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Quantification of fold growth (Permam-, Bana Bawi- and Safeen Anticlines, NE Iraq)

Bernhard Bretis,

Nikolaus Bartl

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Betreuer*in

Bernhard Grasemann

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DOI

10.25365/thesis.8879

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30254.84960.655869-2

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Das Zagros Gebirge erstreckt sich über 1800 km von Kurdistan im Nordirak bis zur Straße von Hormuz im Iran und ist eine der vielverprechendsten Regionen für zukünftige Kohlenwasserstoffexploration. Das Zagros Orogen resultiert aus der Kollision der eurasischen mit der arabischen Platte, deren Konvergenz in der Oberkreide als ein Teil der Alpidischen Orogenese begann. Geodätische und seismologische Daten dokumentieren eine rezente Konvergenz der beiden Platten und ein anhaltendes Wachstum des Falten- und Überschiebungsgürtels des Zagros. Neue, GPS - basierte kinematische Modelle gehen von einer Nord-Süd-Verkürzung von 1.5 – 2.5 cm/a zwischen der eurasischen und der arabischen Platte aus. Die Kohlenwasserstoffexploration konzentriert sich hauptsächlich auf die Antiformen dieses Falten und Überschiebungsgürtels, wobei die Wachstumsgeschichte der Falten von übergeordneter Bedeutung ist. Der Falten- und Überschiebungsgürtel des Zagros ist von großem wirtschaftlichen Interesse, da diese Region 15% der weltweit förderbaren Kohlenwasserstoffreserveren beherbergt. Während der südöstliche Abschnitt des Zagros durch diverse geologische Untersuchungen bereits intensiv bearbeitet wurde, erfuhr der nordöstliche, irakische Teil viel weniger Aufmerksamkeit. In dieser Masterarbeit verbinden wir Geländearbeit mit Fernerkundungstechniken um das Zusammenspiel von Erosion und Faltenwachstum in der Region nordöstlich von Erbil (Kurdistan, Irak) zu untersuchen. Dieser Abschnitt des Zagros ist Teil des sogenannten „simply folded belt“, in dem Störungen und störungsgebundene Falten nur untergeordnet von Bedeutung sind. Die Kompetenzkontraste zwischen relativ kompetenten (massiver Dolomit und Kalk) und inkompetenten Sedimenten (Silt unnd Tonstein) kontrollieren die Deformationsmechanismen mit einer hohen bis mittleren Faltungswellenlänge der kompetenten Schichten und „flexural flow folding“ der inkompetenten Schichten. Der Fokus liegt auf der Interaktion zwischen Geomorphologie und Tektonik, die die Kinematik und das fortschreitende Wachstum der Falten reflektiert. Zur Quantifizierung von 250 Entwässerungsgebieten entlang der Permam, Bana Bawi- und Safeen- Antiklinalen wurde ein digitales Höhenmodell (ASTER) in Kombination mit den im Feld gewonnenen Daten herangezogen. Vier verschiedene geomorpholgische Indizes (Spacing Ratio, Elongation Ratio, Circularity Index und Shape Factor) wurden entlang der Forelimbs und der Backlimbs der Antiklinalen berechnet und führen zu der Annahme einer niedrigen Maturität und einer immer noch hohen Wachstumsrate der Falten. Auf diesen Falten wurden ehemalige und rezente Flussläufe kartiert, die zuerst in die Nase der wachsenden Falten einschnitten und später von den wachsenden Antiformen abgelenkt wurden, was zur daraus resultiernden Enstehung von Wind Gaps führte. Diese Wind Gaps stellen den wohl besten Hinweis für laterale Faltenwachstumsrichtungen dar und werden daher intensiv in dieser Arbeit analysiert. In verschiedene Richtungen wachsende Faltensegmente führen zu einer Ablenkung beziehungsweise in weiterer Folge zu einem Zusammenmünden von Flüssen und zur Entstehung von steilen Schluchten zwischen den zusammenwachsenden Falten. Enlang von sehr schnell wachsenden Falten (z.B. am südöstlichen Ende der Bana Bawi Antiklinale), wurde ein neues geomorpholgisches Kriterium – „Curved Wind Gaps“ –definiert. Bei diesem neuen Typus von abgelenkten Flussläufen zeichnet die Form des Wind Gaps die Form der Faltennase nach. Diese „Curved Wind Gaps“ haben in weiterer Folge einen großen Einfluss auf das neu entstehende Entwässerungsnetz. Dieses neue Modell ist bei der Erkennung von embrionischen Faltensegmenten von subzylindrischen Falten, die ansonsten schwer identifizierbar sind, hilfreich. Diese geomorphologischen Beobachtungen führen zu der wichtigen Erkenntnis, dass die subzylindrischen Falten aus mehreren nicht- zylindrischen embrionischen Falten, die sich während des Wachstums vereinten, zusammengesetzt sind.

Abstract

(Englisch)

The Zagros Mountains extend over 1800 km from Kurdistan in N-Iraq to the Strait of Hormuz in Iran and is one of the world most promising regions for the future hydrocarbon exploration. The orogen started to form as a result of the collision between the Eurasian and Arabian Plates, whose convergence began in the Late Cretaceous as part of the Alpine–Himalayan orogenic system. Geodetic and seismological data document that both plates are still converging and that the fold and thrust belt of the Zagros is actively growing. Recent kinematic models based on GPS networks suggest a north-south shortening between Arabian and Eurasian in the order of 1.5-2.5 cm/yr. Extensive hydrocarbon exploration mainly focuses on the antiforms of this fold and thrust belt and therefore the growth history of the folds is of great importance. The Zagros fold and thrust belt is of great economic interest because it has been estimated that this area contains about 15% of the global recoverable hydrocarbons. Whereas the SE parts of the Zagros have been investigated by detailed geological studies, the NW extent being part of the Republic of Iraq have experienced considerably less attention. In this master thesis we combine field work and remote sensing techniques in order to investigate the interaction of erosion and fold growth in the area NE of Erbil (Kurdistan, Iraq). This part of the Zagros fold and thrust belt belongs to the so-called Simply Folded Belt, where faults or fault related folds have only minor importance. The mechanical anisotropy of the formations consisting of a succession of relatively competent (massive dolomite and limestone) and incompetent (claystone and siltstone) sediments essentially controls the deformation pattern with open to gentle parallel folding of the competent layers and flexural flow folding of the incompetent layers. In particular we focus on the interaction of the transient development of drainage patterns along growing antiforms, which directly reflects the kinematics of progressive fold growth. Using an ASTER digital elevation model in combination with geological field data we quantified 250 drainage basins along the different limbs of the subcylindrical Permam, Bana Bawi- and Safeen- Anticlines. Geomorphological indices of the drainage basins (spacing and elongation ratio, circularity index and shape factor) of different parts in the fore and back-limb of the anticlines demonstrate that the basins have a low maturity and that fold growth is still highly active. These folds have been detected by mapping ancient and modern river courses that initially cut the nose of growing folds and eventually got defeated leaving behind a wind gap. Wind gaps are probably the best indicator for lateral fold growth directions, and are therefore used extensively in this thesis. Fold segments, propagating in different directions force rivers to join resulting in steep gorges, which dissect the merging fold noses. Along rapidly lateral growing folds (e.g. at the SE end of the Bana Bawi Anticline) we observed “curved wind gaps”, a new type of abandoned river course, where the form of the wind gap mimics a formed nose of a growing antiform. The inherited curved segments of uplifted curved river courses strongly influence the development of the drainage system. This new model helps to detect embryonic fold segments of subcylindrical folds, which are otherwise difficult to identify. Most importantly, the results of these geomorphological investigations clearly demonstrate that the subcylindrical folds have developed from several non-cylindrical embryonic folds, which have merged during progressive fold growth.

Autor*innen

Bernhard Bretis ,

Nikolaus Bartl

Haupttitel (Englisch)

Quantification of fold growth (Permam-, Bana Bawi- and Safeen Anticlines, NE Iraq)

Paralleltitel (Deutsch)

Quantifizierung von Faltenwachstum (Permam-, Bana Bawi- und Safeen Antiklinalen, NO Irak)

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

80 S. : Ill., graph. Darst., Kt.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Bernhard Grasemann

Klassifikationen

38 Geowissenschaften > 38.36 Tektonik ,

38 Geowissenschaften > 38.45 Geomorphologie

AC Nummer

AC08056271

Utheses ID

8003

Studienkennzahl

UA | 066 | 815 | |

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Schlagwörter