Geodynamik 1 M.Geo.101 WS 2012/13 LV1 Sedimentologie und Beckenanalyse (2 SWS V )

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1 Geodynamik 1 M.Geo.101 WS 2012/13 LV1 Sedimentologie und Beckenanalyse (2 SWS V ) N USM Sedimentation Model (Chattian ~25Ma) S 10 km E fluvial Floodplain Ro S Bajadas Penninic & Helvetic nappes m 4000 Boswil-1 belt meander Hünenberg-1 25 Ma CC 27 Ma 1.5 average angle of unconformity 3.5 average angle of unconformity AF 28 Ma 30 Ma R Rigi 0 H. v.eynatten G. Meinhold Sedimentologie/ Umweltgeologie HvE Schlunegger / Sedimentologie et al. (1997), Tectonics und Beckenanalyse 16 UMM 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

2 Lehrangebot (Master Geowissenschaften) im Bereich Exogene Geologie / Sedimentologie / Sedimentpetrologie (Bachelor: Praktikum Sedimentpetrographie/Sedimentologie) Sedimentologie und Beckenanalyse (Modul Geodynamik 1) Sedimentpetrologie: Petrographie, Geochemie & Provenienzanalyse WiSe 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) Seminar zu Sedimentgeologie und Sedimentpetrologie SoSe Angewandte Liefergebietsanalyse (Modul Beckenanalyse 3) Aufgabengebiete der Sedimentologie/Sedimentpetrologie Stratigraphische Aufnahme Faziesmodell und Paläogeographische Rekonstruktion Genetische Stratigraphie Beckenanalyse Petrographische Aufnahme (makroskopisch/mikroskopisch) Phasenanalyse, Geochemie Liefergebietsanalyse Diagenesemodell Geodynamische Modelle Anwendungsgebiete in Erdöl-/Erdgasexploration und förderung, sonst. Rohstoffexploration, Hydrogeologie, Umweltgeologie, Ingenieurgeologie,... 2

3 Literatur Skript: Allen, P.A.: Earth Surface Processes, Allen, P.A. & Allen, J.R. (2005): Basin Analysis principles and applications, 2 nd edition. Coe, A.L.: The Sedimentary Record of Sea-Level Change, Einsele, G.: Sedimentary Basins, Hsü, K.J.: Physics of Sedimentology, 2004, 2 nd edition. Leeder, M.: Sedimentology and Sedimentary Basins, Miall, A.D.: The Geology of Fluvial Deposits, Schäfer, A.: Klastische Sedimente: Fazies und Sequenzstratigr., Reading, H.G.: Sedimentary environments, 1996, 2 nd edition. Ricci Lucchi, F.: Sedimentographica A Photographic Atlas of Sedimentary Structures, Aufgabengebiete der Sedimentologie/Sedimentpetrologie Stratigraphische Aufnahme Faziesmodell und Paläogeographische Rekonstruktion Genetische Stratigraphie Beckenanalyse Petrographische Aufnahme (makroskopisch/mikroskopisch) Phasenanalyse, Geochemie Liefergebietsanalyse Diagenesemodell Geodynamische Modelle Anwendungsgebiete in Erdöl-/Erdgasexploration und förderung, sonst. Rohstoffexploration, Hydrogeologie, Umweltgeologie, Ingenieurgeologie,... 3

4 Sediments are precise recorders of processes at the earth surface with a (potentially) high temporal resolution erosion source sedimentation sink t 0 t 1 t 2 Fazies Faziesanalyse Was ist Fazies? Aufschluß/Bohrkerne: Gesteinskörper mit spezifischen Merkmalen Farbe, Schichtung, Textur, Zusammensetzung Fossilgehalt, Sedimentstrukturen,... Lithofazies Biofazies Log Fazies: 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),... 4

5 Fazies Faziesassoziation Faziessequenz time A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D A B C D Walther s Law (1894) transgression regression space A single facies type A, B, C, D facies association C B A facies sequence C B A C discontinuity B A cyclic sedimentation Coe et al

6 Seismische Fazies Geometrische Anordnung von Fazies Reading 1996 Geometrie von Grenzflächen Reading

7 Kriterien zur Erkennung von Grenzflächen van Wagoner et al Fazies - Interpretation Reading

8 Kontrollfaktoren der Faziesentwicklung und -verteilung Sedimentäre Prozesse Sedimentzufuhr Subsidenz ( Tektonik) Akkomodationsraum Meeresspiegelschwankungen Klima Biologische Aktivität Wasserchemie Vulkanismus unterschiedliche Bedeutung in unterschiedlichen Ablagerungsmilieus! Konservierungspotential Drainage-Becken und Sediment-Becken Leeder

9 Beispiel: Indus Sediment Routing System Allen 1997 Drainage-Becken 1 Hierarchie der Flussarme in einem Drainage-Becken Der Übergang Drainage- Becken zu Sediment- Becken hängt vom Betrachtungsmaßstab ab und kann zeitlichräumlich variieren 5 9

10 Sediment-Becken Sediment-Becken gehören zu den grundlegenden Elementen der oberen Erdkruste Sedimenteintrag Gebirge Meeresspiegel Sediment-Becken Akkomodationsraum Subsidenz Sediment-Becken Kontrollfaktoren der Beckenentwicklung und Grundlagen der Becken- Klassifikation nach Ingersoll (1988, GSA Bulletin 100: ): (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 10

11 Klassifikation von Sediment-Becken (1) plate interior C i divergent a: slow subsidence b: rapid subsidence (2) passive continent. T i divergent mod.-low subsidence margins ± shear asymmetric (3) oceanic basins O i,e large, slow subsidence (4) active continental O e convergent, deep see trench margin O,T i,e divergent, forearc & backarc basins (5) collision C e,i(s) conv./flex./transf., foreland basin O e convergent, remnant ocean basin (6) transform margin C,T,O e,i transpressive/transtensive, small, rapid subsidence (1) plate interior basins (C / i / divergent) epicontinental basin 1a 1b Einsele b Reading

12 (2) basins on passive continentinental margins (T / i / divergent) Einsele 2000 (2) basins on passive continentinental margins Ingersoll

13 Passive margin cross section offshore Baltimore, USA nach Bouma et al. (1982) (3) oceanic basins (O / i + e /...) Einsele

14 (4) basins related to subduction (active continental margin) (O(T) / i(e) / conv.(div.)) see (5) (4) basins related to subduction (active continental margin) Einsele

15 (5) basins related to collision (C(O) / e / convergent) C Ingersoll 1988 (5) basins related to collision Leeder

16 (6) strike-slip basins Reading 1986 (6) strike-slip basins Einsele

17 Klassifikation von Sediment-Becken (1) plate interior C i divergent a: slow subsidence b: rapid subsidence (2) passive continent. T i divergent mod.-low subsidence margins ± shear asymmetric (3) oceanic basins O i,e large, slow subsidence (4) active continental O e convergent, deep see trench margin O,T i,e divergent, forearc & backarc basins (5) collision C e,i(s) conv./flex./transf., foreland basin O e convergent, remnant ocean basin (6) transform margin C,T,O e,i transpressive/transtensive, small, rapid subsidence Ingersoll

18 Drainage-Becken vs Sediment-Becken Leeder 1999 Climate DENUDATION RATE Biosphere Earth surface modelling Relief Lithology/soils SEDIMENTARY BASIN Former land surfaces Reservoirs Sediment volume in basin Experimental plot River load Delta growth A d Valley fill Lakes Sediment supply A b From sediment volume: DR me = SV * b s Ad [L / T] From river load: DR RL me = s Ad [L / T] t2 Time t1 DR me= mechanical denudation rate SV = sediment volume [L 3] RL = river load [L 3] Ad = drainage area [L 2] 3 b = bulk density of sediment [M / L ] s = density of solid rock [M / L 3] Subsidence Hinderer et al

19 Allen