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Sedimentology and modelling of the Mitterndorf Basin
Bernhard Christoph Salcher
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Michael Wagreich
DOI
10.25365/thesis.3270
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29660.95780.283969-5
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Mitterndorfer Senke ist das größte Pleistozän Becken in Österreich. Das Becken hat sich entlang der sinistralen Wiener Becken Transfer Störung ausgebildet. Im Bereich dieser wichtigen Blattverschiebung haben sich durch fortlaufende Bewegung Stoerungsflächen gekrümmt (befreiende Kruemmung oder auch releasing bend) und Platz für die Beckenformation geschaffen. Die bis zu 170 m mächtigen quartären Sedimente spiegeln die deutlichen Klimaveränderungen während des Quartärs in ihrer Lithofacies wider. Die massiven, grobkörnigen Sedimente stellen ein sehr großes Porenvolumen und damit auch ein bedeutendes Aquifer dar. Es ist eines der größten Europas. Die Kenntnis der Beckenstratigraphie ist damit nicht nur entscheidend um dieses Aquifer besser zu verstehen, sondern auch um die in der Lithofazies vorhandene Information zur Klimatik und Umwelt besser zu verstehen. Intensive Feld- und Laborarbeit wurde durch computerisierte Datenprozessierung unterstützt. Die gesamten Daten, betreffend Geologie (z.B. Bohrlogs, Feld- und Labordaten), Geophysik (z.B. Bouguer Schwere, Geoelektrikdaten, Seismikdaten) und Geographie (Luftbilder, Topographische Information) wurden in ein Geographisches Informationssystem integriert. Diese große Datenbank stellt die Plattform für alle statischen und gerichteten Modelle dar. Drei wissenschaftliche Arbeiten wurden bisher geschrieben und eingereicht: Salcher and Wagreich (2008) haben den Einfluss von Klima und Tektonik auf die Lithofazies des Mitterndorfer Beckens untersucht. Die grobkörnige, massive Fazies steht im Zusammenhang mit hochenergetischen Flutereignissen die ein ausgeprägtes nivales Regime während der Glaziale anzeigt. Im Gegensatz dazu stehen feinkörnige, gut geschichtete Sedimente die Perioden eines großen Verhältnisses von Niederschlag zu Sedimenttransport zeigen. Günstige Sequenzenpreservationseigenschaften wurden durch Subsidenzraten von etwa 0.5 bis 1 mm pro Jahr geschaffen. Die Subsidenzraten sind in der Regel auch groß genug um einen großen Teil warmzeitlicher Information vor Erosion zu bewahren. Dieser Teil fehlt in fluviatilen Terrassen häufig. Neue 14C und relative Alter die aus dem Studiengebiet entstammen beweisen den starken Einfluss klimatischer Oszillationen auf das Klima und auf die fluviale Stratigraphie im Zeitraum von MIS3 bis MIS1. Salcher, Meurers, Decker, Wagreich (2008) haben eine Technik verwendet um Bouguer Schweredaten auf ihre hochfrequenten Anteile zu filtern und oberflächennahe Strukturen zu beleuchten. Verschiedene erste Ableitungen wurden verwendet um eine genaue Störungslokation zu erhalten. Zusammen mit Loginformationen aus Bohrungen wurde ein neues und genaues Modell des Mitterndorfer Beckenuntergrundes erstellt. Das Modell zeigt den kinematischen Einfluss auf die Beckengeometrie und auf Störungsaktivität während des Pleistozäns. Reichhaltige Information wie 2D, 3D Seismik, Geoelektrik-, Log- und Erdbebenaktivitätsdaten wurden verwendet um die die Übereinstimmung der Strukturen mit den Schwereanomalien zu demonstrieren. Zusätzlich wurden Computermodelle gerechnet um die Effektivität der Ableitungen zu beweisen und auch um Dargestelltes besser zu interpretieren. Resultate zeigen nicht nur den Einfluss von Störungen auf die Landschaftsentwicklung. Es konnte gezeigt werden dass diverse geomorphologische Strukturen tektonisch bedingt sind wie Z.B. Böschungen, Gräben und Täler. Salcher, Faber, Wagreich (2008) haben klimatisch bedingte Aggrations- und Degrationszyklen, den Einfluss von Subsidenz und Änderungen des fluviatilen Akkomodationslevels mittels eines numerischen Models untersucht. Der Modellierungszeitraum betrug 25.000 Jahre. Die Modelle, so genannte Landschaftsevolutionsmodelle, beschreiben Langzeitänderungen von Oberflächenformen. Die Modelle haben von den reichlich vorhandenen Daten profitiert und wurden an den naturalistischen Bedingungen des Untersuchungsgebietes kalibriert. Diesbezüglich wurde der Programmkode erweitert und implementiert. Die resultierenden Modelle zeigten dass Änderungen der Sedimentzufuhr die stärksten Auswirkungen auf das System haben. Starke Änderungen der Sedimentzufuhr hängen direkt mit den klimatischen Bedingungen im Einzugsgebiet zusammen. Der Einfluss von Subsidenz ist geringer und wird erst nach einer längeren Zeit deutlich. Änderungen des Akkomodationslevels wirken sich prinzipiell stärker und schneller aus, haben aber für die Mitterndorfer Senke keine Bedeutung. Beide können sich während längeren, klimatisch wärmeren Perioden besonders deutlich auswirken.
Abstract
(Englisch)
The Mitterndorf Basin is the largest Pleistocene Basin in Austria. The basin is linked to a releasing bend along the major Vienna Basin transfer fault. Basin formation is supposed to start during the Middle Pleistocene. The up to 170 m of accumulated Quaternary sediments show strong variations in their lithofacies reflecting distinct climate oscillations. Massive coarse grained sediments provide huge pore space making the Mitterndorf Basin to one of Europe s largest drinking water reservoirs. Knowledge about the basin's stratigraphy is therefore not only crucial to better understand this important aquifer, basin's subsidence and associated preservation of lithofacies provide also valuable information on Quaternary climate and environment. Intense field and lab work was supported by computer data processing. All data concerning geology (e.g. drill logs, field and lab data), geophysics (e.g. Bouguer gravity, geoelectric data, seismic data) and geography (e.g. aerial images, topographic information) were integrated in a geographic information system (GIS). This major database builds the platform for all static and forward models. Within the 3 years of this PhD, 3 scientific papers have been written so far: Salcher and Wagreich (2008) investigated the impact of climate and tectonic on the lithofacies in the Mitterndorf Basin. The coarse grained, massive facies is associated with high-energetic flood events reflecting a distinct nival regime during glacial times. In contrast, fine grained, well stratified sediments mark periods of rather high discharge to sediment supply ratios during warmer periods. Sequence preservation was provided by subsidence rates of approx. 0.5 to 1 mm per year. High subsidence rates preserve a relatively large record of sequences compared to fluvial terraces which reflect mainly sediments deposited during and shortly after glacials. New 14C and relative ages demonstrate the strong impact of oscillations in climate on fluvial stratigraphy covering times from the upper period of MIS 3 to the MIS 1. Salcher, Meurers, Decker, Wagreich (2008) applied a technique in Bouguer gravity filtering to high pass near surface structures. Different first order derivates of gravity data were used to precisely determine fault locations. Together with drill log information a new and considerably more accurate model of the Mitterndorf Basin's underground was developed. The presented model demonstrated the kinematic (sinistral, pull apart basin) impact on the basin geometry and on fault activity during the Pleistocene. Abundant geophysical and geological data such as 2 D, 3 D seismic, geoelectric, log and outcrop data were used to verify coincidence of structural features with gravity anomalies gained from derivatives. Additionally, numerical models were carried out to better understand effectiveness of derivatives and better interpret gravity anomaly features. Results do not only demonstrate the impact of faults on landscape development. It could be demonstrated that diverse geomorphologic features have a tectonic origin such as scarps, grabens and valleys. Salcher, Meurers, Decker, Wagreich (2008) have been among the first to apply gravity high pass filtering technique in general and the first who demonstrate the suitability in a continental Pleistocene Basin. Salcher, Faber, Wagreich (2008) used a numerical model approach to investigate climate induced aggradation and degradation cycles, the influence of subsidence and the impact of base-level change (Danube) on this large Pleistocene basin within a time frame of 25 ka. Models were carried out as landscape evolution models describing long term changes in size, shape and relief of landforms. Models were calibrated on real world conditions benefiting from abundant data of the study area. New codes were tested and implemented. Software (SedTec) provided excellent calibration possibilities, helping to make models more realistic. Our models showed that adjustments in sediment supply mainly impact basin's sequence evolution. Strong alterations in sediment supply are related to changing climate, ranging from cool or cold to warm and rather wet conditions. The effect of subsidence is minor compared to climate and only gets relevant over longer time spans. The impact of the axial main river (Danube) is principally strong and fast but has no relevance for the study area. Both factors are especially relevant during long lasting warm periods.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Pleistocene Quaternary Mitterndorf Basin southern Vienna Basin active tectonic tectonic geomorphology gravity landscape evolution model sequence stratigraphy Pleistocene climate heavy minerals
Schlagwörter
(Deutsch)
Pleistozän Quartär Mitterndorfer Senke südliches Wiener Becken aktive Tektonik Gravimetrie Bouguer Schwere numerische Modellierung Sequenzstratigraphie Pleistozänes Klima Altersdatierung Rauchenwarther Platte Arbesthaler Hügelland Schwerminerale
Autor*innen
Bernhard Christoph Salcher
Haupttitel (Englisch)
Sedimentology and modelling of the Mitterndorf Basin
Publikationsjahr
2008
Umfangsangabe
106 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Frank Preusser ,
Bernhard Grasemann
AC Nummer
AC05039496
Utheses ID
2860
Studienkennzahl
UA | 091 | 431 | |