Dynamik sedimentärer Systeme - SPP 1135

Dynamik sedimentärer Systeme unter wechselnden Spannungsregimen am Beispiel des zentral-europäischen Beckensystems

Projekt

Koordinator:
Littke, R. Bayer, U. Gajewski, D. Kosinowski, M. Nelskamp, S.

Zentrales Thema dieses Vorhabens ist die Quantifizierung der Prozesse, die für die Bildung und Ausgestaltung von Sedimentbecken, inklusive ihres Fluidinventars, maßgeblich sind, und die mit modernsten geowissenschaftlichen Methoden untersucht werden sollen.

Solche Prozesse sind:

- die durch das globale Spannungsfeld bedingte Dehnung oder Verkürzung der Kruste sowie die damit verbundene Entwicklung von Störungssystemen, deren Einfluss auf die Rheologie der Kruste, die Auswirkungen auf die großräumige wie regionale Subsidenz und auf das geothermische Feld,

- die dem sedimentären System inhärenten Prozesse der Kompaktion, Salzbewegung und Fluid Bildung sowie ihre Überprägung durch die genannten externen Steuerungsfaktoren,

- die Transportprozesse, über die Gase und Flüssigkeiten (Fluide) durch den Porenraum der Gesteine migrieren, entweder als Druckgetriebener Ein- oder Mehrphasenfluss oder per Diffusion, ihre Abhängigkeit von Kompaktion, Störungssystemen und geothermischem Feld sowie die dabei auftretenden Wechselwirkungen mit dem Festgestein,

- die Sedimentanlieferung und -verteilung als Spiegel tektonischer Prozesse und klimatischer Veränderungen.

Das gewonnene Prozessverständnis soll später auf andere, weit weniger gut erforschte Sedimentbecken übertragen werden. Dieses kann gelingen, da die wesentlichen festen und fluiden Phasen und die dort ablaufenden Prozesse in den verschiedenen Sedimentbecken im Wesentlichen identisch sind. Andererseits soll die Entwicklung des Zentraleuropäischen Beckens als eines komplexen, langlebigen, großen Beckensystems aus verschiedenen Fachrichtungen heraus untersucht werden, unter Einbindung von Wissenschaftlern aus benachbarten Ländern, die ebenfalls Anteil an diesem Becken haben.

Unter Berücksichtigung der geowissenschaftlichen Disziplinen einerseits und der wirksamen Prozesse andererseits, wurde für das Schwerpunktprogramm eine konzeptionelle Gliederung in Themen mit breiter Überlappung erarbeitet:

- Struktur und Evolution der Kruste - gefordert sind hier in erster Linie geophysikalische Methoden wie Seismik, Seismologie, Gravimetrie und Magnetik, wobei insbesondere mo-derne Verfahren wie dreidimensionale Modellierung und pre-Stack Migration eine wichtige Rolle bei der Neuinterpretation bestehender Daten spielen sollten. Wesentlich ist dabei auch die Ermittlung von Intervallgeschwindigkeiten im Untergrund und möglicher lateraler Inhomogenitäten, die eine Grundlage zur Beurteilung rheologischer Eigenschaften einerseits und Hinweise auf historische geodynamische Prozesse andererseits liefern können. Die Ergebnisse können zunächst allerdings nur ein Abbild des heutigen Zustandes vermitteln, eine wichtige Ergänzung ist deshalb die Ermittlung der

- Beckendynamik in Raum und Zeit - wobei insbesondere Methoden der Beckenanalyse unter Berücksichtigung der seismischen Stratigraphie, Sedimentologie und Sequenzstra-tigraphie sowie unterschiedliche Ansätze der Subsidenzanalyse und Beckenmodellierung in Betracht kommen. Wesentlich ist aber auch die Neuinterpretation bestehender seismischer Linien der Industrie mittels moderner Verfahren und die Einbeziehung von Geopotenzialen, um die Struktur und evt. die gesteinsphysikalischen Eigenschaften näher zu definieren. Er-schwert werden diese Untersuchungen allerdings durch Salzbewegungen, so dass der

- Salz- und Fluiddynamik eine wichtige Rolle zukommt. Die Salzdynamik muss dabei in Zusammenhang mit dem rezenten Spannungsfeld in der Kruste und den über lange Zeiträume ablaufenden Spannungsumlagerungen gesehen werden. Die Fluiddynamik ist ebenfalls in Abhängigkeit von Spannungsfeld und Spannungsumlagerungen zu sehen, aber insbesondere auch durch das Temperaturfeld gesteuert. Durch den starken Einfluss des Salzes auf die Rhe-ologie des Gesamtsystems einerseits und das Temperaturfeld sowie auf die Löslichkeitsfracht der Porenwässer andererseits nimmt dieses Thema eine zentrale Rolle ein, mit Querverbin-dungen zu den ersten beiden Teilbereichen, sowie zum letzten Hauptthema

- Rezenter Zustand und junge Prozesse, das in sehr starkem Maße auch Anwendungsbezüge im Sinne eines prozessorientierten Risk Assessment schafft, wobei aber ein Verständnis der ererbten Strukturen dieses Beckens von zentraler Bedeutung ist. Darüber hinaus kann die-ses Thema in Kooperation mit den geophysikalischen Ansätzen auch einen Schlüssel zu nur indirekt beobachtbaren Prozessen in der tieferen Kruste liefern, die möglicherweise noch heute in Schleswig-Holstein und in Teilen der Nordsee ablaufen.

Alle oben genannten Teilthemen werden von einer Weiterentwicklung der Modellierung nichtlinearer Transportprozesse in Becken profitieren, worunter Prozesse der Sedimentkompaktion mit Porositäts- und Permeabilitätsveränderungen, Reifung organischen Materials, Diagenese etc. in Verbindung mit Druck, Fluidbewegung und thermischem Feld fallen. Sieht man dies als vorwiegend mathematisches Problem, so ergibt sich automatisch die Rückkoppelung zu den vorher genannten Themen, die in verschiedener Art die notwendigen Datengrundlagen schaffen.

Mehr Details zum SPP 1135 unter http://www.spp1135.rwth-aachen.de/index.htm

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