SYSTEM ERDE III Teil I - Kontinentale Ablagerungsbereiche Sitzung 01 Grundlagen, Methoden, Konzepte

Termine Vorlesung/Übung Di, 09:15-10:45 Uhr Mi, 09:15-10:45 Uhr Hörsaal Geologie Geländeübung Kontinentale Ablagerungsbereiche 05.06. - 06.06.2009 (Sa/So) 19.06. - 20.06.2010 (Sa/So) oder Marine Ablagerungsbereiche 12.06. - 13.06.2009 (Sa/So) 26.06. - 27.06.2010 (Sa/So) Bericht = Leistungsnachweis

Arbeitsmaterialien Taschenrechner Buntstifte Geodreieck Transparentpapier Millimeterpapier Reißnagel

Inhalte Grundlagen, Methoden, Konzepte Kontrollmechanismen Geophysikalische Methoden Sedimentgefüge Schutt-/Schwemmfächer Fluviatile Systeme Äolische Systeme Deltaische und lakustrine Systeme Glazigene Ablagerungssysteme Lineare klastische Küsten Klastische Schelfbereiche Vulkaniklastika

Literatur READING, H.G. (1996): Sedimentary environments. Processes, facies and stratigraphy, 3. Auflage. Oxford: Blackwell. REINECK, H.-E. & SINGH, I.B. (1980): Depositional sedimentary environments.- Berlin: Springer. SELLEY, R.C. (1985): Ancient Sedimentary Environments.- London: Chapman & Hall. STOW, D. A. V. (2008): Sedimentgesteine im Gelände.- Ein illustrierter Leitfaden.- Heidelberg: Spektrum-Verlag. WALKER, R.G. & JAMES, N.P. (1992): Facies models: response to sea-level change.- St. John´s: Geol. Assoc. of Canada. SHELL-Legende

Fazies als Begriff Sedimentäre Fazies (sedimentary facies) ist ein Typ von Sedimenten & Sedimentgesteinen, die sich durch ihre Geometrie, Lithologie, Sediment-strukturen, Transportarten & -richtungen sowie Fossilinhalte definieren und von anderen unter-scheiden lassen. "Dropstones", eingebettet in deutlich geschichteten glaziomarinen Sedimenten

Fazies als Begriff Faziescharakteristika werden durch das sedimentäre Milieu kontrolliert, setzen aber voraus, daß dieses ein akkumulierendes Milieu (Ablagerungsmilieu) ist. Erosive, nicht- akkumulierende und akkumulierende sedimentäre Milieus. Deflation Akkumulation

Fazies als Begriff Faziesassoziationen und Faziesabfolgen können durch statistische Verfahren ermittelt werden; oft sind sie charakteristisch für ein bestimmtes sedimentäres Ablagerungsmilieu. Sedimentäres Milieu (sedimentary environment) bezeichnet einen bestimmten Teil der Erdoberfläche, der sich durch die herrschenden physikalischen, chemischen und/oder biologischen Bedingungen von seiner Umgebung unterscheidet.

Faziesmodelle

Verwendung des Faziesbegriffs I. Farbe  "Red Bed Facies" II. Lithologie  Sandstein-Fazies III. Fossilinhalt  Korallenriff-Fazies  Skolithos-Ichnofazies IV. Geophysik  "Blue pattern facies" Nur rezente Sedimente kann man dem sedimentären Milieu unmittelbar zuordnen; bei der Ansprache fossiler Ablagerungen sollte man eine Sedimentfazies auf rein deskriptiver Basis definieren und begründen (z.B. linsenförmige, trogförmig schräggeschichtete Grobsandsteine mit erosiver Basis) und möglichst auf milieubezogene Bezeichnungen (z.B. Fluviatile oder Turbidit-Fazies) verzichten.

Die Walther'sche Faziesregel Walthers Law (1894): Eine vertikale Faziesabfolge repräsen-tiert sedimentäre Milieus, die auch lateral aneinandergrenzen. Test von Konformität der Sedimentabfolge; Schichtlücken können unauffällig sein (Konkretionen, Böden) und sehr viel Zeit beinhalten. aus LINDHOLM (1986)

Die Walther'sche Faziesregel Spätes Unter-Perm Gai-As-Formation Seen-Ablagerungen Unter-Kreide Twyfelfontein-Formation Transversaldünen-Ablagerungen Paläoboden Diskordanz (c. 120-130 Ma)

Kontrollmechanismen (A) Autozyklische Mechanismen: Durch das Sedimentationsmilieu selbst gesteuert. Beispiel: Rinnenmigration, Barrenmigration

Kontrollmechanismen (B) Allozyklische Mechanismen: Durch "externe" Einflüsse, wie Klimavariationen, Heraus-hebung der Liefergebiete, Subsidenz des Beckens oder eustatische Schwankungen gesteuert. DiBiase et al. (2000): Geoscience in Action

Kontrollmechanismen (B) Allozyklische Mechanismen: Durch "externe" Einflüsse, wie Klimavariationen, Heraus-hebung der Liefergebiete, Subsidenz des Beckens oder eustatische Schwankungen gesteuert. Chris Kendall (2004)

Känozoische Küstenentwicklung Incised valleys Incised valley fill, Uniab/Namibia Eine der drei aktiven Rinnen im Mündungsbereich des Uniab Rivers (Blick nach Westen). "Uniab-Delta" und Uniab-Küstenkliff (Blick nach Süden).

Untersuchungsmethoden Datenquellen Der Rhein zwischen Mannheim und Karlsruhe im Sat-Bild Natürliche und anthropogene Aufschlüsse Seismik, Bodenradar, Geoelektrik Bohrkerne, Spülproben Bohrlochgeophysik Luft- und Satellitenbilder

Untersuchungsmethoden Datenquellen 5 m-Terrasse 8 m-Terrasse 2 m-Terrasse Atlantik 100 m Kombination Luftbild und Laseraltimetrie (5-fach überhöht)

Untersuchungsmethoden Datenquellen Geoarchäologie an der Wiege der Menschheit: Aufnahme von Trenches (Schürfgräben)

Untersuchungsmethoden Datenquellen Kongruenzanalyse 3D-Seismik Niger-Delta

Untersuchungsmethoden Geometrie/Stapelungsmuster Schematische, nicht maßstäbliche Skizzen verschiedener Fazies-architekturen

Untersuchungsmethoden Korngröße & Schichtung Maximale Korngröße und Schichtung als Ausdruck des Energie-niveaus Bahlburg & Breitkreuz (1998)

Untersuchungsmethoden Korngrößentrends Darstellung der für verschiedene sedimentäre Milieus typischen, i.w. autozyklischen Korngrößenprofile; nicht maßstäblich (aus Selley, 1985)

Darstellung von Sedimentprofilen mittels AppleCore Software

Untersuchungsmethoden Oberflächentexturen V-Marken infolge von Korn-Korn-Kollissionen. Beachte! Texturen eher prozeß- als milieubezogen! Press & Siever (1994)

Untersuchungsmethoden Petrographie Detritische Minerale indizieren Liefergebiete und Art der Verwitterung Spezielle Milieuindikatoren (Glaukonit, Bor, Salze, Kohlen) Authigene Minerale indizieren das postsedimentäre Milieu

Untersuchungsmethoden Fossilinhalt (Makro-/Mikro-/Spurenfossilien)

Untersuchungsmethoden Sedimentstrukturen Eher prozess- als milieubezogen Präsedimentär, erosiv: Rinnen, Strömungs-, Schlag-/Stechmarken Synsedimentär, akkumulierend: Schrägschichtung, Lamination Postsedimentär, deformierend: Belastungsmarken, Rutschungen Kissenstrukturen (ball & pillow structures)

Sedimentstrukturen als Informationsquellen Ein paar Beispiele.... Belastungsmarken (load casts) Flammenstrukturen (flame structures)  Hohe Sedimentationsraten Kalkkrusten und -konkretionen Wurzelspuren  Geringe Sedimentationsraten (Hiatus?) Trockenrisse (desiccation cracks) Regentropfeneindrücke (raindrop imprints) Trittsiegel (animal tracks)  Subaerische Exposition

Lithofazies-Klassifikation Das durch Miall (1978) eingeführte Schema der Lithofaziescodes wurde ursprünglich für Ab-lagerungen verflochtener Flußsysteme eingeführt, kann aber auch für beliebige andere Ablagerungs-systeme angepaßt werden: Der erste Großbuchstabe steht für die dominante Korngröße (z.B. G = gravel), der zweite bis dritte Kleinbuchstabe richtet sich nach dem dominanten Gefügemerkmal (z.B. ms = Matrix supported; m = massive) Beispiele: Gms Gravel, matrix supported Sh Sand, horizontal bedded St Sand, trough crossbeds Fl Fines (mud), lamination

Untersuchungsmethoden Paläotransportindikatoren unimodal bimodal polymodal Lindholm (1987)

Untersuchungsmethoden Paläotransportindikatoren Sed. milieu lokales Muster regionales Verflochtener Fluß Unimodal, geringe Varianz Oft fanförmig Mäandrierender Fluß Polymodal, hohe Varianz Gradienten kontrolliert Estuare Bimodal Transversaldünen Unimodal, geringe Varianz Barchanoide Dünen Unimodal, hohe Varianz Deltas Unimodal Radialstrahlig Gezeitenbetonte Bimodal Generell einheitlich Strände Turbidite Unimodal Oft fanförmig

Untersuchungsmethoden Hierarchie a) Vektormittel für jeden Aufschluß b) Vektormittel für jeden Teilbereich des Arbeitsgebietes c) Interpretation der Paläodrainage Lindholm (1987)

Vektormittel & -amplitude Wie geht das? a) Trigonometrische Methode b) Graphische Methode zur Bestimmung von Vektormittel und Vektoramplitude Lindholm (1987)

Vektoramplitude Graphische Methode Vergleich von Datensätzen mit a) hoher und b) niedriger Vektoramplitude Lindholm (1987)

Korrektur tektonischer Effekte ab 15° empfohlen, ab 30° zwingend Lindholm (1987)

Stratigraphische Konzepte Biostratigraphie (biostratigraphy) Lithostratigraphie (lithostratigraphy) Chrono-Stratigraphie (chronostratigraphy) Süden Norden Kohlebildung Flöz Zollverein 8 vor während nach Tuffablagerung

Stratigraphische Konzepte Gesucht: Ein weltweit +/- zeitgleiches "Signal", das die Ein-ordnung von Sedimentprofilen in ein Zeitgerüst ermöglicht. Kendall et al. (2001)

Stratigraphische Konzepte Sequenz-Stratigraphie (sequence stratigraphy) Vail et al. 1977: Mem. Am. Assoc. Petrol. Geol. 26: 63-81. i.w. Exxon-Gruppe  Diskordanzen und konkordante Korrelativa (unconformities and correlative conformities) Genetische Stratigraphie (genetic stratigraphy) Galloway, 1989: Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol. 73: 125-142.  Kondensierte Profile (condensed sections CS), Maximale Überflutungsflächen/-zonen (maximum flooding surfaces MFS, maximum flooding zones MFZ)

Unconformities & incised valleys Achten Sie insbesondere darauf, was zur Zeit des Niedrig-wasserstandes (Lowstand) passiert !!

Sequenz-Stratigraphie Systems tracts (Systemzüge) beinhalten teils unterschiedliche, aber zeitgleich aktive Ablagerungssysteme dreier Szenarien: I) transgressive (transgressiv) II) highstand (Hochstand) und III) lowstand (Tiefstand) Zeitgerüst bilden Diskordanzen, die auf Meeresspiegel-schwankungen zurückgehen und daher als chrono-stratigraphisch verwendbare Horizonte bewertet werden. Vorteil: Teilablagerungsbereiche können, basierend auf gängigen Faziesmodellen, prognostiziert werden.

Stratigraphische Konzepte Walker & James (1992)

Systems tracts HST: Highstand systems tract progradierend akkumulierend MFS: Maximum flooding surface (zone) TST: Transgressive systems tract IFS: Initial flooding surface LST: Lowstand systems tract type 1/type 2 unconformity

Übungen zu Sitzung 01 A) Übung zur Paläotransportanalyse: Korrektur tektonischer Verkippung B) Übung zur Paläotransportanalyse: Vektormittel und Vektoramplitude