Controls on depositional processes on the Australian Northwest Shelf: the Oligocene to recent carbonate succession analyzed on 2D/3D seismic reflection and borehole data

Belde, Johannes; Back, Stefan (Thesis advisor); Hoffmann, Gösta (Thesis advisor); Sindern, Sven (Thesis advisor)

Aachen (2017)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen, 2017

Kurzfassung

Die drei dieser Dissertation zugrunde liegenden Studien widmen sich den Ablagerungsprozessen auf dem australischen Nordwestschelf, einer dem Indischen Ozean zugewandten tropischen Karbonatrampe. Die Hauptarbeitsgebiete sind das Browse- und das nördliche Carnarvon Becken. Der Kern jeder dieser Studien besteht dabei aus der Interpretation von 2D/3D reflektionsseismischen Datensätzen in Kombination mit Bohrlochdaten. Eine Datenbank aus insgesamt 47.577 km 2D und 15.400 km² 3D Reflektionsseismik, ergänzt durch Daten von über 50 industriellen Bohrungen, stand hierfür zur Verfügung. Die erarbeiteten Interpretationen werden anschließend im Kontext von regionalen sedimentologischen und ozeanographischen Daten diskutiert, um die lokalen Ablagerungsprozesse und deren Entwicklung zu analysieren.Im Untergrund des Browse Beckens sind zahlreiche Oligozäne bis subrezente Karbonatplattformen erhalten. Die Kombination mehrer, durch Bohrlochdaten kalibrierter 2D und 3D reflektionsseismischen Datensätze ermöglicht neue Einblicke in die laterale Ausdehnung und Morphologie der aufeinander folgenden Plattformen und Riffsequenzen, sowie deren interner Architektur und, wo erbohrt, deren Lithologie und Alter. Die ältesten abgebildeten Karbonatplattformen stammen aus dem Oligozän (34,03 – 27,8 Ma) und können entweder als Barriereriff-Systeme oder, alternativ, auch als ausgedehnte Bryozoen-Bioherme interpretiert werden. Keine weiteren Riffsysteme lassen sich erkennen, bis im Burdigalium ein kontinuierliches tropisches Riffwachstum in der Region einsetzte. Die verschiedenen riffumsäumten Karbonatplattformen verbanden sich zunehmend und formten ein kontinuierliches Barriereriff, während der Schelfrand sich weiter nordwestlich verlagerte. Zwischen dem mittleren Langhium und frühen Tortonium erstreckte sich im Browse Becken ein Barriereriff, welches sich innerhalb der verfügbaren Daten über 500 km verfolgen lässt und sich höchstwahrscheinlich weiter südwestlich im Roebuck- und nördlichen Carnarvon Becken fortsetzt. Nach dem frühen Tortonium lässt sich im Süden des Arbeitsgebiets beobachten, wie sich oberhalb und landwärts des Barriereriffs kleinere, unzusammenhängende riffumsäumte Karbonatplattformen bildeten, wohingegen im Norden das Riffwachstum sich unverändert weiter seewärts verschob. Die meisten der beobachteten Karbonatplattformen scheinen um die Miozän-Pliozän Grenze ertrunken zu sein.Die Entwicklung relativ stationärer, mächtiger aggradierender Karbonatplattformen im nördlichen Browse Becken wird als Reaktion auf hohe Subsidenzraten interpretiert, die vergleichsweise dünneren Karbonatplattformen im südlichen Browse Becken entsprechend als Reaktion auf geringere Subsidenzraten. Eustatische Meeresspiegelschwankungen hatten hier einen größeren Einfluss, wodurch die häufiger notwendige Migration die Entwicklung kleinerer und dünnerer Karbonatplattformen erzwang. Die tropischen riffumsäumten Karbonatplattformen des späten Burdigalium bis frühen Tortonium weisen trotz diesen Unterschieden in lateraler Verteilung und Architektur dennoch große Ähnlichkeiten entlang der im Datensatz abgebildeten 500 km auf. Das in der Studie beobachtete Ende des Riffwachstums um 6 Ma fällt mit dem Einsetzen von Drift-Sedimentation zusammen, möglicherweise als Konsequenz sich wandelnder ozeanischer Bedingungen, ausgelöst durch die tektonische Schließung der Verbindung zwischen dem Pazifischen und Indischen Ozean während der Kollision von Nordaustralien mit dem Bandabogen.Um die Auswirkungen des lokalen Strömungsregimes auf das Ablagerungsmilieu weiter zu untersuchen, wurde die 3D Geometrie von sedimentären Strukturen auf dem modernen Meeresboden sowie im oberflächennahen Untergrund des nördlichen Browse Beckens anhand eines umfassenden (<12.500 km²) industriellen 3D reflektionsseismischen Datensatzes analysiert. Seismisch-morphologische Großstrukturen auf dem modernen Meeresboden sind Terrassen, durch Störungen verursachte Geländestufen, in den Schelfrand eingeschnittene Rinnen sowie Regionen, die durch unregelmäßige Topographie, als Folge von Massenbewegungen gekennzeichnet sind. In Wassertiefen unterhalb von 250 m liegen großflächige Sedimentwellenfelder mit Scheitelhöhen von bis zu 10 m zumeist am Fuß der Terrassen, entlang der durch Störungen verursachten Geländestufen und entlang des Schelfrandes. Plane Flächen des äußeren Schelfs sind hingegen oft von NW-SO ausgerichteten Furchen und Kämmen gezeichnet. Beide Arten von Sedimentstrukturen benötigen zur Entstehung Fließgeschwindigkeiten von ungefähr 0,3 bis 1,5 m/s, die durch Meeresströmungen, Dichteströme oder interne Wellen erzeugt werden könnten. Innerhalb des Arbeitsgebiets erscheinen interne Wellen als wahrscheinlichste Ursache für bodennahe Strömungen dieser Größenordnung, eine Interpretation, die aus ozeanischen Hintergrunddaten und Modellen abgeleitet wurde. Neben der Dokumentation von 3D seismisch-morphologischen Strukturen auf dem modernen Meersboden wurden vergleichbare Strukturen auch in Tiefen von bis zu 500 ms two-way-time darunter beobachtet, was gleichzeitig die Möglichkeit zur Erhaltung solcher Strukturen im Untergrund sowie ein vergleichsweise konstantes lokales Strömungsmilieu andeutet.Um die Untersuchung der Auswirkungen des lokalen Strömungsregimes auf das Ablagerungsmilieu - vor allem in Hinsicht auf interne Wellen - fortzusetzen, wurden auch sedimentäre Großstrukturen auf dem modernen Meeresboden des nördlichen Carnarvon Beckens analysiert. Dieses Arbeitsgebiet erstreckt sich über 49.717 km² und ist durch umfassende geophysikalische (Seismik & Bohrungen), sedimentäre sowie ozeanographische Daten erfasst. In Tiefen von 55-130 m, in denen bodennahe Strömungen durch internen Wellen, Gezeiten und Stürme erzeugt werden können, liegen in diesem Arbeitsgebiet zwei Sedimentwellenfelder. Das erste Feld liegt in einem vergleichsweise schmalen Bereich des Schelfs, nordwestlich der Montebello-Inseln, wo es höchstwahrscheinlich aufgrund von durch die Inseln abgelenkten Gezeiten zu stärkeren bodennahen Strömungen kommt. Das zweite Feld liegt in einer flachen Vertiefung des Meeresbodens die schlecht sortierte Sedimente enthält und sich nördlich der Serruier und Bessieres Inseln befindet. Die dort beobachteten Sedimentwellen können entweder aus gröberem Sediment bestehen, geformt unter dem Einfluss eines Zyklons, oder alternativ aus feinerem Sediment innerhalb der Vertiefung, die hier eingebracht würden durch weniger energetische, entlang des Schelfs orientierte Strömungen. Die lokalen Karbonatpartikel setzen sich zum teil aus Ooiden und Peloiden zusammen, welche sich höchstwahrscheinlich während den Anfängen des post-glazialen Meeresspiegelanstiegs in flachem Wasser bildeten. Heute stehen diese reliktisch vorhandenen Partikel nicht mehr im Einklang mit dem Ablagerungsmilieu und somit auch nicht mit den Sedimentstrukturen, deren Bestandteil sie sind. Diese Möglichkeit, dass Sedimentstrukturen und ihre Bestandteile nicht im Gleichgewicht zueinander stehen, sollte bei der Interpretation von Paläo-Ablagerungsmilieus in fossilen Beispielen von Karbonatrampen in vergleichbar hochenergetischen Strömungssystemen immer Beachtung finden.

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