Evolution und Struktur des Oberrheingrabens : quantitative Einblicke mit Hilfe dreidimensionaler thermomechanischer Modellrechnungen

In der Modellstudie wurde ein numerisches Modell für ein kontinentales Riftsystem erstellt, welches durch präexistierende Störungen sowohl entlang in seinem Streichen als auch quer dazu vorge­zeichnet war. Das Modell beschreibt die endo- und exogenen Prozesse in ihren wesentlichen ther­mischen und mechanischen Auswirkungen. Ein Schwerpunkt der Arbeit waren im Rahmen einer Parameterstudie der quantitative Zusammenhang zwischen Vertikalbewegungen im Rift­system und verschiedenen Materialeigen­schaften sowie unterschiedlichen Randbedingungen. Das zweite Pro­jekt­ziel war die Simulation der zeitlich und räum­lich variierenden Subsidenz bzw. Hebung im Oberrhein­grabengebiet auf der Basis der in der Para­meterstudie gewonnenen Erkenntnisse. <br>Die Einbindung der physikalischen Prozesse, die Bilanzierung im lithosphärischen Maßstab und die Modellierung in drei Raumdimensionen ermöglichte es gegenüber den bisher angewandten, geometrischen Bilanzierungsmethoden, Aussagen über Riftkinematik und Beckendynamik des Oberrheingrabens zu gewinnen. Die wichtigsten Schlußfolgerungen der Modellstudie sind: <br>1.Primäre Einflußfaktoren auf die Vertikalbewegungen von Moho, Graben und Schultern sind die Reibungskoeffizienten, Geometrie und der Tiefgang der Grabenrandstörungen. Dagegen sind die Auswirkungen der exogenen Prozesse und der thermisch-rheologischen Verhältnisse im Kriechregime nachrangig. <br> <br>2.Die Deformation wird an sublistrischen Störungen bis in ca. 16 km Tiefe lokalisiert. Darunter erfolgt eine raumgreifend-viskose Materialreaktion. Potentielle mantellithosphärische Scherzonen haben keinen Einfluß auf die Riftarchitektur und -evolution in seichteren Krustentiefen. <br>3.Die Reibungskoeffizienten auf den Grabenrandstörungen liegen meist im Bereich von 0.3 bis 0.4. <br> <br>4.In der Unterkruste liegen geringe bis mittlere Viskositäten vor. Eine laterale und vertikale Heterogenität in der unterkrustalen Zusammensetzung ist ohne Auswirkung auf die Riftevolution. <br> <br>5.Es sind eine horizontale Extension von 7.5 bis 8.5 km sowie ein sinistraler Versatz von nicht mehr als 4.5 km über das gesamte Riftsystem notwendig, um die beobachteten Sediment­mächtig­keiten zu akkommodieren. <br> <br>Mit den Modellergebnissen können gegensätzliche Positionen in Bezug auf die Riftkinematik aufgelöst werden. Ihre Übereinstimmung mit den Vergleichsdaten gibt eine Präferenz für die Modellvorstellungen, die eine Entwicklung des Oberrheingrabens in zwei Phasen vermuten, wobei die regionale Strec­kungsachse in der ersten Phase eine ungefähr riftsenkrechte Ausrichtung aufwies. <br>Die numerischen Prognosen nehmen nur Bezug auf die Zeiten mit sedimentärer Aufzeichnung. Sie beinhalten keine Aussagen über die tektonosedimentären Verhältnisse in den Zeiträumen mit Hiatus´. In den Modellierungen wird allerdings eine sehr hohe Sensibilität der Subsidenz gegenüber Änderungen in den mechanischen Eigenschaften der Störungen und deren Orientierung gegenüber dem herrschenden Spannungsfeld aufgezeigt. Änderungen beider Größen können möglicherweise als Erklärung für die langzeitlichen Schichtausfälle im Oberrheingrabengebiet dienen. <br>Es ergeben sich teilweise signifikante Differenzen zwischen den numerischen Prognosen und den Vergleichsdaten im nörd­lichen Oberrheingraben. Es wird neben der Ein­bindung zusätzlichen Struk­tur­inventars in dieser Region auch eine Ähnlichkeit in der Größe der horizontalen Hauptnormal­spannungen als Lösungsansatz vorgeschlagen. Diese Erklärungsansätze müssen einer Be­wertung mit weiteren numerischen Simulationen unterzogen werden. Die Modellstudie kann daher nur als ein erster Schritt dienen, um die komplexe Interaktion zwischen Extension und lateraler Trans­lation in einem räumlich und zeitlich variierenden Spannungsfeld mit präexistentem Struktur­inventar zu verstehen.

Author dc:creator

• Schwarz, Michael

Contributors dc:contributor

• Henk, Andreas

• 3D-Finite-Elemente-Modellierung
• Dekompaktionsanalyse
• Deformationsstil
• Reibungskoeffizienten ,Temperaturverteilung
• basin modelling
• finite elements
• backstacking
• decompation
• kinematics

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