Thermo-mechanical and stratigraphic numerical forward modelling: recent advances and their joint application in the Pannonian Basin - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles Földtani Közlöny Year : 2019

Thermo-mechanical and stratigraphic numerical forward modelling: recent advances and their joint application in the Pannonian Basin

(1) , (2) , (3)
1
2
3

Abstract

Basin analysis and subsidence history provide key insights into sedimentary basin forming mechanisms. Direct observations have long been the only source of information on their thermal and lithological architecture. State of the art modelling techniques today enable the prediction and computation of their formation and evolution constrained by geological field observations, geophysical and deep borehole data. Understanding the inherent connections between largescale tectonic and local basin-scale surface processes requires the joint application of thermo-mechanical and stratigraphic modelling techniques. To this aim, we combined the thermo-mechanical lithospheric-scale numerical code Flamar and the high-resolution 3D deterministic stratigraphic software DionisosFlow. This joint modelling method quantifies forcing factors, such as crustal and lithospheric thinning, lithospheric flexure, sea-level and climatic variations associated with water and sediment influx and sediment compaction. The modelling shows the migration of extensional deformation in space and time creating deep half-grabens. After a rapid uplift event, the subsequent post-rift times are characterised by continuous kilometre-scale differential vertical movements. The modelled tectonic subsidence and uplift rates and halfgraben geometries are imported into the 3D stratigraphic modelling code. Our modelling of a 120 km × 150 km area shows that such scenarios are associated with continental alluvial to shallow-water sedimentation and footwall erosion during the early stages of the syn-rift, followed by rapid deepening during the subsequent syn-rift evolution. Finally, the basins are filled by a large-scale prograding shelf-margin slope system during the post-rift times. We differentiate between unconformities caused by tectonics, sea-level variations or auto-cyclic processes. Our tectonic and stratigraphic results are compared with geological and geophysical constraints from the Pannonian Basin of Central Europe.
Tektonikai és rétegtani numerikus modellezés: együttes alkalmazásuk és új eredményeik a Pannon-medencében Összefoglalás Üledékes medencék térben és időben változó süllyedéstörténete jól tükrözi az egy adott területre jellemző főbb medence-formáló klimatikus, üledékes és tektonikai folyamatokat. A klasszikus medenceanalízis módszere fúrási és további geofizikai adatokból, valamint az üledékes rétegsor megismeréséből származtatja egy medence süllyedés történetét. Napjainkra azon-ban különböző numerikus modellezési módszerek lehetővé teszik medencék süllye déstörténetének és fácieseloszlásának számítását és előrejelzését, amennyiben ismerjük a terület fejlődését leíró főbb fizikai folyamatokat. Ezen folyamatorientált modelleket geológiai és geofizikai adatokkal kell hitelesíteni. Ebben a tanulmányban litoszféraléptékű tektonikai és medenceskálájú felszíni folyamatok kapcsolatát vizsgáljuk, amely megköveteli a különböző térbeli és időbeli skálájú numerikus modellek együttes alkalmazását. Ennek megfelelően ötvöztük a 2D termo-mechanikus Flamar tektonikai modellt és a nagy felbontású DionisosFlow rétegtani modellező programot, így képesek voltunk számszerűsíteni a kéreg és litoszféra rideg és képlékeny deformációjának és elasztikus meghajlásának léptékét. A tektonikus numerikus modell által számított süllyedéstörténetet bemenő adatként használtuk a rétegtani modellezésnél, ahol a fejlődő részmedencékben vizsgáltuk az üledékes szállítási útvonalak és az üledékes környezetek fejlődését. Ezzel egyidejűleg figyelembe vettük a vízszintváltozások és klimatikus hatások szerepét a medence süllyedés-és feltöltődés történetének szimulációja során. Aszimmetrikus litoszféra extenziós modell eredményeink jelzik mély félárkok fejlő dését a medenceperemektől a medence belseje felé. Egy rövid kiemelkedési fázist követően a "posztrift" időszak további kilométer nagyságrendű differenciális vertikális mozgásokkal jellemezhető. Modellünk rávilágít a vízmélység értékek térbeli és időbeli változékonyságára, valamit a kialakuló unkon-formitások okaira. Modelleredményeink egy lehetséges forgatókönyvet jelentenek a Pannon-medence tektonikai és rétegtani fejlődésére. Abstract Basin analysis and subsidence history provide key insights into sedimentary basin forming mechanisms. Direct observations have long been the only source of information on their thermal and lithological architecture. State of the art modelling techniques today enable the prediction and computation of their formation and evolution constrained by geological field observations, geophysical and deep borehole data. Understanding the inherent connections between large-scale tectonic and local basin-scale surface processes requires the joint application of thermo-mechanical and stratigraphic modelling techniques. To this aim, we combined the thermo-mechanical lithospheric-scale numerical code Flamar and the high-resolution 3D deterministic stratigraphic software DionisosFlow. This joint modelling method quantifies forcing factors, such as crustal and lithospheric thinning, lithospheric flexure, sea-level and climatic variations associated with water and sediment influx and sediment compaction. The modelling shows the migration of extensional deformation in space and time creating deep half-grabens. After a rapid uplift event, the subsequent post-rift times are characterised by continuous kilometre-scale differential vertical movements. The modelled tectonic subsidence and uplift rates and half-graben geometries are imported into the 3D stratigraphic modelling code. Our modelling of a 120 km × 150 km area shows that such scenarios are associated with continental alluvial to shallow-water sedimentation and footwall erosion during the early stages of the syn-rift, followed by rapid deepening during the subsequent syn-rift evolution. Finally, the basins are filled by a large-scale prograding shelf-margin slope system during the post-rift times. We differentiate between unconformities caused by tectonics, sea-level variations or auto-cyclic processes. Our tectonic and stratigraphic results are compared with geological and geophysical constraints from the Pannonian Basin of Central Europe.
Fichier principal
Vignette du fichier
document.pdf (1.45 Mo) Télécharger le fichier
Origin : Publication funded by an institution
Loading...

Dates and versions

hal-02397980 , version 1 (06-12-2019)

Identifiers

Cite

Attila Balazs, Liviu Matenco, Didier Granjeon. Thermo-mechanical and stratigraphic numerical forward modelling: recent advances and their joint application in the Pannonian Basin. Földtani Közlöny, 2019, 149 (3), pp.183. ⟨10.23928/foldt.kozl.2019.149.3.183⟩. ⟨hal-02397980⟩

Collections

IFP
23 View
99 Download

Altmetric

Share

Gmail Facebook Twitter LinkedIn More