Original paper

Correlation of stress directions across the North German Basin: suprasalt and subsalt differences

Lempp, Christof; Lerche, Ian

Abstract

Based on approximately 100 downhole measurements from boreholes with total depths reaching below salt and about 30 measurements from boreholes in suprasalt sediments, the stress magnitude and directions in the subsalt and suprasalt sediments are evaluated for the North German Basin across the whole basin and also in three regional areas. The method of compressing the information to obtain statistically viable results is based on decision tree analysis. The prevailing N-S trend of the stress direction in the subsalt region is shown to be a systematic property of the sediments across the basin and is further seen in the three regional areas. Above the salt the trend of the stress direction is found to be approximately at right angles to that below salt both across the basin and also regionally. The location of the boreholes in relation to salt structures, and also to faults that cross the salt, is shown to be a dominant concern in correlating the overall trend of the stress directions both subsalt and suprasalt, based on the available data. While the total available borehole data base across the North German Basin is sparse and non-uniform, nevertheless the suprasalt trends and subsalt trends of stress directions are sufficiently firmly established in relation to faults and salt structures that it would be difficult to overturn the trends with more data. However, more borehole data would help tie better the relation of deep-seated faults and suprasalt stress directions so that one could start to assemble the tectonic stress influence of faults, rising structures, flowing salt, etc., on the stress development in both the subsalt and suprasalt sediments. The decision tree methods developed here are able to incorporate any future borehole information, particularly in the suprasalt domain.

Kurzfassung

Auf der Grundlage von etwa einhundert Bohrungsmesspunkten aus Bohrungen, die bis unter die Serien der Zechsteinsalze des Norddeutschen Beckens abgeteuft worden sind, sowie ungefähr dreißig Bohrungsmesspunkten aus Bohrungen, die nur bis in die suprasalinaren Schichten abgeteuft worden sind, wurden Auswertungen von Spannungsrichtungen im gesamten Norddeutschen Becken durchgeführt. Die Methode, mit welcher aus diesen Daten statistisch Ergebnisse abgeleitet werden, basiert auf der ,,Entscheidungsbaum-Analyse.In ihren Mittelwerten unterscheiden sich die Richtungen der größten Horizontalspannungskomponente SHmax im Subsalinar bzw. im Suprasalinar um 90°. Der vorherrschende N-S-Trend der größeren horizontalen Spannungskomponente SHmax im subsalinaren Stockwerk erweist sich als systematische Eigenschaft der Sedimentfolge im gesamten Becken, die sich auch bei der weiteren separaten Auswertung von drei Teilregionen bestätigt. Oberhalb des Salzes dagegen zeigt sich der Trend der horizontalen Spannungskomponente SHmax im Mittel als E-W, d. h. rechtwinklig zum Subsalinar, was sich auch wieder in den Analysen der Teilregionen bestätigt.Die Lage der Bohrungsmesspunkte in Bezug auf die Salzstrukturen und auf die tektonischen Störungen, welche die Salzstrukturen queren, erweist sich als wesentlicher Sachverhalt, der die Beziehung zwischen dem generellen Trend der Spannungsrichtungen sowohl im Supra- wie im Subsalinar bestimmt. Während die gesamte verfügbare Datenbasis an Spannungsrichtungsinformationen im Norddeutschen Becken relativ spärlich und unregelmäßig verteilt erscheint, so sind doch die unterschiedlichen Trends im Suprasalinar und im Subsalinar ausreichend stark bestätigt und in ihren Zusammenhängen mit Salzstrukturen und tektonischen Störungen begründbar, sodass selbst mit einer besseren Datenbasis diese Trends nicht mehr aufgehoben werden würden. Allerdings könnten mehr Spannungsdaten aus mehr Bohrungen die Zusammenhänge zwischen tief reichenden Störungen und Spannungsrichtungen im Suprasalinar besser verdeutlichen, sodass man beginnen könnte, eindeutiger zu unterscheiden zwischen tektonischen Einflussfaktoren der Störungssysteme, aufsteigend wirkenden Strukturen, fließendem Salz usw., jeweils im Hinblick auf deren Beitrag zum aktuellen Spannungsfeld im subsalinaren und im suprasalinaren Sedimentstockwerk. Jegliche zukünftige Informationen aus Bohrungen können in die hier entwickelte Entscheidungsbaum-Methode einbezogen und weiter verarbeitet werden, was insbesondere für die suprasalinaren Bereiche von Interesse sein dürfte. Auf der jetzigen Datenbasis kann der generelle N-S-Trend der größeren Horizontalspannungskomponente SHmax als Folge der plattentektonischen Situation (N-S Kompression, E-W Extension) interpretiert werden, während die abweichenden SHmax-Orientierungen im Suprasalinar den andauernden Fließbewegungen des Salzes und/oder einem im Postsalinar veränderten Sedimentationsregime zugeschrieben werden können.

Keywords

north german basinstress orientationsubsaltsuprasaltdecision tree analysis