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Quantification of tectonic movement in the Vienna Basin

Monika Hölzel

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Betreuer*in

Michael Wagreich

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DOI

10.25365/thesis.6126

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-16405.74990.921322-3

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Diese kumulative Dissertation besteht aus 4 Publikationen, die in peer-reviewten wissenschaftlichen Journalen publiziert oder eingereicht wurden. Die Themen aller stehen in Beziehung mit der strukturellen Entstehungsgeschichte des Wiener Beckens. Der Fokus liegt auf der Quantifizierung von Störungsversatz, basierend auf Subsidenzanalyse. Kapitel 2 (basierend auf: Hölzel, M., Wagreich, M., Faber R., Strauss, P. (2008). Regional subsidence analysis in the Vienna Basin (Austria). Austrian Journal of Earth Sciences, 101, 88 – 98) fasst die Ergebnisse der Subsidenzanalyse mit Daten aus 50 Bohrungen des südlichen und zentralen österreichischen Anteils des Wiener Beckens zusammen. Die Subsidenzanalyse basiert auf der Dekompaktion der Sedimente zu bestimmten Zeitpunkten. Die Ergebnisse werden als Gesamt-Basement- und tektonische Subsidenz und Kurven tektonischer Subsidenzraten für die Pull-Apart Phase des Wiener Beckens dargestellt. Beim Vergleich der Form dieser Kurven ergaben sich 3 Hauptsubsidenzphasen für das frühe Badenium (~16,1 – 14,2 Ma), für das Sarmatium (~12,7 – 11,5 Ma) und im Mittelpannonium (~10,2 – 9,8 Ma). Um sicher zu stellen, dass Fehler während der Berechnungen der Grunddaten so klein wie möglich sind, wurde eine Software für die Berechnung von Subsidenz mit einer implementierten Funktion zur Quantifizierung von Fehlerbereichen entwickelt. Kapitel 3 (basierend auf: Hölzel, M., Faber, R., Wagreich, M. (2008). DeCompactionTool: Software for subsidence analysis including statistical error quantification. Computers and Geosciences, 34, 1454-1460) präsentiert das Programm im Detail. Die eingegebenen Daten bestehen unter anderen aus Faktoren wie der Mächtigkeit der sedimentären Schichten, der Lithologie, Alter der Schichten, Gesteinseigenschaften, Porosität, Paläobathymetrie, Meeresspiegelvariationen und Wärmefluss. Die Unsicherheiten dieser Faktoren sind im Resultat abhängig von einander zu betrachten und so wurde eine gleichzeitig mit der Subsidenzberechnung einhergehende Monte Carlo Simulation Routine eingebaut. In dieser wird ein Wert aus einem Intervall möglicher Eingabefaktoren einem Parameter per Zufallsabfrage zugeordnet. Ein Zufallsgenerator wählt Werte innerhalb der definierten Intervallgrenzen und rechnet Resultate für jede Kombination. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Wert vom Zufallsgenerator ausgewählt wird, richtet sich nach zu wählenden uniformen Verteilungen, einer Power Verteilung, einer symmetrischen Normalverteilung oder einer asymmetrischen Normalverteilung. Die Resultate sind Mittelwertkurven mit jeweils 2 Extremwertkurven, die den Fehlerbereich quantifizieren. Sedimentary fault backstripping ist eine neue Methode zur Quantifizierung von vertikalem Störungsversatz, um das Verhalten entlang von Störungsflächen abschätzen zu können. Kapitel 4 (basierend auf: Hölzel, M., Wagreich, M. (submitted 2009). Middle to Upper Miocene fault history analysis of the southern Vienna Basin (Austria). Marine and Petroleum Geology) beschreibt den Arbeitsablauf dieser Methode im Detail. Sie wird im südlichen Teil des Wiener Beckens angewandt und getestet. Dort existieren mächtige Abschiebungen wie der Leopoldsdorf Bruch mit einem Gesamtversatz von 4000 m, daneben aber auch komplexere Strukturen, die eine negative Flower Structure und Relay Ramps formen. Die Gemeinsamkeit aller Störungen ist ihre ehemals synsedimentäre Aktivität. Die Dicke des Sedimentstapels der Hangendschollen überragen die Mächtigkeiten auf den Liegendblöcken. Der Versatz wurde durch die gleichzeitige Sedimentation konserviert. Nachdem der strukturelle Aufbau in der Seismik kartiert und ein 3D Modell erstellt wurde, konnte die Basementsubsidenz der verschiedenen Störungsblöcke miteinander verglichen werden. Diese Resultate sind sehr inhomogen. Die einigermaßen isolierte große Störungsfläche des Leopoldsdorf Bruch zeigt Abschiebungen während der untersuchten Zeitspanne. Die komplexeren Störungen der negativen Flower Structure sind kinematisch miteinander verbunden und weisen abschiebende und aufschiebende Phasen auf. Die Daten zeigen auch wie Störungen, die in der Tiefe konvergieren, abwechselnd aktiv sind. Der erste Teil der Synthese (Kapitel 5) basiert auf einer Publikation (Hölzel, M., Decker, K., Zamolyi, A., Strauss, P., Wagreich, M. (submitted 2008): Lower Miocene structural evolution of the central Vienna Basin (Austria). Marine and Petroleum Geology), die die strukturelle Evolution des Beckens während des Unteren Miozäns in der Wedge Top Phase zum Inhalt hat. Die Arbeit ist Ergebnis von stratigraphischer und struktureller Kartierung von Seismik-Daten und 3D Visualisierung. Das Kapitel gibt einen Überblick über die Zeit vor der Pull-Apart Phase des Wiener Beckens. Der zweite Teil der Synthese fasst die Ergebnisse von Subsidenzanalyse in südlichen und zentralen und des Sedimentary Fault Backstripping im südlichen Teil des Wiener Beckens während der Pull-Apart Phase zusammen.

Abstract

(Englisch)

This cumulative Ph.D. consists of four publications published in or submitted to international peer-reviewed scientific journals. The publications are all related to the structural development of the Vienna Basin. The main focus was on the quantification of fault movement, based on subsidence analysis. Chapter 2 (based on Hölzel, M., Wagreich, M., Faber R., Strauss, P. (2008). Regional subsidence analysis in the Vienna Basin (Austria). Austrian Journal of Earth Sciences, 101, 88 – 98) summarises the results of subsidence analysis with data from 50 wells in the southern and the central area of the Austrian part of the Vienna Basin. The subsidence analysis is based on the decompaction of the sedimentary record at the time of interest, with the results displayed as total basement and tectonic subsidence curves and tectonic subsidence rates for the pull-apart phase of the Vienna Basin. Three types of subsidence curves have been distinguished, representing combinations of three main subsidence phases; in the early Badenian (~16.1 – 14.2 Ma), the Sarmatian (~12.7 – 11.5 Ma), and the middle Pannonian (~10.2 – 9.8 Ma). To be sure errors are minimised during generation of the base data, software for the calculation of subsidence data with error quantification has been established. Chapter 3 (based on Hölzel, M., Faber, R., Wagreich, M. (2008). DeCompactionTool: Software for subsidence analysis including statistical error quantification. Computers and Geosciences, 34, 1454-1460) presents the applied programme in detail. Input data consists of factors like strata thickness, lithology, age constraints, lithological properties, porosity, palaeobathymetry, sea-level changes and heat flux, amongst others. Uncertainties of these input parameters are not independent, so within the subsidence calculation a Monte Carlo Simulation routine was implemented. In this, the range of possible input values (minimum, maximum, most likely number) is assigned to each of the parameters used. A random number generator chooses values within the defined intervals and calculates results for every combination. The probability that a number is selected by the generator may follow a uniform distribution, a power distribution, a symmetric normal distribution or an asymmetric normal distribution. The results are mean values with two extreme values quantifying the error range. Sedimentary fault backstripping is a rather new method for the quantification of vertical fault displacement to assess the fault movement behaviour of fault surfaces. Chapter 4 (based on Hölzel, M., Wagreich, M. (submitted 2009). Sedimentary fault backstripping of a complex fault system – Results and limitations of a case study in the southern Vienna Basin. Marine and Petroleum Geology) describes the workflow in detail. The method has been applied to the southern Vienna Basin. Major normal faults as the Leopoldsdorf Fault with an overall offset of 4000 m are compared to more complex fault arrays forming a negative flower structure and relay ramps. All faults have in common that they were synsedimentary active. The thickness of the sediments overtops the thickness of the footwall strata. So displacement has been conserved during ongoing sedimentation. After discriminating the structural build-up by seismic data and 3D modelling, basement subsidence data from the different fault blocks are compared. Results are very inhomogeneous. The more isolated huge fault surface of the Leopoldsdorf Fault shows normal slip through time. The more complex faults of the negative flower structure are kinematically linked and display normal as well as reverse slip periods. Data indicate alternating activity on converging fault surfaces. The first part of the Synthesis (Chapter 5) is based on the publication Hölzel, M., Decker, K., Zamolyi, A., Strauss, P., Wagreich, M. (submitted 2008): Lower Miocene structural evolution of the central Vienna Basin (Austria). Marine and Petroleum Geology, which deals with the structural evolution of the basin during the Lower Miocene wedge top phase. These investigations are based on stratigraphic and structural seismic mapping and 3D visualisation. It gives an overview about the evolution of the basin prior to the pull-apart phase. The second part of the Synthesis (Chapter 6) summarises the results of subsidence analysis in the southern and central and the results of Sedimentary Fault Backstripping in the southern part during the pull-apart phase.

Autor*innen

Monika Hölzel

Haupttitel (Englisch)

Quantification of tectonic movement in the Vienna Basin

Paralleltitel (Deutsch)

Quantifizierung von Störungsaktivität im Wiener Becken

Publikationsjahr

2009

Umfangsangabe

VII, 136 S. : Ill., graph. Darst., Kt.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Erich Draganits ,

Laszlo Fodor

Klassifikationen

38 Geowissenschaften > 38.16 Stratigraphie ,

38 Geowissenschaften > 38.28 Sedimentgesteine ,

38 Geowissenschaften > 38.36 Tektonik

AC Nummer

AC07451705

Utheses ID

5504

Studienkennzahl

UA | 091 | 431 | |

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