Universität zu Köln

Sedimentpetrographie und Lithofazies der jungtertiären und quartären Sedimente im Oberrheingebiet

Hagedorn, Eva-Marie (2004) Sedimentpetrographie und Lithofazies der jungtertiären und quartären Sedimente im Oberrheingebiet. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Die quartären und jungtertiären Sedimente im Oberrheingraben wurden anhand zahlreicher Forschungsbohrungen sedimentpetrographisch untersucht. Zusätzlich erfolgte eine Lithofaziesaufnahme der Sedimentabfolgen unter Leitung des LGRB BADEN-WÜRTTEMBERG. Vereinzelt geben paläontologische und paläomagnetische Analysenbefunde Hinweise auf die zeitliche Einstufung der Sedimentabfolgen. Ergänzend wurden Sedimente von den Grabenrändern in Tagesaufschlüssen und Bohrungen petrographisch analysiert. Die aus allen Untersuchungen resultierenden Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf die Entstehung und die stratigraphische Gliederung der quartären und jungtertiären Lockergesteine des Oberrheingrabens zu. Im Bereich des südlichen Oberrheingrabens sind die pleistozänen Sedimentabfolgen lithofaziell in die Breisgau-Formation und die Neuenburg-Formation (Jüngere Schotter) zu untergliedern. Die Breisgau-Formation lässt sich anhand der Schwermineralbefunde in die Unteren und die Oberen Breisgau-Schichten unterteilen. Die pliozänen Sedimente der Iffezheim-Formation sind als Lokalschüttungen von den Grabenrändern ohne alpinen Zufluss eindeutig durch ihr Schwermineralspektrum von den alpin geprägten Sedimentschüttungen unterscheidbar, die seit dem obersten Pliozän in den Oberrheingraben gelangen. In Bohrprofilen aus dem Südgraben lässt sich die Iffezheim-Formation in einen oberen Abschnitt mit überwiegend stabilen Schwermineralen (Zirkon, Turmalin, Anatas) und einen unteren Abschnitt, der zusätzlich einen höheren Anteil an instabilen Schwermineralen (Granat, Hornblende und Epidot) beinhaltet, unterscheiden. In Bohrabfolgen aus dem nördlichen Oberrheingraben treten dagegen pliozäne Sedimente mit einem gemischten Schwermineralspektrum auf (instabile und stabile Schwerminerale), das mit dem des unteren Abschnitts der Iffezheim-Formation vergleichbar ist. Das Schwermineralspektrum der pliozänen Ablagerungen lässt sich durch Sedimentschüttungen aus Schwarzwald und Vogesen in den Graben und deren Weitertransport nach Norden durch einen pliozänen Ur-Rhein erklären. Petrographische Vergleichsanalysen aus rezenten fluviatilen Schüttungen der Randgebirge bestätigen die Ähnlichkeiten der Mineralzusammensetzungen. In anderen Bohrungen und Aufschlüssen am Grabenrand sind die pliozänen Sedimente dagegen durch stabile Schwerminerale geprägt, was auf einen Sedimenteintrag aus Buntsandstein-Gebieten oder einen höheren Verwitterungsgrad des Materials (�Weisses Pliozän�) schließen lässt. Bedingt durch die Struktur des Oberrheingrabens mit den großen Quartärmächtigkeiten vor allem in Süd- und Nordgraben und der dazwischen liegenden Karlsruher Schwelle ist die Korrelation zwischen Süd- und Nordgraben problematisch. Zudem standen bisher nur wenige ausreichend tiefe Bohrungen im Nordgraben zur Verfügung, die die quartären und pliozänen Abfolgen durchteuften, und somit ausreichende Vergleichsmöglichkeiten der Sedimentabfolgen aus dem Süd- und dem Nordgraben boten. Durch die zunehmende Sortierung des Materials und Vermischung mit Schüttungen von den Grabenrändern verändert sich der lithofazielle Charakter der Grabensedimente in Richtung Norden. Daher kann die für den südlichen Oberrheingraben neu definierte Lockergesteinsgliederung bislang nicht auf die Sedimentabfolgen im mittleren und nördlichen Oberrheingraben übertragen werden. Hier wird vorerst an der klassischen Einteilung in Kieslager und trennende Zwischenhorizonte festgehalten, deren bisherige zeitliche Einstufung jedoch durch neuere Datierungen angepasst wurde. Die Untersuchungsergebnisse für den nördlichen Oberrheingraben haben ergeben, dass der Rhein bis auf einen kurzen Zeitabschnitt zu Beginn des Quartärs und zum Ende der letzten Eiszeit nicht am westlichen Grabenrand geflossen ist. Hier treten bis zu 70 m mächtige Sedimente auf, deren stabiles Schwermineralspektrum auf eine Herkunft aus den Buntsandstein-Gebieten des Pfälzerwaldes schließen lässt. Durch unterlagernde alpine Rheinablagerungen sowie durch ihren Polleninhalt sind diese Lokalschüttungen in das Quartär einzuordnen. Ein Einfluss des Rheins kann für diesen Ablagerungszeitraum petrographisch ausgeschlossen werden. Im östlichen Bereich der Grabenscholle belegen die alpin geprägten Schwermineralspektren der quartären Sedimente einen dauerhaften Einfluss des Rheins. Die Ursachen für den wechselnden Verlauf des Rheins sind in einer tektonischen und klimatischen Steuerung zu vermuten. Durch die starke Absenkung am Ostrand des Grabens (�Heidelberger Loch�) ist ein zeitweilig dieser Einsenkung folgender Rheinverlauf denkbar. In einigen Bohrprofilen aus dem Nordgraben zeichnet sich in den obersten Metern im Schwermineralinhalt ein deutliches Nachlassen des alpinen Einflusses zugunsten von Lokal-schüttungen ab. Dies könnte auf eine Unterbrechung des fluviatilen Sedimenttransports aus den Alpen durch das Bodenseebecken während des Holozäns zurückzuführen sein.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    In this study, Quaternary and Upper Tertiary sediments from the Upper Rhine Graben were petrographically analysed in numerous core drillings. In addition, the sedimentary lithofacies were investigated under direction of the LGRB BADEN-WÜRTTEMBERG. The chronological classification of the sedimentary successions was established by the interpretation of sporadic palaeontological and palaeomagnetical data. Furthermore, sediments of the Graben margins were examined in outcrop and drill core. Results from these investigations allow interpretations with respect to the development and the stratigraphic organisation of the Quaternary and Upper Tertiary sediments of the Upper Rhine Graben. In the southern part of the Upper Rhine Graben, the Pleistocene sediment successions can be subdivided into the Breisgau-Formation and the Neuenburg-Formation (Jüngere Schotter). On the basis of the performed heavy mineral data, the Breisgau-Formation can de divided into Untere and Obere Breisgau-Schichten. The Neuenburg-Formation (Jüngere Schotter) cannot be distinguished from the Obere Breisgau-Schichten by heavy mineral analysis. The Upper Tertiary sediments (Iffezheim-Formation) derived from the Graben margins without alpine supply can be clearly differentiated by their heavy mineral assemblage from the alpine dominated sediments, which were accumulated in the Upper Rhine Graben since the uppermost Pliocene. In drill cores from the South Graben the succession of the Iffezheim-Formation can be divided into an upper section with mainly stable minerals (zircon, turmaline, anatase), and a lower section characterised by a higher percentage of unstable minerals (garnet, hornblende and epidote). In contrast, in drill cores of the North Graben only Pliocene sediments with a mixed heavy mineral assemblage were identified. These are similar to those found in the lower section of the Iffezheim-Formation in the South Graben. The heavy mineral assemblages of the Pliocene deposits result from the contribution of sediments derived from the Black Forest and the Vosges into the Graben, which were further transported to the north by a Pliocene proto-Rhine. Petrographical analyses of recent fluvial accumulations from the graben margins support the similarities of the mineral composition. In other drill cores and outcrops at the Graben margin the Pliocene sediments are characterised by predominantly stable minerals. This suggests a sediment origin from Buntsandstein areas at the Graben margins or a higher degree of weathering of the source material ("Weisses Pliozän"). Along the Upper Rhine Graben, the greatest thicknesses of Quaternary sediments occur in the southern and northern part of the Graben. Both areas are separated by the intervening threshold of Karlsruhe. Due to this internal structure of the Upper Rhine Graben the correlation between the Quaternary successions of the South and the North Graben is problematic. Additionally, only few sufficiently deep drillings in the northern Graben were available, which traversed the entire Quaternary and Pliocene sediments thus offering the potential of comparing the sedimentary successions from the southern and the northern Graben. The character of the Graben sediments changes towards the north as a result of the increasing sorting of the sediments and the mixture with material from the margins of the Graben. Therefore, the newly defined stratigraphic scheme for sediments of the South Graben cannot be applied to the sediment successions of the middle and northern Upper Rhine Graben so far. In these areas, this study adheres to the established distinction between gravel-layers (�Kieslager�) and intercalated fine-grained horizons (�Zwischenhorizonte�), whose chronological classification has been revised on the basis of more recent age contraints. The analytical results obtained for the northern Upper Rhine Graben show that the Pleistocene Rhine did not flow along the western margin of the Graben, with the exception of a short period of time at the beginning of the Quaternary and the end of the last ice age. Here sediments up to 70 m thickness and a stable heavy mineral assemblage occur, which were probably derived from the Buntsandstein areas of the Pfälzerwald. These local sediments are of Quaternary age as indicated by underlying alpine Rhine deposits as well as by their pollen contents. Petrographical analyses preclude an influence from the Rhine during this period of deposition. In the eastern section of the Graben, the alpine-dominated heavy mineral assemblage of the Quaternary sediments provides evidence for a prolonged influence of the Rhine. As reasons for the changing course of the Rhine tectonic and climatic control factors can be assumed. As a result of the great subsidence near the eastern margin of the Graben ("Heidelberger Loch"), the Rhine may have occasionally followed this depression.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Hagedorn, Eva-Marieeva.hagedorn@gmx.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-12530
    Subjects: Earth sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Schwermineralanalyse , Sedimentpetrographie , Oberrhein , LithofaziesGerman
    heavy mineral analysis , Upper Rhine Graben , lithofaciesEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Geologisches Institut
    Language: German
    Date: 2004
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 30 June 2004
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 20 Sep 2004 12:27:37
    Referee
    NameAcademic Title
    Boenigk, WolfgangProf.Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1253

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