Seismische Untersuchungen zur geotektonischen Enwicklung des deutschen Nordsee-Beckens

Willert-Arndt, Sven

Die geologische Entwicklungsgeschichte im Norddeutschen Becken wird von einer Vielzahl von Prozessen, wie der Subsidenz, der Tektonik und der Salztetonik beeinflusst. Sofern man Aussagen über die Einflüsse einzelner Prozesse machen möchte, ist die Trennung zwischen Effekten, die auf Salztektonik oder auf regionaler Tektonik beruhen, von besonderer Bedeutung. Der Schwerpunkt liegt in der Interpretation von Seismogrammsektionen und seimischen Geschwindigkeitsmodellen, die von der TGS NOPEC, Norwegen, zur Verfügung gestellt wurden. Diese für die Erdölindustrie gewonnen Daten wurden aufwendig prozessiert und als Zeitsektionen zur Verfügung stellt. Da die zu erwartenden großen seimischen Geschwindigkeitsunterschiede zwischen Salzen und sonstigen Sedimenten in der Zeitsektion zu Abbildungen führen, die stark von der räumlichen Lage der Reflexionselemente abweichen, ist eine Umwandlung der Zeitsektionen in Tiefensektionen ratsam. Die Umwandlung der gestapelten Zeitsektionen in tiefenmigrierte Profile erfolgt mit einem in der vorliegenden Arbeit entwickelten auf der Eikonalgleichung basierenden Wellenfeldinverter. Der Wellenfeldinverter wird zunächst auf der Grundlage der Strahlenseismik hergeleitet, implementiert und an synthetischen Modellen verifiziert. Die Tiefenmigration der Zeitsektionen ermöglicht eine strukturelle Interpretation des Untergrunds der deutschen Nordsee hinsichtlich der Interaktion von Regionaltektonik und Salztektonik. Die Analyse zeigt, dass Modelle, die auf tektonischen Ereignissen als Auflöser basieren, gegenüber Modellen, die sich auf Dichteinversion und Auftrieb gründen, zu bevorzugen sind. Anders als z.B. im Golf von Mexico scheint sich in der Nordseeregion nicht die Extensionstektonik, sondern Kompressionstektonik für den Salzaufstieg verantwortlich zu zeichnen. Weiterhin deutet die größere Ausdehnung von Salzdiapiren im unmittelbaren Umfeld der Gräben (Zentralgraben und Horngraben) darauf hin, dass diese über einen signifikanten Teil der geologischen Entwicklung des Beckens ausgeprägte Schwächezonen darstellen. Ein Auswertung der Verteilung seismischer Intervallgeschwindigkeiten, die mit dem Horizontverlauf relevanter geologischer Einheiten aus dem Zechstein, der Kreide, dem Paläogen und Neogen verschnitten und mittels eines gesteinsphysikalischen Ansatzes von Tiefeneffekten bereinigt wurden, zeigt eine räumlich-zeitliche Korrelation. Zwischen den verschiedenen Regionen beobachtete Geschwindigkeitsabweichungen lassen sich mit unterschiedlichen Werten des Porendrucks erklären. Negative Geschwindigkeitsanomalien deuten dabei auf Regionen, in denen ein Porenraumüberdruck vorherrscht. In Regionen, die starker tektonischer Belastung ausgestetzt sind, wie den Gräben, kann dieser Überdruck abgebaut werden. Entsprechend sind die Geschwindigkeiten dort größer.

The geological evolution of the North German Basin System is caused by a variety of processes, such as subsidence, tectonics and salt tectonics. If the influence of the particular processes shall be considered, the separation of effects due to salt tectonics or regional tectonics is crucial. Emphasis were put on the interpretation of seismic sections and seismic velocity models, which were provided by TGS NOPEC, Norway. These data, which were collected for oil exploration purposes, were extensively processed and provided in the form of time sections. Since the expected large seismic velocity differences between salts and other sediments will cause time section images to deviate significantly from the real positions of the reflectors, a conversion of time sections into depth sections is advisable. This conversion of the stacked time sections into depth-migrated profiles is performed by means of a wave-field invertor based on the eikonal equation, which is developed in this thesis. The wave-field invertor is derived on the basis of seismic ray theory, implemented and verified by application to synthetic models. The depth migration of the time sections allows for a structural interpretation of the German North Sea Basin subsurface with respect to the interaction of regional and salt tectonics. The analysis shows that models for salt tectonic based on tectonic events as triggers for salt diapirism should be preferred over models involving density inversion and buoyancy processes. Contrary to the situation found, e.g., in the gulf of Mexico, in the North Sea region it seems to be compressional, not extensional, tectonics which is responsible for salt diapirism. Furthermore the larger extension of salt diapirs in the immediate vicinity of the graben structures (Central Graben and Horn Graben) indicates that these have represented zones of weakness over a significant portion of the geological evolution of the basin. Seismic interval velocities along the horizon of relevant geological units (Zechstein, Cretaceous, Paleogene and Neogene) were corrected for depth effects based on a petrophysical model and clearly show a spatial-temporal correlation. Velocity deviations observed among the different regions can be explained by different values of pore pressure. Negative velocity anomalies indicate regions of overpressurized pore-spaces. In areas subject to strong tectonic or salt tectonic stress, such as grabens, this overpressure can be released, leading to higher observed velocities.

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Willert-Arndt, Sven: Seismische Untersuchungen zur geotektonischen Enwicklung des deutschen Nordsee-Beckens.

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