Faltige Gesteine in 3D

Geologische Falten sind Krümmungen von geologischen Grenzflächen, wie etwa die Schichtung von Sedimentgesteinen oder der Lagenbau metamorpher Gesteine. "Gesteinsfalten variieren in ihrer Größe von mikroskopischen Strukturen bis zum Maßstab von Bergen, wo sie ganze Gebirge in Form von länglich gezogenen Faltengürtel bilden", erklärt Bernhard Grasemann, Professor für Allgemeine Geologie und Geodynamik und Leiter des Departments für Geodynamik und Sedimentologie an der Universität Wien. Diese Faltengürtel sind an tektonischen Plattengrenzen entstanden – durch Kollision von Kontinenten – und Bestandteil aller großen Gebirge, wie beispielsweise den Alpen, dem Zagros-Gebirge (Iran, Irak) oder dem Himalaya. Sie sind von besonderem wirtschaftlichem Interesse, da sie etwa 15 Prozent der weltweiten Kohlenwasserstoffreserven (u.a. fossile Brennstoffe wie Erdöl und Erdgas) beheimaten.

Geradlinige oder schräge Verbindungen

Obwohl die Gesteinsdeformation in Form von Verfaltung in zweidimensionalen Profilen seit Jahrzehnten Gegenstand geologischer Untersuchungen ist, haben sich bisher kaum Studien mit dem dreidimensionalen Wachstum von Falten beschäftigt. In der gemeinsamen Publikation zeigen Bernhard Grasemann und sein Schweizer Fachkollege Stefan Schmalholz anhand von dreidimensionalen Computermodellen und natürlichen Beispielen aus dem Zagros-Gebirge im Irak, wie sich Falten während der Verkürzung der Gesteinsschichten zu großen länglich gezogenen Faltengürtel entwickeln können. "Am Beginn der Verkürzung entstehen isolierte Falten, die sich bei weiterer Verkürzung geradlinig oder schräg mit anderen Falten verbinden können", fasst Grasemann die Ergebnisse zusammen: "Ist der Abstand zwischen zwei seitlich wachsenden Falten zu groß, dann verbinden sich die Falten nicht."

	Kartenansicht und 3D-Blockmodell der Faltenverbindungen: a) geradlinige Verbindung (linear-linkage); b) schräge Verbindung (oblique-linkage) und c) keine Verbindung (no-linkage).

Durch einen Sattel verbunden

Dabei verbinden sich die Falten über sogenannte "Sattelflächen" – als Sattelfläche wird in der Geometrie eine Fläche bezeichnet, die in den beiden Hauptrichtungen entgegengesetzt gekrümmt ist, wie etwa ein Pferdesattel. "Das ist deshalb bedeutend, weil man durch Erkennen dieser Positionen ursprünglich getrennte Faltensegmente identifizieren kann", erklärt der Geologe. Auch für die Wirtschaft sind die neuen Erkenntnisse von großer Relevanz: "Die Faltenverbindungen ermöglichen das Migrieren von Kohlenwasserstoffen von einer Falte in das seitlich anschließende Faltensegment. Dadurch lässt sich die mögliche Ausbreitung von Kohlenwasserstoffen vorhersagen", erklärt Grasemann.

	Geologische Karte der Kirkuk- und der Quara Chaug-Falte im Nordirak. Während sich die Kirkuk Falte durch geradlinige Verbindung gebildet hat, ist die Quara Chaug Falte durch eine schräge Verbindung gekennzeichnet. In der Sattelfläche der Quara Chaug Falte wird Gips abgebaut.

Die Publikation ist die aktuellste einer Reihe von Veröffentlichungen, u.a. in den Journals "Geology", "Tectonics", "Basin Research" und "AAPG Bulletin", die im Rahmen des dreijährigen Forschungsprojekts "Quantitative structural modelling of the Zagros Fold-and-Thrust Belt in Kurdistan Region of Iraq" unter der Leitung von Bernhard Grasemann entstanden sind. In seinem aktuellen Projekt erarbeitet Grasemann ein 3D-Strukturmodell des Libanon-Gebirges; die Forschungsarbeiten werden von der OMV Exploration & Production GmbH finanziert. (br)

Das Paper "Lateral fold growth and fold linkage" (Autoren: B. Grasemann und S. M. Schmalholz) erschien 2012 im Fachjournal "Geology" (40, 1039-1042).