Original paper

Quaternary fluvial basin of northern Upper Rhine Graben

Przyrowski, Roman; Schäfer, Andreas

Abstract

The Upper Rhine Graben is part of the European Cenozoic Rift System. The main phase of its rifting happened during the Oligocene and Miocene, continuing throughout the Pleistocene and Holocene. The northern Upper Rhine Graben is about 40 km wide and 150 km long, containing an up to 3500 m thick basin fill of Cenozoic sediments, unconformably resting on Mesozoic strata. The major part of the Cenozoic basin fill is of Tertiary marine to nearshore continental sediments. The Quaternary of the Upper Rhine Graben was formed as a fluvial basin containing sediments of Pleistocene to Holocene in age. As basin subsidence was accompanied by coeval uplift of the graben shoulders throughout the Cenozoic, the Pleistocene fluvial system has been confined to the today graben surface. This will be the focus of our study. Sands and muds of the fossil record within the Upper Rhine Graben show up in wells, which represent thickness and extent of the fluvial basin. The wells generally measure the entire Quaternary, mostly exposing the Pleistocene depositional record. Rapid fluvial transports had contributed coarse-grained sediments during times rich in melt water, whereas fine-grained suspensions had been trapped in numerous lakes that were interconnected and spread throughout the fluvial plain during stagnant times of the cold glacial season. Tentatively correlating the well profiles with the parent Quaternary stratigraphy of the Upper Rhine Graben, we work out a depositional model that is close to the historical view on the meander fluvial plain, once built by the Upper Rhine, Palaeo-Neckar, and Palaeo-Main rivers prior to 1804 when fundamental river course managements started to modify the natural environments.

Kurzfassung

Der Oberrheingraben ist ein Segment des Europäischen Känozoischen Riftsystems. Die Hauptphase des Rifting fand maßgeblich während des Oligozäns und Miozäns statt und leitete damit Subsidenzbewegungen im Oberrheingraben ein, die bis in das Quartär andauern. Der nördliche Teil des Oberrheingrabens hat eine Breite von ca. 40 km und eine Länge von ca. 150 km und enthält eine bis zu 3500 m mächtige Füllung känozoischer Sedimente, die diskordant dem Mesozoikum auflagern. Die tertiären Ablagerungen der känozoischen Grabenfüllung sind in marinen bis küstennahen kontinentalen Milieus entstanden. Die quartäre Füllung des Oberrheingrabens ist dagegen eine fluvial geprägte Einheit, die sich seit dem Plio-/Pleistozän bis in die Gegenwart hinein entwickelte. Da mit der Einsenkung des Grabens ein gleichzeitiges Herausheben der Grabenschultern während des Känozoikums einherging, beschränkt sich das pleistozäne fluviale System auf die heutige Grabenoberfläche. Dieses ist der Schwerpunkt unserer Bearbeitung. Die in Bohrungen aufgeschlossenen Sande und Pelite der Schichtenfolge des Oberrheingrabens beschreiben die Mächtigkeit und Ausdehnung des fluvialen Beckens. Die Bohrungen stehen im Quartär und schließen meistens die Schichtenfolge des Pleistozäns auf. Schnelle fluviale Transporte haben bei reichlich Schmelzwasser grobkörnige Sedimente angeliefert, wohingegen feinkörnige Sedimente in zahllosen Seen abgelagert wurden, die während Stagnationszeiten miteinander verbunden die Flussebene überdeckten. Die in den Bohrungen erschlossene Schichtenfolge wurde in vorsichtiger Näherung mit der derzeit gültigen Quartärstratigrafie korreliert. Wir entwerfen ein sedimentologisches Modell, das sich eng an das inzwischen historische Bild der Mäanderebene von nördlichem Oberrhein, Paläo-Neckar und Paläo-Main in der Zeit vor 1804, dem Beginn der grundlegenden Umgestaltung der Wasserläufe, anlehnt.

Keywords

heidelberg basindepositional modelfluvial environmentupper rhine grabenpleistocenebase-level cyclesfacies distributionrhine riverquaternary stratigraphy