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4D Analogue modelling of oblique rifts and obliquely rifted margins

Applicant Schreurs Guido
Number 178731
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Institut für Geologie Universität Bern
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Geology
Start/End 01.12.2018 - 30.11.2022
Approved amount 579'949.00
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Keywords (9)

Sedimentary basins; Continental rifting; Analogue modeling; Oblique rifting; Mantle exhumation; Rifted margin; X-ray computed tomography; digital volume correlation; lithospheric rheology

Lay Summary (German)

Lead
Analogmodelle werden in der Geologie eingesetzt um einen Einblick in der Deformation der Erdlithosphäre zu gewinnen. Solche Modelle bestehen aus Analogmaterialien (wie z.B. Sanden und Silikonen, die sich ähnlich verhalten wie Gesteine in der Natur) welche in einem experimentellen Gerät deformiert werden. Die bei der Deformation eines Modells gebildeten Strukturen werden in Bern in regelmässigen zeitlichen Abschnitten mit einem Computertomographen (CT-Scanner) dreidimensional visualisiert, und bilden die Grundlage für eine 4D Analyse (d.h. 3D Geometrie mit der Zeit) des Modells. Extension der kontinentalen Lithosphäre ist meist schräg („schiefwinklig“) zu den sich auseinanderbewegenden tektonischen Platten, und führt zur Bildung von schrägen Rift-Becken und - falls die Platten auseinanderbrechen - zu sogenannten „Rifted Margins“. Wir möchten mittels Analogmodellierung die Bildung und Entwicklung geologischer Strukturen in solchen Rift-Becken und Rifted Margins besser verstehen.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Die geologische Strukturen in Rift-Becken und Rifted Margins sind oft schwierig zu interpretieren und widerspiegeln das komplexe Zusammenspiel verschiedener Parameter, wie der Aufbau und Mächtigkeit der Erdkruste und Erdmantel, laterale Änderungen in deren Aufbau, prä-existierende geologische Strukturen, die Geschwindigkeit der sich auseinander bewegenden Platten und der Mass der schrägen Öffnung. In unseren Analogmodellen werden wir den Einfluss dieser Parameter auf den sich bildenden Strukturen systematisch untersuchen.

Die CT-Daten erlauben es nicht nur die 3D-Geometrie der Strukturen im Modell mit der Zeit zu analysieren sondern - mittels Anwendung digitaler Korrelationstechniken -  ebenfalls die interne Verformung zu quantifizieren. Dies ist ein wichtiger Schritt um unsere Analogmodellen mit numerischen Komputermodellen und natürlichen Beispielen zu vergleichen, und um Rückschlüsse über die Entstehungsgeschichte der Strukturen in unseren Analogmodellen zu ziehen. Wir werden unseren Resultaten mit geologischen und geophysikalischen Daten von schrägen Rift-Becken und Rifted Margins weltweit vergleichen.

 

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Rift-Becken und Rift-Margins enthalten einen wichtigen Teil der weltweiten Öl- und Gasvorräten, sind oft von Erdbeben und Rutschungen betroffen und dichtbevölkert. Ein besseres Verständnis derer Entstehung ist deswegen nicht nur von wissenschaftlicher sondern auch von wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Relevanz.

 

Direct link to Lay Summary Last update: 11.10.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
147046 4D Analogue modelling of oblique extension: from continental rifting to passive margin formation 01.04.2013 Project funding (Div. I-III)

Abstract

1. Summary of the research planExtension of the continental lithosphere results in the formation of rifts and rifted margins. Although intensely studied through geological and geophysical methods, in particular because of their hydrocarbon potential, the geometries and fault styles of rifts and rifted margins and the processes that have led to their present-day geometry remain poorly understood. Most rifts and rifted margins have experienced oblique relative motion during at least part of their evolution and in our opinion, a comprehensive understanding of their geometry and kinematics needs to come from combining observations of their present-day structure with results of 3D modelling studies. The aim of this proposal, a follow-up of SNF proposal 200021_147046, is to determine the impact of oblique extension and along-strike changes in extension rate (“scissor extension tectonics”) on the 3D geometry, faulting style and surface evolution of rifts and rifted margins through scaled analogue models. Our research will focus in particular on a quantitative understanding of deformation processes related to oblique rifting, using state-of-the art methods of analogue model analysis. We will build 3D analogue models involving a four-layer approximation of the lithosphere, consisting of a brittle upper crust, a viscous lower crust, a brittle upper lithospheric mantle and an underlying viscous lithospheric mantle. We will use two existing experimental machines and will build a new machine in which the four-layer lithospheric model floats on low viscous glucose syrup, which simulates the sublithospheric mantle and allows an isostatic response of the overlying lithosphere during extension.We will not only investigate the influence of different degrees of extension obliquity, but will also examine a number of other parameters that are considered to play an important role on the 3D geometric and kinematic evolution of rifts and passive margins: These controlling parameters include the influence of extension rate, along-strike changes in extension direction and rate, the presence of crustal or mantle weakness zones, polyphase rifting, magmatism and syn-rift sedimentation. As analogue materials we will use well-characterised brittle and viscous materials. From previous work, we already know the material properties of most materials that will be used. Determining the material properties of as yet untested brittle and viscous materials will be done in collaboration with project partner Matthias Rosenau. Models will be analysed by X-ray computed tomography (CT) to visualise the internal 3D model structures with time and we will apply digital volume correlation techniques to CT data that allow us to quantify the 3D deformation in our models at high spatial resolution (in collaboration with project partner Jürgen Adam). We will compare our experimental results with previously published 3D numerical and analogue models, and in particular with geophysical and geological observations of oblique rifts and obliquely rifted margins worldwide. Our results will improve our understanding of lithospheric-scale deformation processes related to oblique rifts and rifted margins, a benefit that is important for hydrocarbon exploration, seismic hazard analysis and landscape analysis. Our analogue modelling experiments will deliver information on the physical parameters controlling oblique extension, which in turn may be transferred to natural settings to unravel the geometry and kinematic evolution of structures forming during oblique rifting.
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