Prof. Dr. Helga de Wall

Professorin für Strukturgeologie und Tektonik

Tel: +49 (0)9131 85 25915
Fax: +49 (0)9131 85 29295

E-Mail: helga.de.wall(at)fau(dot)de

 

Strukturgeologische/tektonische Arbeiten

Tektonische Strukturen, d.h. Störungen, Scherzonen,  Falten entstehen durch Relativbewegung der Lithosphärenplatten. Dort wo solche Strukturen aufgeschlossen sind, geben sie uns Hinweise auf die tektonischen Kräfte und ihre Raumrichtungen (Spannung, Kinematik) und Bedingungen (z.B. Temperatur, Krustentiefe) die während ihrer Bildung geherrscht haben.

Magnetische Gefügeuntersuchungen

Die magnetische Suszeptibilität ist die Materialkonstante zur Beschreibung der Magnetisierbarkeit eines Minerals oder eines Gesteins. Als skalare Größe hat die magnetische Suszeptibilität eine starke Aussagekraft für die mineralogische Zusammensetzung von Gesteinen, während ihre Richtungsabhängigkeit Informationen über die Vorzugsorientierung und Verteilung der Minerale geben kann.

Wir setzen diese Methode ein, um sowohl magmatische als auch tektonische Gefüge zu bestimmen. So lassen sich in Magmatiten schwache Gefügeanisotropien erfassen, die Aussagen zu Fließrichtungen von Lavaströmen oder Internstrukturen von Intrusionskörpern ermöglichen.

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  • Störungsflächenanalyse an Bohrkern- und Aufschlussdaten, Gebiet Obernsees, Fränkisches Becken und in situ-Spannungsanalyse (RACOS® Methode)

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2018 - 31. Dezember 2019
    Mittelgeber: andere Förderorganisation

    Im Rahmen von Untersuchungen zur Struktur des Untergrundes im Zielgebiet des GAB-Forschungsprojektes „Petrotherm“ wurden neben den schon bekannten NW-SE verlaufenden Störungen im Fränkischen Becken auch N-S verlaufende Störungen als bedeutende Lineamente beschrieben. Die Kinematik dieser Strukturen im Paläo- und im in situ Spannungsfeld und damit ihr Reaktivierungspotential sind bislang nicht ausreichend untersucht. In diesem Kurzprojekt (12 Monate) soll eine detaillierte Datenerhebung zum Störungs- und Kluftsystem in einem kleinräumigen Gebiet um die Bohrung Obernsees durchgeführt werden, um das strukturelle Inventar zu erfassen. Mittels der RACOS®-Methode soll an einem Bohrkern aus der Bohrung Obernsees eine Bestimmung der herrschenden in situ-Spannungen durchgeführt werden.

    Diese Methodenkombination wurde im Projekt „Petrotherm“ bislang nicht angewendet, wären aber für eine Bewertung des Reaktivierungspotentials von Störungsflächen im Fränkischen Becken und seines Untergrundes von Bedeutung. Mit diesem Kurzprojekt soll daher die Machbarkeit und Nützlichkeit für die Thematik „Ermittlung von Spannungszuständen im Zielgebiet und das Bruchverhaltens ausgewählter Gesteinstypen“ des Gesamtprojektes getestet und die Datenbasis zu dieser Thematik verdichtet werden.

  • Masterstudiengang "GeoThermie/GeoEnergie"

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Geothermie-Allianz Bayern (GAB)
    Laufzeit: 1. Januar 2016 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: 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.

  • Die tektonomagmatische Entwicklungsgeschichte des Sindreth Beckens im Ostteil der Malani Igneous Province und Implikationen für die Neoproterozische (Cryogenian) geodynamische Entwicklungsgeschichte von NW-Indien

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2015 - 1. August 2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Die Malani Igneous Suite (MIS) in NW-Indien (770 bis 750 Ma) ist mit einer räumlichen Verbreitung von mehr als 50.000 km2 eine der größten felsischen magmatischen Provinzen weltweit. Die Entstehung wird in Zusammenhang mit dem Aufbrechen des Rodinia Superkontinentes und der nachfolgenden Kontinentaldrift zur Bildung von Gondwana gesehen. Es wurden verschiedene Modelle (plume, rift, subduction, mantle delamination) vorgeschlagen, die aber bislang noch undiskutiert nebeneinander stehen, da entsprechende Basisdaten fehlen. Zeitgleich zum MIS sind im Ostteil des Verbreitungsgebietes der MIS kleine langgestreckte Becken (Sindreth, Punagarth) entstanden, wie durch Alter von 765 Ma an synsedimentären Vulkaniten dieser Becken belegt wird. Die genaue zeitliche Einordnung zum Hauptpuls der MIS kann jedoch durch geochronologische Arbeiten nicht aufgelöst werden. Diese Becken haben eine Bedeutung in der geodynamischen Rekonstruktion von NW-Indian, da ihre Bildung in neueren Arbeiten im Zusammenhang mit einer aktiven Subduktionszone in diesem Gebiet gesehen wird. Erste Feldbegehungen unserer Arbeitsgruppe haben jedoch Anhaltspunkte gefunden, die dieser Interpretation entgegenstehen. Eine erste Bearbeitung im Frühjahr/Sommer 2014 hat gezeigt, dass die grobklastische Füllung des Sindreth Becken auf ein kontinentales Liefergebiet schließen lässt und die Interpretation einer Ozeanbodenstratigraphie durch die geologischen Belege nicht gestützt ist. Wir gehen von einer störungsgebundenen Beckenarchitektur aus, mit Abtrag des nahegelegenen Grundgebirges (Metasedimente und Granite). Die Sedimentation wird von bimodalen Vulkaniten unterbrochen, im oberen Teil der Sequenz finden sind klastische Sedimente und felsische Tuffe, die z.T. als Seeablagerungen identifiziert werden konnten. Die gesamte Sequenz ist nicht metamorph und zeigt generell ein mittelsteiles Einfallen nach W. Erste Labormessungen (magnetische Gefüge) geben Hinweise auf eine Intrusion von Rhyoliten in die schon verstellten Sedimente. In einer weiteren Geländekampagne im Frühjahr 2015 wollen wir die lithologische Aufnahme durch eine genauere strukturelle Aufnahme ergänzen und Proben für gesteinsmagnetische Untersuchungen nehmen, um die Beziehung zwischen struktureller Entwicklung und der magmatischen MIS Aktivität herauszuarbeiten. Durch Auswertung von Satellitenbildern sollen die Ergebnisse aus dem Sindreth Becken in einen größeren Kontext gestellt werden. Das Sindreth Becken und seine durch markante Bruchstrukturen gekennzeichnete Umgebung bildet den übergang zwischen der undeformierten MIS im W und dem durch duktile Deformation, Anatexis und Scherdeformation geprägtem Mt.Abu-Sirohi Gebiet im E, welches in den letzten Jahren Ziel der Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe war. Die globale Signifikanz dieses Gebietes ergibt sich aus der zeitlichen Einstufung der tektonomagmatischen Prozesse (Cryogenian) und Korrelation mit magmatischen Gürteln und Deformationsereignissen in Madagaskar und S-Indien.
  • Bestimmung der Umgebungsbedingungen während coseismischer Deformation mittels Ti-in-Quarz Thermometrie und Ar-Ar Datierung von Pseudotachylyten

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2011 - 31. Januar 2012
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

    Despite a wealth of data about seismic fault zones there is an ongoing discussion about the possibility of frictional melting of quartzitic rocks. In the present study we analysed fault vein bearing fault zones within quartzitic rocks within the Schneeberg Normal Fault Zone (SNFZ), Southern Tirol, Italy. Electron microscopy (scanning electron microscopy, SEM, including electron back scatter diffraction, EBSD, and cathodoluminescence, CL, analysis  in combination with transmission electron microscopy, TEM) analyses revealed that the fault veins (0.5-2 mm thick) are not ultracataclastic zones as presumed initially (see original title of the project WA 1010/11-1). Instead an extensive melting and subsequent quenching of quartz is evident. These quenched friction-induced melts along a fault during seismic slips are so-called tectonic pseudotachylytes and record paleo-earthquakes.  Pseudotachylytes are typically considered to be representative for the brittle upper crust and in association with cataclasites. However the Schneeberg NFZ quartzites show clear evidence of crystal plasticity and dynamic recrystallization resulting in ultrafine-grained (1-2 µm) aggregates along microshear zones (50-150 µm thick) in the host rock adjacent to pseudotachylyte veins. Ar-Ar dating of the Schneeberg NFZ pseudotachylyte reveal an age of 60-66 Ma and indicates that the coseismic event is younger than the greenschist facies metamorphism of the Schneeberg NFZ (76 Ma, exiting data from the literature). Thus pseudotachylyte formation should has occurred after exhumation of the Schneeberg NFZ into the brittle crust under far field ambient temperatures conditions <250-300 °C. The occurrence of such fine recrystallized quartz was also reported in other pseudotachylytes-bearing faults, but these microstructures have been overlooked in most works on pseudotachylytes (also considering that they are hardly visible with standard optical methods) and a detailed electron microscopy study including crystallographic preferred orientation analysis of the microstructure was missing. In this project we carried out a direct comparison between the deformation microfabrics of quartz in two different pseudotachylyte-bearing faults both showing the development of ultrafine-grained recrystallization aggregates: the Schneeberg NFZ quartzite and the Adamello Gole Larghe Fault Zone(GLFZ) tonalite (Southern Alps). The observations of this study suggest that the association of ultrafine recrystallization and frictional melting is a systematic feature of most pseudotachylyte-bearing faults and could yield a more complete information on the mechanics of coseismic slip. Based on thermal models we suggest that crystal plastic deformation of quartz accompanied by dramatic grain size refinement by dynamic recrystallization occurs during seismic faulting at the base of the brittle crust as a result of the high temperature transients (> 800°C) related to frictional heating in the host rock selvages of the slip surface. These localised high deformation temperatures made possible that the process of dynamic recrystallization, including recovery processes, could occur in a time lapse of a few tens of seconds.

    In order to verify these modeled quartz deformation temperatures we applied the Ti-in-quartz geothermometer by measuring the Ti content in quartz by nanoSIMS. The geochemical analysis for both pseudotachylyte-bearing samples (Schneeberg NFZ and Adamello GFZL) showed that during the seismic-related development of ultrafine-grained dynamic recrystallized quartz aggregates the pre-seismic host Ti signal is inherited. Therefore no temperature related resetting of the Ti content occurs during seismically-induced quartz recrystallization. However the steep increase of Ti in quartz in the direct vicinity (1-2 µm) of melt-related submicron-sized Ti-bearing particles gives evidence of Ti diffusion and points to short-timed high temperature transient, which is consistent with the thermal modelling of pseudotachylyte vein and its host rock margin.

     

  • Charakterisierung von Mikrostrukturen in ultrakataklastischen Zonen von Quartziten mittels Elektronenmikroskopie

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2006 - 31. Juli 2009
    Mittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)