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Möglichkeiten zur Abschätzung des Wärmeflusses in Sedimentbecken mit Hilfe der CAI-Methode

Hans-Jürgen Gawlick

Institut für Geowissenschaften, Montanuniversität Leoben

Am Beispiel des invertierten, früh-oberjurassischen Lammer-Beckens in den Nördlichen Kalkalpen mit einer Füllung aus triassischen Karbonaten in früh-oberjurassischen Matrixsedimenten (Mergel, Kieselschiefer, Radiolarite) wird mit Hilfe der Conodont Colour Alteration Index (CAI)-Methode die Möglichkeit aufgezeigt, Bereiche der thermischen Beeinflussung zu kartieren und in die Tiefe zu extrapolieren. Obwohl die sehr heterogen zusammengesetzte, früh-oberjurassische karbonat-klastische Beckenfüllung im Bereich der Lammerzone im Zuge der jüngeren Ostalpengeschichte mehrphasig deformiert wurde, können die Bereiche gleicher Temperaturüberprägung über Störungen und Lithofaziesgrenzen hinweg verfolgt werden. Es ist möglich, die Zunahme der diagenetischen Überprägung vom Hangenden der Beckenfüllung ins Liegende anhand von CAI-Werten kontinuierlich zu verfolgen und über die Mächtigkeit der Beckenfüllung den zur Zeit der thermischen Überprägung herrschenden geothermischen Gradienten größenordnungsmäßig abzuschätzen.

Aus dem Bereich der westlichen Lammerzone liegen CAI-Werte flächendeckend aus allen im frühen Ober-Jura mobilisierten und umgelagerten Faziesbereichen des triassischen/liassischen Passiven Kontinentalrandes der Nördlichen Kalkalpen vor. Die einzelnen CAI-Werte zeigen dabei einen generellen Trend einer diagenetischen Überprägung von Süden nach Norden, d. h. vom Liegenden zum Hangenden der Beckenfüllung an. Die an der Basis und heute am weitesten im Süden der maximal 2000 m mächtigen Beckenfüllung liegenden Gesteine aus dem Zlambachfaziesraum zeigen mit CAI-Werten von CAI 2.0-2.5 und CAI 2.5 die höchste diagenetische Überprägung an, die stratigraphisch am höchsten und heute am weitesten im Norden liegenden Gesteine aus dem Hallstätter Salzbergfaziesraum weisen mit CAI-Werten von CAI 1.0 keine thermische Überprägung auf.

Die CAI-Werte im Einzelnen: Die Gollinger Hallstätter Schollen aus dem Hallstätter Salzbergfaziesraum als hangendstes Schichtglied der früh-oberjurassischen Beckenfüllung weisen mit CAI-Werten von CAI 1.0 die geringste Überprägung auf. Aufgrund der geringen Mächtigkeit der Hallstätter Kalke zeigen auch die einzelnen Schichtglieder unterschiedlichen stratigraphischen Alters einheitliche CAI-Werte. Diese Hallstätter Kalke der Gollinger Hallstätter Schollenregion werden unterlagert von der mehr als 1200 m mächtigen Schichtfolge des Gollinger Schwarzenbergkomplexes, der aus dem Kalkhochalpinen Dachsteinkalkfaziesbereich hergeleitet werden kann. Dabei zeigen die CAI-Werte aus Ober-Trias Schichtgliedern im Hangenden des Schwarzenbergkomplexes CAI-Werte von CAI 1.0. Die CAI-Werte aus der Mittel-Trias weisen im Westen mit CAI-Werten von CAI 1.0 auf eine ähnliche Größenordnung der diagenetischen Überprägung wie die Ober-Trias Conodonten hin. Im Osten und Südosten nehmen die CAI-Werte aus der Mittel-Trias kontinuierlich über CAI 1.5 bis CAI 1.5-2.0 zu. Während im Westen die Mittel-Trias Karbonate (CAI 1.0) direkt von Oberalmer Schichten des höheren Ober-Jura überlagert werden, es also keinen Hinweis auf eine mächtige Überlagerung zur Zeit der Beckenfüllung im frühen Ober-Jura gibt, kann für den Ost- bzw. Südostteil des Gollinger Schwarzenberges (CAI 1.5-2.0 und CAI 2.0) zur Zeit der Beckenfüllung im frühen Ober-Jura mit einer mächtigen Ober-Trias Karbonatfolge als Überlagerung gerechnet werden. Dadurch werden die unterschiedlichen CAI-Werte in unterschiedlicher geographischer Position aber aus gleichem stratigraphischen Niveau stammend erklärt. Unterlagert wird der Gollinger Schwarzenbergkomplex von Schollen aus dem eingeschränkten Hallstätter Salzbergfaziesbereich (Holzwehralmscholle) mit einheitlichen CAI-Werten von CAI 1.5 bzw. CAI 1.5-2.0 im Liegenden. Diese CAI-Werte können direkt mit der Überlagerungsmächtigkeit der Beckenfüllung in Zusammenhang gebracht werden. Der basale Teil der Beckenfüllung besteht aus verschiedenen Brekzienkörpern, deren Komponentenmaterial zum größten Teil aus dem Zlambachfaziesraum hergeleitet werden kann bzw. einzelnen Großschollen aus dem Zlambachfaziesraum. Die CAI-Werte der Conodonten aus den Komponenten der Brekzienkörper liegen bei CAI-Werten von CAI 2.0-2.5, vereinzelt bei CAI 2.5. Die CAI-Werte aus den Schollen an der Basis liegen bei CAI-Werten von CAI 2.0-2.5 und nehmen zum Hangenden hin ab über CAI 2.0 zu CAI 1.5 in direkter Korrelation mit der Überlagerungsmächtigkeit der Beckenfüllung in Abhängigkeit von der geographischen Position. Einzelne höhere CAI-Werte innerhalb der CAI-Bereiche liegen in der Nähe von Störungen bzw. von Überschiebungsbahnen und zeigen deshalb um CAI 0.5 über dem regionalen Trend erhöhte Werte.

Bei einer aus den einzelnen Schichtgliedern abgeleiteten Mächtigkeit der Beckenfüllung von maximal 2000 m kann somit der geothermische Gradient z. Zt. der diagenetischen Überprägung größenordnungsmäßig abgeschätzt werden. Er liegt aufgrund der ermittelten CAI-Werte und den daraus abgeleiteten Temperaturen bei 35-40° C/1000 m Überlagerungsmächtigkeit und steht in zeitlichem Zusammenhang mit dem oberjurassischen/unterkretazischen Temperaturereignis in den Nördlichen Kalkalpen.