high med. - high high Zr K Klassifizierung über (contoured) TAS Diagramme Tephra Units 1 bis 3 verlinkbar mit vulkanischer Zusammensetzung Th low med. - high med. - high high Th linking of tephra units to volcanic composition tephra 3 tephra 1 tephra 2 tephra 2 Entwicklungstrends vulkanischer Ablagerungen nach Clusteranalyse m: überwiegend basaltisch (Tephra Unit 3), untergeordnet dacitisch und rhyolitisch / trachytische Schichten (Tephra Unit 1 and 2) m: sukzessive Zunahme höher entwickelter Magma (dacitisch und ryolitisch / trachytische Schichten)

12 Verlinkung von Tephra-Schichten & vulkanischer Zusammensetzung Classification Basalt Dacite Trachyte Rhyolite Na 2 O + K 2 O low low med. high med. - high Log-/XRF response K FeO + Fe 2 O 3 high med. low med. low SUSC CaO high med. low low Ca Zr low med. - high med. - high high Zr Th low med. - high med. - high high Th linking of tephra units to volcanic composition tephra 3 tephra 1 tephra 2 tephra 2 Mögliche Korrelation von Tephra Units zu vulkanischen Quellen Tephra 1: Süphan Tephra 2: Nemrut (indikativ: hohe Zr Intensitäten) Tephra 3: Incekaya (über Kernvergleich an prominenter Schicht) Unsicherheiten: kompositionelle Entwicklung, Spekulation über Mischung von Magma-Reservoiren, variable 'Intralake eruptive centers'

13 Charakterisierung der Tephra mittels Clusteranalyse kontinuierliche Rekonstruktion eines lithologischen Profils bei Kernverlust nur über Logs!

14 Zyklostratigraphie

15 Zyklostratigraphie Datenanalyse auf mögliche Zyklizitäten Voraussetzung: Sedimentation am Lake Van von orbitalen Zyklen (Milanković) beeinflusst Eccentricity Earth Obliquity bekannt aus terrestrischen Sedimentarchiven: E (100 ka) O (41 ka), P 2 (23 ka), P 1 (19 ka) Sun Sun Precession Rotational axis Sun Rotational axis modified after Berner and Streif, 2004

16 Orbitale Zyklen aus Bohrlochmessdaten Variation in Sedimentcharakteristik (klimatisch beeinflusst) an physikalischen Eigenschaften messbar verschiedene Parameter sensitiv für Änderungen in Korngröße, Tonmineralogie, erfolgreich für Zyklostratigraphie eingesetzte Logs: GR, SUSC, RES, SON

17 Spectral analysis Spektralanalyse Spektralanalyse an Tiefenskala Datensatz aus zyklischen Signale verschiedener Wellenlängen aufgebaut Synthetic data-set and spectral components Ziel: Ermittlung spektraler Komponenten und ihrer Energie-Level Energy level and frequency of contained signals

18 Datenvorbereitung für Spektralanalyse zahlreiche Tephra-Schichten (event stratification) in lakustrine Fazies eingeschaltet Ergebnisse der Clusteranalyse und Cutoff aus SGR für Eliminierung der Tephra-Schichten verwendet kontinuierliche Tiefenskala konstruiert (synthetisches Log) Spektralanalyse an lakustriner Fazies (160 m Log)

19 Sliding Window Zyklizitäten im Datensatz detektiert

20 Sliding Window Zyklizitäten im Datensatz detektiert Korrelation mit orbitalen Klimasignalen (E, O, P) Unterteilung in zwei Intervalle (120 mblf)

21 Sliding Window Zyklizitäten im Datensatz detektiert Korrelation mit orbitalen Klimasignalen (E, O, P) Interval II Sedimentationsrate 34 cm/ka Unterteilung in zwei Intervalle (120 mblf) Sedimentationsrate [cm/ka] = Wellenlänge [m] / Zyklus [ka] Interval I Sedimentationsrate 21 cm/ka

22 Sliding Window Zyklizitäten im Datensatz detektiert Korrelation mit orbitalen Klimasignalen (E, O, P) Interval II Sedimentationsrate 34 cm/ka Unterteilung in zwei Intervalle (120 mblf) Sedimentationsrate [cm/ka] = Wellenlänge [m] / Zyklus [ka] Ablagerungszeitraum [ka] = Intervalllänge [m] / Sedimentationsrate [cm/ka] Interval I Sedimentationsrate 21 cm/ka 593 ka

23 Altersmodell Ergebnisse der Kernanalysen (Stockhecke et al., submitted) basierend auf Korrelation mit TOC-Trends (wiggle matching) und Ar/Ar-Datierungen Änderung in (mittlerer) Sedimentationsrate von 23 cm/ka auf 36 cm/ka Ablagerungszeitraum: 600 ka

24 Zusammenfassung Clusteranalyse kombinierte Analyse an Bohrlochmessungen und XRF scanning-daten liefert beste Ergebnisse für die Tephra Differenzierung Tephra Units sind mit chemischer Zusammensetzung verlinkbar Indikation für Verlinkung mit vulkanischer Quelle, Verifizierung mit Kernanalysen notwendig Sedimentationsraten / Ablagerungszeitraum ähnliche Ergebnisse aus Zyklostratigraphie (593 ka) und Korrelationen von Kernen (600 ka) deutliche Änderung im Sedimentationssystem (Anstieg der Sedimentationsrate), Mechanismen / Gründe in Diskussion

25 Danke für ihre Aufmerksamkeit