Original paper

The ice age paleo-channel Ellerbeker Rinne an integrated 3D gravity study

Götze, Hans-Jürgen Gabriel; Giszas, Venke; Hese, Fabian; Kirsch, Reinhard Köther; Schmidt, Sabine

Abstract

In the framework of a joint field work with partners of the Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume (LLUR, the former LANU; Flintbek, Germany) and the Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG; Hannover, Germany) gravity measurements have been conducted in July 2005 by members of a student course “Geophysical field exercise” in the area of the Ellerbek paleo-channel near Tangstedt. At approximately 450 stations complete Bouguer anomalies have been calculated. The error of gravity anomaly accounts for 2 × 10-7 m/s2 (max.) to -8 × 10-7 m/s2 (min.). The gravity field of the region is affected by a strong regional gravity field, which is caused by salt structures. Therefore, a regional field was calculated which based on a regional survey of the State Geodetic Survey. It was subtracted from the Bouguer field and a slightly negative residual field (-1.0 to -1.5 × 10-5 m/s2) resulted in the area of the Ellerbek paleo-channel. It was analysed and interpreted by curvature algorithms, Euler deconvolution and 3D modelling. Euler deconvolution and curvature result in a depth of max. 400 m for this part of the Ellerbek paleo-channel; clusters of Euler source points were also calculated for depths of 130 m and 220 m which points to rather inhomogeneous infill of the channel. The compiled 3D density model was constrained by the seismic profile P3 of LIAG and borehole information. The model explains the positive anomaly north of Tangstedt (> 1.5 × 10-5 m/s2) with a high density body (“Geschiebemergel”; boulder clay) of 300 kg/m3 density contrast to the sedimentary infill of the paleo-channel which has its bottom at 200 m depth.

Kurzfassung

Im Rahmen gemeinsamer Arbeiten mit dem Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume (LLUR, früher LANU; Flintbek, Deutschland) und dem Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik (LIAG; Hannover, Deutschland) sind gravimetrische Feldarbeiten im Juli 2005 im Gebiet der Ellerbeker Rinne bei Tangstedt durchgeführt worden. Die Messungen wurden von Studierenden des geophysikalischen Feldpraktikums im Sommersemester 2005 durchgeführt. An den ca. 450 Schwerestationen sind vollständig korrigierte Bouguer-Anomalien berechnet worden. Der Fehler der Schwereanomalie liegt zwischen 2 × 10-7 m/s2 (max.) und -8 × 10-7 m/s2 (min.). Das Schwerefeld der Region wird durch Salzstockstrukturen mit einem starken Regionalfeldeffekt überdeckt. Deshalb wurde ein Regionalfeld aus Daten der Landesvermessung bestimmt. Nach Abzug von der Bouguer-Anomalie entstand ein leicht negatives Schwererestfeld (-1.0 bis -1.5 × 10-5 m/s2) im Bereich der Ellerbeker Rinne. Es wurde mit Hilfe von Krümmungsanalysen, Euler-Dekonvolution und 3D-Modellierungen mit eigenen Softwarepaketen interpretiert. Euler-Dekonvolution und Krümmungsanalyse ergaben für die Ellerbeker Rinne eine maximale Tiefe von ca. 400 m, Cluster von Euler-Quellpunkten wurden auch in Tiefenbereichen von 130 m und 220 m berechnet, was auf eine sehr inhomogene Füllung der Rinne hindeutet. Zusammen mit dem seismischen Reflexionsprofil P3 und Bohrlochinformationen wurde ein dreidimensionales Dichtemodell erstellt. Dieses Modell erklärt auch die positiven Restschwereanomalien (> 1.5 × 10-5 m/s2) nördlich von Tangstedt. Mit einem positiven Dichtekontrast von 300 kg/m3 zur Dichte der quartären Füllung der Rinne kann diese Struktur, die bis in eine Tiefe von ca. 200 m reicht, als Geschiebemergel angesprochen werden.

Keywords

buried valleyburval projectgravitystation complete bouguer anomalyfield transformation3d density modelling