3D-Deutschland: GFZ

3D-Deutschland

Im Projekt 3-D-Deutschland (3-D-D) werden die bisherigen Ergebnisse der Teilgebiete zu einem 3-D-Strukturmodell auf der Lithosphärenskala zusammengefasst, das die gesamte Oberfläche Deutschlands abdeckt und sich in Nord-Süd-Richtung über 1000 km, in Ost-West-Richtung über 643 km und bis in 133 km Tiefe erstreckt (Abbildung 1).

Abbildung 1: Geografische Karte der regionalen Modellgrenzen und seismischen Profile, die zur Lösung von Diskrepanzen verwendet wurden. Das Gebiet des 3-D-D-Modells ist rot eingezeichnet. Die Koordinaten sind in km in UTM 32N angegeben. *(GFZ/Sektion 4.5)*

Die kombinierten regionalen 3D-Modelle des zentraleuropäischen Beckensystems, des Oberrheingrabens und des Molassebeckens sowie des Alpenraums wurden durch die Integration verschiedener verfügbarer Eingabedaten erstellt: geologische und geophysikalische Datensätze, geologische Karten, Bohrlochdaten, seismische Profile, Isopachenkarten und bestehende kleinräumige Modelle. Darüber hinaus wurde jedes regionale Modell unabhängig voneinander durch 3-D-Schwere- und Wärmemodellierung mit Hilfe der Schwere-Modellierungssoftware IGMAS+ and und des Finite-Elemente-Thermalsimulator GOLEM überprüft.

Die lithostratigraphische Aufteilung des gemeinsamen 3-D-Modells (Abbildung 2), das Sediment-, Krusten- und Mantel-Einheiten auflöst, wurde noch einmal durch 3-D-Schwere- und Thermomodellierung überprüft, um Randeffekte im Zusammenhang mit den kleineren Einzelquellenmodellen zu überwinden. Strukturelle Diskrepanzen zwischen den Quellmodellen wurden konsequent durch seismische Profile über die Grenzen der regionalen Modelle hinweg beseitigt.

Abbildung 2: 3-D-Ansicht des strukturgeologischen 3-D-Modells. *(GFZ/Sektion 4.5)*

Abbildung 3: Modellierte Temperaturen in: (a) 1 km; (b) 3 km; (c) 5 km; (d) 15 km Tiefe unter der Erdoberfläche. Die Farbbalken zeigen die Temperatur in °C. *(GFZ/Sektion 4.5)*

Die Modellierung des konduktiven Thermalfeldes zeigt, wie die heterogene Verteilung der thermischen Eigenschaften, die mit den verschiedenen lithologischen Einheiten verbunden sind, zu erheblichen Temperaturschwankungen in der gleichen Tiefenstufe führt (Abbildung 3). Diese Verteilung wird vor allem durch den Überdeckungseffekt von Sedimenten mit geringer Leitfähigkeit, durch die Variabilität der radiogenen Wärmeerzeugung und der Mächtigkeit der oberen Kruste (variszische und alpine Domäne) und durch die Tiefe der thermischen Lithosphären-Asthenosphären-Grenze beeinflusst.

Das abgeleitete 3D-Modell kann als datenkonsistenter Hintergrund für kleinere Modelle dienen oder zur Verbesserung der Randbedingungen für lokale strukturelle, geothermische und Spannungsfeldstudien verwendet werden. Es kann auch als Grundlage für rheologische Modelle dienen, die helfen, die beobachtete Seismizität mit der Festigkeitsverteilung in Beziehung zu setzen.

Die Projektergebnisse öffnen die Tür zu einer integrativen und multidisziplinären Analyse der räumlichen Variabilität sowie potenzieller Georisiken unter dem Territorium Deutschlands und tragen dazu bei, einen effizienten Ansatz für eine nachhaltige Nutzung der Georessourcen zu entwickeln und damit einen Beitrag zu den POF IV Themen 3 und 8 zu leisten.

Finanzierung:

POF IV Themen 3 und 8, interne Finanzierung

Veröffentlichungen:

Anikiev, D., Lechel, A., Gomez Dacal, M. L., Bott, J., Cacace, M., & Scheck-Wenderoth, M. (2019). A three-dimensional lithospheric-scale thermal model of Germany. Advances in Geosciences, 49, 225–234. doi: 10.5194/adgeo-49-225-2019

Anikiev, Denis; Lechel, Adrian; Gomez Dacal, Maria Laura; Bott, Judith; Cacace, Mauro; Scheck-Wenderoth, Magdalena (2019): 3-D-Deutschland (3-D-D): A three-dimensional lithospheric-scale thermal model of Germany. GFZ Data Services. doi: 10.5880/GFZ.4.5.2019.005

Verwandte Projekte:

• SpannEnd (Sektion 2.6). Siehe auch: https://www.spannend-projekt.de

• IGMAS+ (Sektion 4.5). Siehe auch: https://www.gfz-potsdam.de/igmas