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Beckenanalyse

Beckenanalyse. - Sitzung 02 -. Erdaufbau und Gesteinsrheologie. Harald Stollhofen. Sedimentbecken Definition. Rezente + fossile Regionen mit Beckenbildung  Charakteristika: Bereiche mit länger anhaltender Subsidenz der EOF mit Akkumulationspotential für Sedimente

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Presentation Transcript

  1. Beckenanalyse - Sitzung 02 - Erdaufbau und Gesteinsrheologie Harald Stollhofen

  2. SedimentbeckenDefinition • Rezente + fossile Regionen mit Beckenbildung  Charakteristika: • Bereiche mit länger anhaltender Subsidenz der EOF • mit Akkumulationspotential für Sedimente • mit Netto-Sedimentation • Volumenkapazität variabel • Eventuell "gestapelte" Sedimentbecken • je größer Sedimentmächtigkeiten,je länger Akkumulationje höher Sedimentationsratenumso interessanter für KW-Explorationwarum??

  3. SedimentbeckenBeispiele • Golf von Mexiko (rezent + fossil) • Niger-Delta (rezent + fossil) • Oberrheingraben (fossil) • Norddeutsches Becken (fossil) • Molasse-Becken (fossil)

  4. SedimentbeckenBeispiel Niger-Delta

  5. SedimentbeckenBeispiel Niger-Delta

  6. SedimentbeckenAntriebsmechanismen • Antriebsmechanismen: Lithosphäre-Prozesse • Lithosphäre besteht aus zahlreichen Platten • Vergleich Puzzle -- Plattenrandkräfte • Hintergrund der Beckenbildung oft Plattentektonik Warum möglich?

  7. ErdaufbauZonierung • Erdaufbau bestimmt durch mehrere kompositionell& rheologisch unterschiedliche Zonen • Prinzipielle, kompositionell unterschiedliche Zonen:Kern, Mantel, Kruste • Kruste beinhaltet Material von vergleichsweisegeringer Dichte, das von Sedimenten überlagert wird • Mechanische und rheologische Gliederung stimmtnicht immer mit kompositioneller Zonierung überein

  8. Kompositionelle Klassifikation • Kompositionelle Zusammensetzung kontrolliertDichte, Biegesteifheit, seism. Geschwindigkeiten • "Flache" Partien der Erde haben • Ozeanische Zusammensetzung Gabbro und Derivate, Dichte c. 2900 kg/m3, ∅ Vp = 5 km/s • Kontinentale Zusammensetzung Granit und Derivate, Dichte c. 2500-2700 kg/m3, ∅ Vp = 6.5 km/s • Mantel-Zusammensetzung Peridotit, Dichte c. 3300 kg/m3, ∅ Vp = >8.1 km/s

  9. ErdaufbauKompositionelle und rheologische Grenzen (Aus Allen & Allen 2005) Die wichtigsten kompositionellen (links) und rheologischen (rechts) Grenzen der Erde. Woher Info zur Mantelzusammensetzung?? Kompositionelle Hauptgrenzen zwischen Kruste, Mantel & Kern. Rheologische Hauptgrenzen zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre. Anstieg Vp unter Moho, Abfall Vp in low velocity zone" = "weiche" Asthenosphäre

  10. ErdaufbauLithosphäre + Asthenosphäre • Fundamentale rheologische Grenze zwischenLithosphäre + unterlagernder Asthenosphäre • Lithosphäre umfasst Kruste + oberen Teil des Mantels • Verhalten der Lithosphäre +/- starr (rigid) • Umfasst zahlreiche relative kohärente Platten • Basis Lithosphäre markiert durch charakteristischec. 1100-1330°C-Isotherme--> Mantelgesteine erreichen Solidustemperatur

  11. ErdaufbauLithosphäre + Asthenosphäre

  12. ErdaufbauLithosphäre • Basis = thermische Lithosphäre ==> Mantelgesteine erreichen Solidustemperatur ==> Kriechprozesse bauen elastischen Streß ab • Oberer Teil der Lithosphäre==> kann elastische Spannungen über längere Zeiträume aufbauen + speichern ==> wird daher als elastische Lithosphäre bezeichnet • Typische Mächtigkeiten: 5 km (Ozean) 100-250 km (Kontinente)

  13. ErdaufbauModell der Lithosphären-Mächtigkeiten

  14. ErdaufbauKontinentale Lithosphäre • Hat mit der Tiefe variierendes Festigkeitsprofil • Profil deutet duktile Schwächezone in der Unter- kruste an, das als Detachment für Störungen in der Oberkruste agiert. • Aseismische Schwächezone separiert spröde, seismisch aktive Oberkruste von oberem Mantel. • Analog-Modell "Jam-Sandwich"

  15. ErdaufbauOzeanische Lithosphäre • Hier fehlt die Zone niedriger Festigkeit • Festigkeit nimmt mit der Tiefe zu • Grenze spröd/duktil im Oberen Mantel

  16. ErdaufbauFestigkeitsprofile 2. Übergang spröd/duktil in der Mantel-Lithosphäre durch Wechsel zu Olivinzusammensetzung Spätes Bruchversagen der Olivin-Rheologie ozean. Lithosphäre Bei gleicher Tiefe erzeugt die Quarz/Feldspat-Rheologie kont. Lithosphäreeine relativ "weiche", duktile Zone

  17. Relative Plattenbewegungen • An Plattengrenzen Konzentration vonDeformation, Vulkanismus, seismischer Aktivität • Divergente PlattengrenzenBeispiel Mittelozeanische Rücken • Konvergente Plattengrenzen"Verkürzung" in Kollisionszonen • Transform (Konservative) PlattengrenzenCharakterisiert durch Blattverschiebungen (strike-slip)

  18. Plattengrenzenals Zentren geodynamischer Aktivität Weltkarte mit den wichtigsten Plattengrenzen (blaue Linien), der Verteilung rezenter Erdbeben (gelbe Punkte) und aktiver Vulkane (rote Dreiecke). http://geology.er.usgs.gov/eastern

  19. Island: Die Nahtstelle zwischen der Eurasischen und der Nordamerikanischen Platte PlattengrenzenDivergente Plattengrenzen

  20. PlattengrenzenKonvergente Plattengrenzen DiBiase et al. (2000): Geoscience in Action

  21. PlattengrenzenTransform-Plattengrenzen Versatz ozeanischer Rücken durch Transform-Störungszonen im Pazifik.Die San-Andreas-Störungszone ist eine der seltenen an Land zugänglichen Transforms http://pubs.usgs.gov

  22. PlattengrenzenTransform-Plattengrenzen Einfluß der San Andreas Fault auf das Drainage-System (Steve Gao 2002)

  23. PlattengrenzenTransform-Plattengrenzen

  24. AltersbezügeHot-Spots und Plattenbewegung Die drei wichtigsten Ketten von Ozeaninseln & Seamounts im Pazifik: (I) Kodiak Island-Cobb Seamount Chain, (II) Marshall-Ellice Islands- Austral Seamount Chain, (III) Hawaiian Ridge-Emporor Seamount Chain. http://openlearn.open.ac.uk

  25. AltersbezügeHot-Spots und Plattenbewegung Bezug: Alter der Ozeaninseln zur Distanz von dem rezent aktiven Hawaii-Vulkan. Rezent auch hochauflösende Messungen per GPS. Was könnte den "Knick" der Ozean-Inselkette vor 43-50 Ma verursacht haben? http://openlearn.open.ac.uk

  26. AltersbezügeAlter der ozeanischen Kruste Maximalalter Jura (c. 150 Ma) Moores & Twiss (1995)

  27. Relativ-Plattenbewegungen Karte der aktuellen Bewegung lithosphärischer Platten relativ zu Hot-Spots. Die Länge der Pfeile entspricht der kumulativen Bewegung über 50 Ma http://openlearn.open.ac.uk

  28. Plattengrenzen & Sedimentmächtigkeiten

  29. BesonderheitenKontinentale Lithosphäre • Zwar Konzentrationder Deformation an Plattengrenzen • Deformation aber auchweit von Plattengrenzen entfernt • Kontinentale Lithosphäre verhält sich aufgeologische Zeitskalen bezogen eher alshochviskose Schicht • Nicht immer rigider Übertrag von Spannungen (stress)

  30. PlattentektonikAntriebsmechanismen • Schwerkraft (gravity) • Konvektion (4-6-malige Inversion der Asthenosphäre?) • Konvektion initiiert Prozesse • Abkühlung führt zu Erhöhung der Dichte • Absinken "alter + schwerer" Platten • Drücken und Ziehen"Ridge push" und "Trench pull"

  31. Ridge Push & Trench Pull Press et al. (2005)

  32. Mantel-KonvektionModelle Press et al. (2005)

  33. Divergente PlattengrenzenStartet intrakontinental - endet mit Ozeanbecken Press et al. (2005)

  34. Divergente PlattengrenzenBeispiel Südatlantik

  35. Check -->>http://www.see.leeds.ac.uk/structure/dynamicearth/history/wilson/

  36. Stages of the Wilson-Cycle describing the birth, life and end of an ocean EMBRYONIC: break-up of the continental crust (north-east African rift system) JUVENILE: juvenile ocean has opened to a first connection to the world ocean (Red Sea) MATURE: mature stage (Atlantic Ocean) DECLINING: shrinking stage with subductions zones around (Pacific Ocean) TERMINAL: basins, mountain forming and earth quakes as a result from the collision SUTURING: build-up of a large mountain range during a continuing collision process

  37. ErdaufbauGrenzen Welcher Gliederungsansatz wird in den Abbildungen von Allen & Allen (2005) verfolgt??

  38. Tiefe der MOHOKlassifikation Europa Wo liegt die MOHOam tiefsten? Wo liegt die MOHOrelativ flach? Wo sind Sedimentbecken? N-Amerika Allen & Allen (2005)

  39. Tiefe der MOHOKlassifikation Europa EUROPA Wo liegt die MOHO am tiefsten? Skandinavischer Schild (SC)Pyrenäen (PY)-Alpen-Karpathen-Gebirgsgürtel Wo liegt die MOHO relativ flach? ---> ExtensionsbereicheAtlantikrandNordsee (NS),W MittelmeerPannonisches Becken (PB),Schwarzes Meer N-Amerika Wo sind Sedimentbecken? Allen & Allen (2005)

  40. Tiefe der MOHOKlassifikation Europa N-Amerika Wo liegt die MOHO am tiefsten? Sierra Nevada (SN)-Region (Batholithe)Appalachen-Gebirgsgürtel (AP)"Midcontinent"Kanadisch-NE-amerikanischer Schild N-Amerika Wo liegt die MOHO relativ flach? Plateaubasalte Snake-River-(SR) ProvinzMississippi-"Bucht" (ME)Golf von Mexiko (GM)Westl. aktiver KontinentalrandÖstl. passiver Kontinentalrand Wo sind Sedimentbecken? Allen & Allen (2005)

  41. Erdaufbau + GesteinsrheologieÜbungen • Nennen Sie weitere rezente Sedimentbecken, • die von fossilen Becken unterlagert werden. • Skizzieren Sie den Aufbau der (I) kontinentalen und (II) ozeanischen Lithosphäre. • Wodurch ist die Basis der Lithosphäre definiert? • Was wird als "Elastische Lithosphäre" bezeichnet? • Nennen Sie die drei grundlegenden Typen von Plattengrenzen und geben Sie je ein Beispiel. • Nennen Sie 4 Antriebsmechanismen der Plattentektonik • Nennen Sie die wichtigsten "Großplatten".

  42. Erdaufbau + GesteinsrheologieLösungshilfen

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