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GIS-Gestützte Beckenanalyse Am Beispiel Des Französischen Juragebirges

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GIS-Gestützte Beckenanalyse Am Beispiel Des Französischen Juragebirges GIS-gestützte Beckenanalyse am Beispiel des Französischen Juragebirges Christian Strobl 2007 1. Gutachter: Prof. Dr. Bernd Lammerer 2. Gutachter: Prof. Dr. Wladyslaw Altermann Tag der mündlichen Prüfung: 22.02.2007 GIS-gestützte Beckenanalyse am Beispiel des Französischen Juragebirges Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Naturwissenschaften an der Fakultät für Geowissenschaften der Ludwigs-Maximilians-Universität München vorgelegt von Christian Strobl München 2007 Scau ma moi. (Franz Beckenbauer, an der wende zum dritten iahrtausend) Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand am Departement für Geo- und Umweltwissenschaften der Lud- wigs-Maximilians-Universität München auf Anregung von Prof. Bernd Lammerer, dem ich an die- ser Stelle für die wissenschaftliche Unterstützung, die unkomplizierte Zusammenarbeit und die freundschaftliche Hilfe in vielfacher Hinsicht herzlichst danken möchte. Darüber hinaus gilt mein Dank allen, die mir bei Fertigstellung dieser Arbeit geholfen haben. Insbe- sondere möchte ich mich bedanken bei: Der Studienstiftung des Deutschen Volkes für die finanzielle Unterstützung dieser Arbeit. Der Firma Petroconsultants SA in Genf für die Bereitstellung der GEOREX-Microfiches und den Daten aus der hauseigenen Bohrlochdatenbank. Der Familie Drevermann für die freundliche Aufnahme bei unseren Genfer Aufenthalten. Der DHYCA (Direction des Hydrocarbures) in Paris für die Bereitstellung der Bohrproben. Der BGR (Bundesanstalt für Geologie und Rohstoffe), insbesondere K. Kuckelkorn, J. Koch und H. Wehner, für die Hilfe bei der Durchführung der geochemischen Untersuchungen. Prof. Valerian Bachtadse für die Rekonstruktion der paläogeographischen Breitenlagen. Beate Sommer und Heide Felske für jahrelange literarische und kartographische Hilfe. Des weiteren bei meinen Freunden und Kollegen, v.a. Oliver Krieger, Martin Drevermann und Pe- ter Blume, die unterschiedlich lange das gleiche Schicksal mit mir ertrugen. Brigitte Thümmler un- ter anderem für die digitale Erfassung der Bohrlochdaten und Gabi Magel unter anderem für die Hilfe bei geochemischen Fragestellungen. Kai Zoßeder, der mir sowohl bei der Probenaufbereitung als auch als Modellierungsexperte wertvollen Beistand leistete. Ute Mayer, die mich ermunterte die Arbeit wieder aufzunehmen, und Stekki Grundner, die mir als Sicherheit schon eine Doktorurkun- de, natürlich geweiht, aus Bolivien mitbrachte. Der Familie Weber-Jobe, Liesi, Gotti, Natalia und Marlene, für die Aufnahme im Weichter Refugium, wo beträchtliche Teile der textuellen Endfas- sung entstanden, auch noch nachdem ich öfters zum Essen gerufen worden war. Meinen Eltern, insbesondere meiner Mutter, ohne die ich gar nicht soweit gekommen wäre, eine Promotion überhaupt zu beginnen. Meiner geliebten Birgit, für ihr Verständnis und ihre Hilfe beim Schlussspurt, der sich dann doch noch zu einem Halbmarathon auswuchs. (i) Zusammenfassung Das Untersuchungsgebiet liegt an der französisch-schweizerischen Grenze. Es erstreckt sich in Nord-Süd-Richtung von 45°45'N nach 47°30'N und in Ost-West-Richtung von 5°30'E nach 7°00'E. Dabei umfasst es das Französische Juragebirge sowie Teile der angrenzenden Molas- se, der Subalpinen Ketten sowie der Französischen Voralpen. Grundlage für die Beckenanalyse war die detaillierte Auswertung von 89 Erdöltiefbohrungen und die geochemische Untersuchungen von Bohrlochproben potentieller Erdölmuttergesteine. Die Ergebnisse aus den Bohrlochprotokollen und den geochemischen Untersuchungen wur- den in eine Bohrlochdatenbank aufgenommen. Zusätzlich wurden Literaturdaten zur geologi- schen Geschichte, paläogeographische Karten, Wärmeflusskarten und Bohrlochmessungen verwendet. Die Organisation dieser sehr vielfältigen und heterogenen Datenbasis erfolgte in einem paläogeographischen Informationssystem. Erst die Verwendung dieses PaläoGIS er- möglichte die detaillierte und über das gesamte Untersuchungsgebiet einheitliche Rekonstruk- tion der geologischen Ereignisse, die die Grundlage für die Modellierung der Subsidenz und der thermischen Geschichte bildete. Das PaläoGIS enthält somit alle Daten des konzeptionel- len Modells für die Durchführung der Beckenanalyse. In einem weiteren Schritt wurden Bohrlochkorrelationen (chronostratigraphische und litho- fazielle Profile) erstellt. Diese vermitteln ein Bild der für die vorliegende Arbeit relevanten Gesteinseinheiten zur Zeit der Ablagerung und heute. Im Anschluss daran erfolgte eine Rekonstruktion der Subsidenzgeschichte. Das konzeptionel- le Modell für die Subsidenzanalyse setzt sich in erster Linie aus der Lithostratigraphie und der Chronostratigraphie der zu untersuchenden Einheiten zusammen. Da die Auswertung der Bohrlochprotokolle zum großen Teil nur lithostratigraphische Informationen ergab, mussten in einem zweiten Schritt diese lokalen lithostratigraphischen Einheiten in ein global gültiges, chronostratigraphisches Zeitgerüst eingeordnet werden. Daneben bilden eustatische Meeres- spiegelschwankungen, paläobathymetrische Daten sowie Dichte und Porosität der beteiligten Gesteine wichtige Bestandteile des konzeptionellen Modells. Wichtigstes Ergebnis der Subsi- denzanalyse sind die Subsidenzkurven, die den rein tektonischen Anteil der Subsidenz dar- stellen. Dieser tektonische Anteil der Subsidenz wird durch Korrektur der Gesamtsubsidenz um den Einfluss der sedimentären Subsidenz gewonnen, wobei Kompaktion, eustatischen Meeresspiegelschwankungen und Paläobathymetrie berücksichtigt werden (Backstripping- Verfahren). Diese Subsidenzkurven stellen wiederum den wichtigsten Eingangsparameter für die Model- lierung der thermischen Geschichte dar. Weitere wichtige Parameter für die numerische Mo- dellierung der thermischen Geschichte sind der Wärmefluss an der Erdoberfläche und an der Basis der Lithosphäre, Paläo-Oberflächentemperaturen sowie Wärmeleitfähigkeit und spezi- (iii) Zusammenfassung fische Wärmekapazität der beteiligten geologischen Einheiten. Ergebnis der thermischen Mo- dellierung ist u.a. die Maturität bestimmter Zielhorizonte. Die Kalibrierung des thermischen Modells erfolgt indirekt über im Labor ermittelte, geochemische Maturitätsparameter (Werte der Vitrinit-Reflexion, Tmax-Parameter). Porosität und Permeabilität, die wichtigsten Eigenschaften eines Speichergesteins, wurden für den Horizont des Buntsandsteins aus geophysikalischen Bohrlochmessungen berechnet. Die Permeabilität wurde hierbei mit Hilfe des Tongehalts abgeschätzt. Die flächenhafte Interpolation der zunächst punktuell vorliegenden Ergebnisse aus Geoche- mie, Subsidenzanalyse und thermischer Modellierung erfolgte mit Hilfe geostatistischer Ver- fahren (Variogramm-Analyse, Kriging, Kreuzvalidierung). Auf Basis all dieser oben aufgeführten Untersuchungsergebnisse wurde ein Modell für die Genese von Kohlenwasserstoffen im Arbeitsgebiet erstellt. Neben reifen Muttergesteinen (Permokarbon), einem wirtschaftlichen Speichergestein (Buntsandstein) und vorhandenem Deckgestein (Muschelkalk) existieren auch Fallenstrukturen (permokarbonischer Blockschol- lenbau, synsedimentäre Abschiebungen der Trias und des Lias), deren Bildung dem Beginn der Migration vorausgeht. Somit sind alle theoretischen Voraussetzungen für die Existenz von Kohlenwasserstofflagerstätten gegeben. Offen bleibt die Frage, wo permokarbonische Mut- tergesteine von genügender Mächtigkeit tatsächlich abgelagert wurden sowie die genaue Lage der Fallenstrukturen. Dies bleibt als Aufgabe für weitere Explorationstätigkeiten, die am aus- sichtsreichsten in den Gebieten erscheinen, in denen permische Gräben lokalisiert sind. (iv) Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung................................................................................................................................ 1 1.1 Ziel der Arbeit ................................................................................................................. 1 1.2 Datengrundlage ............................................................................................................... 3 1.3 Geographische Lage des Arbeitsgebietes ......................................................................... 3 1.4 Stand der Forschung ........................................................................................................ 4 1.5 Anmerkungen.................................................................................................................. 5 2 Theorie der Beckenanalyse...................................................................................................... 7 2.1 Gliederung von Sedimentbecken...................................................................................... 7 2.2 Prozess der Beckenanalyse .............................................................................................. 7 2.3 Subsidenzgeschichte...................................................................................................... 10 2.4 Thermische Geschichte.................................................................................................. 15 2.5 Zusammenfassung ......................................................................................................... 18 3 Geologischer Rahmen ........................................................................................................... 21 3.1 Geologische Geschichte und Stratigraphie ..................................................................... 21 3.1.1 Geologische Entwicklung des Französischen Juragebirges ..................................... 21 3.1.2 Geologische Entwicklung der Molasse und der Subalpinen
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