Dr. L. Caracciolo

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PD Dr. Luca Caracciolo

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Schlossgarten 5 91054 Erlangen

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My research is focused on the application of a wide spectrum of Quantitative Provenance Analysis (QPA) techniques applied to basin analysis, particularly on the relationships between tectonic and climatic perturbations, and lithological controls on sediment production and transfer from source-to-sink. At present, my main research focus is on modern sedimentary systems,  particularly in regard to the properties of the erosional products and links to landscape and external forcing controls. I use the knowledge acquired on modern systems to increase our understanding of how environmental signal propagation is recorded in deep-time stratigraphy.

My analytical background includes sedimentary petrology, heavy minerals analysis, detrital geochemistry (bulk-rock and varietal studies), detrital geochronology and Low-temperature thermochronology (U-Pb dating, Fission tracks and U-Th/He dating). I’m keen on using and integrating state of the art techniques – e.g. Raman and QemScan – and model compositional data to link sediment mineralogy to sedimentary processes.

One exciting and challenging aspect of my research is the use of provenance signatures and sediment composition in different fields, especially those related to the O&G and geothermal industry for enhanced interpretation of facies heterogeneity, reservoir connectivity, diagenetic environments and their influence on fluid migration. Combining both academic and industry experience, I had the chance to work and publish in areas dislocated in all continents including Europe, North and South America, Africa, SE Asia, Australia and New Zealand. I’m actively involved in industry projects and training of professionals from the O&G industry.

Since 2018 I organise the international summer school on the ‚Controls on sandstone diagenesis‘ – in collaboration with Rob Lander and Linda Bonnel from Geocosm LCC – which aims at providing both state-of-the-art and innovative concepts on (i) pre-deposition controlling parameters determining the generation and redistribution of sediments within sedimentary environments; (ii) hydraulic sorting and depositional facies as predisposing factors on early diagenesis; (iii) relationship between sedimentology and diagenetic processes; (iv) modelling of compositional data as a tool for understanding and predicting texture; (vi) diagenesis and reservoir quality.

I’m also working on the application of diagenesis and basin analysis features to geothermal research. Since 2019 I collaborate with Prof. Carlos Vargas (National University of Colombia) on the potential use of geothermal as an additional resource to Megacities.

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  • Die Ausbreitung von Umweltsignalen in Sedimentleitungssystemen zur Zeit der Perm-Trias Grenze


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Project leader:
    Term: 1. März 2022 - 28. Februar 2025
    Funding source: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

    Das Projekt zielt darauf ab, einen neuen Satz von Analyse- und Modellierungsmethoden zu entwickeln, um die Kenntnisse über drei der schwierigsten Forschungsfragen in der Sedimentgeologie zu verbessern: (i) die Identifizierung von Umweltsignalen in der geologischen Vergangenheit, (ii) die Rekonstruktion der Evolution von vorzeitlichen Sedimentleitsystemen, (iii) die Auswirkungen von Klimaveränderungen über die Perm-Trias-Grenze hinweg auf die Sedimentproduktion und den Sedimenttransfer in den Ozean und deren Auswirkungen auf die Erholung von Leben nach dem verheerendsten Aussterbeereignis in der Geschichte unseres Planeten. Die Mehrheitsmeinung in der Literatur unterstützt ein allgemeines Modell, das auf eine zunehmende Trockenheit vom späten Perm bis zur frühen Trias hindeutet. Neuere Literatur weist jedoch auf einen zunehmenden Sedimenteintrag im Zusammenhang mit saisonalen feuchten Bedingungen und einem höheren Wasserabfluss hin, wodurch Ungewissheiten bei der Interpretation des Klimas und der Sedimentproduktion ungelöst bleibt. Um eine so große Herausforderung zu bewältigen, stützt sich das Projekt auf eine umfangreiche Zusammenstellung von Analysewerkzeugen, sowie paläoklimatischen und paläotektonischen Modellen, die auf geologische Abschnitte in Südrussland und China angewendet werden sollen. Dort bilden hochpräzise TIMS-Datierungen von Vulkanschichten die Grundlage, um Umweltvariationen in der Vergangenheit belegen zu können. Die Integration paläoklimatischer und paläotektonischer Modelle mit quantitativer Provenienzanalyse, Ne-kosmogenen Nukliden, Niedrig-T-Thermochronologie und radiogenen Isotopen-Tracern 143Nd / 144Nd (ausgedrückt als εNd) und 87Sr / 86Sr in Tonsteinen bildet die Grundlage, um Provenienzvariationen, Denudationsraten und Sedimentfluss mit dem Klimawandel und der tektonischen Aktivität zu verknüpfen. Der Nachweis und insbesondere die Quantifizierung einer Zunahme des Sedimentflusses sind von größter Wichtigkeit. Zum einen, da die PTB eines der kritischsten Zeitintervalle der Erdgeschichte ist und das Zusammenspiel von Tektonik, Klima und Veränderungen des Sedimentflusses derzeit kaum verstanden ist. Zweitens könnte eine verstärkte Silikat-Verwitterung effektiv zur Bindung von atmosphärischem CO2 beigetragen haben, welches durch den Vulkanismus der Sibirischen Flutbasalte emittiert wurde, anstatt dass durch keine wesentlichen Veränderungen der Verwitterungsraten und umfangreicher vulkanischer Entgasung die Klimaregulierung durch Silikat-Verwitterung fehlgeschlagen sein könnte.

  • Allogene Kontrolle der Sedimenterzeugung und der Erosionsraten im höchsten Küstengebiet der Erde: die Sierra Nevada de Santa Marta (Nordost Kolumbien)


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Project leader:
    Term: 1. Januar 2020 - 31. Dezember 2021
    Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • Rapide Versenkung eines trockenen Sandsteins – die besondere kompaktionsdominierte Diagenese der Twyfelfontein Formation, NW Namibia


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Project leader: ,
    Term: 1. Oktober 2019 - 30. September 2022
    Funding source: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • Geothermal energy for megacities: phase 1, Bogota


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Project leader:
    Term: 1. Januar 2019 - 31. Dezember 2021
    Acronym: MEGATHERM
    Funding source: Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD)
  • Geothermisches Potenzial in Nord-Kolumbien und Süd-Peru, Aufbau einer Kooperation mit Universitäten und Entwicklung eines Studentenaustauschprogramms


    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)
    Project leader:
    Term: 1. Januar 2018 - 31. August 2018
    Acronym: Kolumbien Peru
    Funding source: Bayerische Forschungsallianz (BayFOR)
  • Masterstudiengang "GeoThermie/GeoEnergie"


    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Overall project: Geothermie-Allianz Bayern (GAB)
    Project leader:
    Term: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2021
    Acronym: GeoT/GeoE
    Funding source: Bayerisches Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst (ab 10/2013)
    URL: https://www.geoenergy.nat.fau.de/studium/

    In Bayern gibt es bisher keinen Studiengang, der auf Geothermie/Geoenergieressourcen fokussiert ist und relevante Lehrinhalte ganzheitlich - von der Aufsuchung und Erschließung bis zur energetischen Nutzung und Speicherung der Ressource - an Studierende vermittelt. Die an den beiden Standorten TU München und FAU Erlangen vorhandenen Lehr- und Forschungskompetenzen sollen durch die Einrichtung eines in der Verantwortung der FAU liegenden interdisziplinären Master-Studiengangs "GeoThermie/GeoEnergie" zusammengeführt und und inhaltlich ergänzt werden. Dies erfordert einen personellen Ausbau der Fachrichtungen I) Seismische Interpretation & Untergrund-Modellierung und II) Reservoirgeologie & Geohydraulik.
    Für den Master-Studiengang "GeoThermie/GeoEnergie" wird ein interdisziplinärer Ansatz angestrebt:
    Neben der geowissenschaftlichen Komponente soll auch die technische Erschließung
    und energietechnische Nutzung von geothermischen Reservoiren, ergänzt durch energiewirtschaftliche
    und berg-/umweltrechtliche Aspekte behandelt werden. Somit kann den Studierenden
    sowohl das angestrebte ganzheitliche Systemverständnis als auch das einem modernen
    Anforderungsprofil der Energiewirtschaft entsprechende Methodenspektrum vermittelt werden.
    Die den Studierenden vermittelten Methoden sind jedoch keinesfalls nur auf Anwendungen in
    der Geothermie beschränkt, sondern auch auf sehr viele andere, das Verständnis des tieferen
    geologischen Untergrunds betreffende Fragestellungen (z.B. Gas-, Fluid- und
    Wärmespeicherung) direkt übertragbar.

  • Late Cretaceous to Recent post-breakup evolution of the African S-Atlantic margin: integrating onshore field studies; sequence development, offshore seismic data, numerical dating and modelling


    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)
    Overall project: SPP 1375: SAMPLE: South Atlantic Margin Processes and Links with onshore Evolution
    Project leader:
    Term: 1. November 2008 - 31. Juli 2017
    Funding source: DFG / Schwerpunktprogramm (SPP)

    Multiple phases of volcanism, uplift and subsidence are recorded after the breakup of the Namibian South Atlantic margin segment – features which are regarded as atypical when compared to published examples of other post-breakup continental margin successions. It is currently not understood whether these geodynamic processes are only of regional or a broader, South Atlantic intercontinental importance. Existing low T thermochronometric analyses, cosmogenic isotope measurements on bedrock surfaces and tectonic and stratigraphic analysis of the post-breakup succession could be advantageously completed and calibrated by (A) the interpretation of offshore industrial seismic and well log data (uppermost 2s TWT) and (B) the analysis of onshore sedimentary archives such as post-breakup fluvial depositional sequences, marine terraces, aeolianites, palaeo-seacliffs, incised valleys and syntectonic strata in the hanging-walls of normal faults. Both, onshore and offshore strata provide a high-resolution archive of processes accompanying the breakup and post-breakup evolution of the South Atlantic margin. Many of the coastal marine terraces contain dateable material suitable for biostratigraphic analysis combined with ESR and OSL dating. Offshore seismic structural and stratigraphic analysis and well data will be integrated with a detailed 3D stratigraphic and structural analysis as well as dynamic retro- and forward modelling which forms the basis for a combined 3D onshore-offshore surface-subsurface model.

Research topics fitting to both BSc and MSc thesis projects are always available and are largely focused on Sediment Provenance, Basin Analysis, Diagenesis and Reservoir Modelling.

Analytical tools include sedimentary petrography (thin section analysis and heavy minerals), detrital geochemistry (whole-rock and single-grain analysis) and mineralogy (XRD and Qemscan), geochronology (U-Pb dating) and compositional data analysis. Petrophysics (porosity, permeability, anisotropy and thermoconductivity), cathodoluminescence, micro-CT and Scanning Electron Microscope (SEM) and isotopic analyses are routinely applied for diagenetic studies. PETREL and similar software are also available for sedimentological, diagenetic and reservoir modelling.

Please contact me at: luca.caracciolo(at)fau(dot)de

  1. Permo-Triassic of South-East Germany (Bavaria) – up to 5 BSc and MSc thesis

    We’re conducting research on both sediment provenance and diagenesis aiming at establishing the relationship between sediment supply, sedimentary environments and their influence on diagenetic processes and petrophysical properties. Permo-Triassic successions are studied from both outcrop and boreholes which will ultimately provide the opportunity to correlate correspondent formations at a regional scale. The analytical workflow includes core-logs analysis, petrophysics, diagenesis, sediment provenance and sedimentological/reservoir modelling.
  2. Namibia (Southern Africa) – 3 thesis

    On-going research in Namibia is focused on modern and ancient aeolian vs fluvial processes aiming at achieving a better understanding of dominant sedimentary dynamics in the Namib Desert over the last 15 Ma. Analytical workflow comprises bulk petrography and heavy mineral analysis, detrital geochemistry and possibly geochronology for the study of three formations, namely the Oswater, Karpfen Kliff and Langen Heinrich post-Miocene successions.
  3. Betic Cordillera (South-western Spain) – 1 thesis

    A provenance-basin analysis project based on bulk petrography and heavy mineral analysis to reconstruct drainage modifications in response to major tectonic events during the Serravalian-Tortonian building phase of the Betic Cordillera.