Sektion 4.5: Sedimentbeckenmodellierung

The lithospheric structure of passive continental margins does not only reflect their geodynamic evolution from the rifting stage to oceanic break-up and seafloor spreading, but also controls their present-day thermomechanical configuration, both aspects being critical for the assessment of geological hazard and resource potentials. We investigate the present-day crustal and upper mantle structure of the North East Atlantic (NEA) region, which encompasses the conjugate passive margins of Greenland and Norway/Svalbard as well as the North Atlantic Ocean which has developed since break-up at ~55 Ma, and interacts with the Iceland Plume. Going beyond the mere analysis of seismic profiles across the margins, we develop a lithospheric-scale 3D model of the entire region by integrating various geological and geophysical observations, including the gravity field. The derived 3D geological model allows us to causatively relate regionally traceable tectonic structures to the geodynamic evolution of the NEA and, by means of numerical simulations, investigate the thermomechanical behavior of first-order crustal and mantle lithospheric heterogeneities under evolving (e.g., climate controlled) stress conditions.

3-D-Deutschland (3-D-D) is a project devoted to the construction and development of a 3-D lithospheric-scale model covering the area of Germany that images the regional characteristics of the structural, thermal and rheological configuration.

IGMAS+ (Interactive Gravity and Magnetic Application System) is a software for 3-D numerical modelling, visualization and interdisciplinary interpretation of potential fields and their applications. It is maintained at GFZ Potsdam since 2019 and provided via an open use license to the worldwide user community.

The Caribbean plate originated in Early Cretaceous time due to the interaction of the Farallon lithosphere with a mantle plume, probably associated with the present-day Galápagos hot spot. This particular interaction gave as a result the Caribbean Large Igneous Plateau (CLIP), a complex lithospheric structure consisting of several stages of spilled basalts flows and underplated ultramafic cumulates. During the migration of the proto-Caribbean (Farallon) plate, accreted fragments were left behind along the northwest and north of the South American margin.

As a part of the DFG priority program 2017 4D Mountain Building (4D-MB) this project aims to obtain a better understanding of the crust and the uppermost mantle beneath the Alpine orogen and its forelands and to better explain the distribution of deformation and seismicity throughout the region. Therefore, we integrate geoscientific observations with process modelling to predict the 3D lithosphere configuration in the area.

The 'Advanced Earth System Modelling Capacity' (ESM) is a joint project in the research field 'Earth & Environment' funded by the Helmholtz networking fund. The project aims to develop and establish a world-leading, modular and flexible modelling infrastructure to promote a deeper understanding of the complex dynamics of the system Earth under different forcing by fostering advancement in modelling the respective model compartments as well as their interactions across scales. In close collaboration with both internal and external partners of the ESM consortium, we aim at improving our current modelling frameworknto overcome limitations in research applied to the understanding of georeservoirs under natural forcing and human activities. The final goal is to provide a flexible, performant and massive parallel computational framework to unravel the details of the complex and intrinsically non-linear dynamics of couples thermal, hydraulic, mechanical and lately chemical THM(C), processes.

Dieses Projekt soll zur Entwicklung eines lithosphärenskaligen 3D-Modells des Marmarameeres und angrenzender Küstengebiete beitragen. Dazu werden verschiedene geologische Daten, zum Beispiel Bohrlochdaten oder seismische und gravimetrische Beobachtungen in einem neu erstellten lithosphärenskaligen 3D-Modell zusammengeführt.

The Andean orogen is a ~7000 km long N-S trending mountain range along the South American western continental margin. In the central part, the formation of this mountain range is driven by the subduction of the oceanic Nazca plate beneath the continental South American plate.

Der Oberrheingraben bildet noch heute eine tektonisch aktive Riftzone, die als Teil des Europäischen Känozoischen Grabensystems entstand. Das aus der Grabenbildung resultierende Becken hat seitdem mächtige Sedimentschichten aufgenommen, die heute über ein großes geothermisches Potential verfügen. Um diese erneuerbare Energiequelle nutzen zu können, ist es jedoch unerlässlich die Temperaturverteilung samt der sie beeinflussenden Wärmetransportprozesse (einschließlich Grundwasserbewegungen) im Untergrund zu verstehen.

Bruchzonen und Störungen spielen eine wichtige Rolle in verschiedenen Aspekten der Geowissenschaften, wie zum Beispiel in geomechanischen, geotechnischen und hydrologischen Anwendungen. Der Forschungsschwerpunkt liegt hierbei vor allem auf der Charakterisierung von Störungen, sowie der Analyse von Fluidfluss und Wärmetransport. Um realistische Ergebnisse zu erhalten ist es notwendig einen multivariaten Ansatz zu verfolgen, bei dem verschiedene Teilgebiete der Geowissenschaften kombiniert werden.

Noch immer spielen erneuerbare Energien nur eine untergeordnete Rolle bei der Versorgung von Megastädten. Wir gehen der Frage nach, inwieweit die Nutzung tiefer Geothermie zur Deckung des Energiebedarfs von Berlin in Zukunft beitragen kann. Auf Grundlage der Konfiguration der Sedimente, der Kruste und des lithosphärischen Mantels im Untergrund von Berlin erstellen wir thermische 3D Modelle, die mit lokal verfügbaren Temperaturdaten konsistent sind und dabei den gesamten Großraum von Berlin abdecken. Dafür nutzen wir zwei Ansätze: (i) Berechnungen des stationären, konduktiven thermischen Feldes und (ii) Simulationen von gekoppeltem Wärme- und Fluidtransport. Die berechneten Temperaturverteilungen bestimmen das geothermische Potential und sollen final im Rahmen des Programms Energy Atlas Berlin in ein existierendes virtuelles 3D Stadtmodell von Berlin eingehen, wo sie zusammen mit Informationen über vorhandene Ressourcen, Infrastruktur und Energiebedarf zur Erstellung von Stadtplanungskonzepten genutzt werden können.

Das Barentssee- und Karasee-Gebiet in der europäischen Arktis wird aufgrund umfangreicher Kohlenwasserstoffvorkommen seit Jahrzehnten im Rahmen von verschiedenen wirtschaftlichen und wissenschaftlichen Projekten erforscht. Trotz der daraus resultierenden umfassenden Datengrundlage ist die Entstehung und geodynamische Entwicklung dieser Region immer noch nicht gänzlich verstanden.

Die ausgeprägten geologischen und somit auch thermischen Variationen im Untergrund des Bundeslandes Hessen führen zu großen Unsicherheiten in der Planung geothermischer Projekte. Um diese, ebenso wie das Fündigkeitsrisiko, zu verringern, werden wir ein verbessertes 3D Struktur- und Temperaturmodell für Hessen erstellen

Das Kenia Rift ist Teil des Ostafrikanischen Riftsystems, entlang dessen die afrikanische Kontinentalplatte tektonisch gedehnt und ausgedünnt wird, was sich in einer wiederkehrenden Erdbeben- und vulkanischen Aktivität in der Region ausdrückt. Mit diesem Projekt versuchen wir, den Kontrollfaktoren für diese tektonische Aktivität auf die Spur zu kommen. Dazu nutzen wir verschiedene geologische und geophysikalische Beobachtungen, die wir in 3D numerische Modelle integrieren, mit denen wir wiederum die Struktur und variierende Rigidität des Riftsystems abbilden können.

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