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Impact of different detachment topographies on pull-apart basin evolution
analogue modelling and computer visualization
Maria Hoprich
Art der Arbeit
Magisterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Betreuer*in
Bernhard Grasemann
DOI
10.25365/thesis.8638
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30434.27122.156169-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Wiener Becken gilt als klassisches dünnhäutiges pull-apart, in dem sich Deformation und Beckenbildung auf die obere Kruste über der geneigten Alpin-Karpatischen Basisüberschiebung beschränken. Um die Auswirkungen dieser speziellen geometrischen Rahmenbedingungen einzuschätzen, wurden 9 Experimente durchgeführt und die entstehenden Strukturen mit dem Wiener Becken verglichen. Die wesentlichen Modellparameter wurden aus einem 3D-Gocad entnommen, das von Seismik, Bohrungsdaten und geologischen Profilen kompiliert wurde. Die Experimente wurden im Maßstab 1: 100.000 mit Quarzsand durchgeführt. Den Modellen liegen eine durchschnittliche Tiefe des Abscherhorizontes von 6 km, Abstände zwischen den Seitenverschiebungen von 40 km und eine Gesamtlänge des Beckens von etwa 200 km zu Grunde. Pro Experiment wurde jeweils ein Parameter verändert: Syntektonische Sedimente; Änderung des stepover angle; Bewegung eines Störungsblocks (asymmetrisches Becken) und beider Störungsblöcke (symmetrisches Becken); Neigung des basalen Abscherhorizontes um 5°; Einbau eines 2-Rampen bzw. eines 3-Rampen-Systems am Abscherhorizont; Simulation eines duktilen Abscherhorizontes durch Anbringen einer 0,4 cm dicken PDMS-Schicht an der Basis. Die Oberfläche des Modells, die sich mit fortschreitender Verformung ändert, wurde nach jedem Inkrement fotografiert. Ebenso wurden Querschnitte durch das Modell in seinem endgültigen Zustand, im Abstand von 4 cm, digital abgelichtet und interpretiert. An allen Modellen wurde die Bildung von en-echelon angeordneten Abschiebungen beobachtet.
Die Störungen bildeten sich, ähnlich wie Riedel-Scherflächen, in einem spitzen Winkel zum Beckenrand. Im Falle des asymmetrischen Beckens entstanden sie im unbewegten Störungsblock. Wesentliche Unterschiede zwischen den Modellen waren Anzahl, Abstand und Winkel der Störungen zum Beckenrand, die Länge der Seitenverschiebungen und die Symmetrie des Beckens im Querschnitt. Ein flaches detachment erzeugte gerade Störungsquerschnitte, ein geneigtes detachment oder Rampen hingegen führten zu listrischen Abschiebungen, rollover von Hangendblöcken und Bildung von growth strata entlang der Störungsflächen. Auch Lage und Größe von depocenters, sowie das Zusammenfallen der Beckenränder mit der basalen Geschwindigkeitsdiskontinuität variierten. Ähnlich erscheint auch die Situation im natürlichen Wiener Becken, wo gerade unterhalb großer Störungen (wie z.B. dem Steinbergbruch) und den damit zusammen hängenden depocenters rampenähnliche Strukturen im basalen Abscherhorizont vorhanden sind. Im 3-Rampen-Modell war das Becken oberhalb der untersten Rampe segmentiert. Diese Struktur ist mit dem Wiener Neustädter Sub-Becken im Süden des Wiener Beckens vergleichbar, unter dem sich eine Erhebung in der Topographie der Beckenbasis befindet. Profilschnitte durch das duktile Modell zeigen eine starke Zergliederung in ein Horst-und-Graben Becken. Die dünne Silikonschicht an der Basis beeinflusste die darüber liegenden Sandschichten, sodass das Becken – anders als in den spröd deformierenden Modellen – sehr flach und seicht wurde. Aus der Vogelperspektive erschien dieses Modellbecken sehr unregelmäßig, und es fehlt die, für das Wiener Becken typische, rhombische Kontur. Die duktile Basis führte ebenfalls zu einer symmetrischen Verteilung der Deformation in beiden Störungsblöcken.
Als Schlüsselfaktoren wurden der stepover angle, der Einfluss der Gravitation bei geneigter Basis, bzw. die Aufnahme eines großen Teils der Deformation durch das Silikon identifiziert. Demnach ist zusammenzufassen, dass das Wiener Becken am besten durch eine Versuchsanordnung zu modellieren ist, die ein geneigtes detachment von komplexer Topographie, sowie zweier linkslateraler Störungen zwischen einem bewegten und einem fixen Störungsblock gerecht wird.
Abstract
(Englisch)
The Vienna Basin is considered a classical thin-skinned pull-apart with a rather peculiar basement structure. Deformation and basin evolution are believed to be limited to the upper crust above the inclined Alpine-Carpathian floor thrust. Nine experiments were accomplished to estimate the effects of this special geometry and the resulting structures were compared with the Vienna basin. The key parameters for the models were inferred from a 3D Gocad model, which was compiled from seismic, wells and geological cross sections. The experiments were scaled 1:100.000 and built of quartz sand. An average depth of 6 km was calculated for the basal detachment; distances between the bounding strike-slip faults of 40 km and an overall length of the natural basin of 200 km were estimated. The following parameters were changed through the experimental process: syntectonic sedimentation; the stepover angle between strike-slip faults; moving of one or both fault blocks; inclination of the basal detachment surface by 5°; installation of ramp systems at the detachment; simulation of a ductile detachment through a 0.4 cm thick PDMS layer at the base. The surface of the model was photographed after each deformation increment. Pictures of cross sections were taken and interpreted.
The formation of en-echelon normal faults was observed in all models. These faults were arranged in an acute angle to the basin margin. In the case of an asymmetric basin they emerged within the non-moving fault block. Substantial differences between the models were the number, the distance and the angle of these faults, the length of the bounding strike-slip faults and the cross basin symmetry. A flat detachment produced straight fault traces; inclined detachments led to listric normal faults, rollover and growth strata thickening towards the faults. The marginal faults of the basin coincided with the basal velocity discontinuity only in the brittle models. Positions and sizes of depocenters also varied, with depocenters preferably developing above ramp-flat-transitions.
The natural Vienna basin shows ramp-like structures in the detachment right underneath large faults like the Steinberg normal fault and the associated depocenters. The 3-ramp-model also reveals segmentation of the basin above the lowermost ramp. The evolving structure is comparable to the Wiener Neustadt sub-basin south of the Vienna basin, which is underlain by a topographical high. Cross sections through the ductile model show disintegration into a horst-and-graben basin. The thin silicon putty base influenced the overlying strata in a way that the basin became very flat and shallow. The top view shows an irregular basin shape and no rhombic geometry, which characterizes the Vienna basin. The ductile base also led to a symmetrical distribution of deformation on both fault blocks.
The stepover angle, the influence of gravitation in a ramp or inclined system and the strain accommodation by a viscous silicone layer can be summarized as factors controlling the characteristics of the models. Therefore in sum, the Vienna Basin is best modelled by a setup accounting for an inclined, topographically complex basal detachment and two left-lateral strike-slip faults acting between a fixed and a moving block.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
pull-apart basins analogue modelling
Schlagwörter
(Deutsch)
Pull-apart Becken Analogmodellierung
Autor*innen
Maria Hoprich
Haupttitel (Englisch)
Impact of different detachment topographies on pull-apart basin evolution
Hauptuntertitel (Englisch)
analogue modelling and computer visualization
Paralleltitel (Deutsch)
Über den Einfluss unterschiedlicher Detachment-Topografien auf die Entwicklung von Pull-Apart Becken ; Analogmodellierung und Computervisualisierung
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
79 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Bernhard Grasemann
Klassifikation
38 Geowissenschaften > 38.36 Tektonik
AC Nummer
AC08032681
Utheses ID
7793
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |