Original paper

2D-modelling of the thermal evolution of Carboniferous and Devonian sedimentary rocks of the eastern Ruhr basin and northern Rhenish Massif, Germany

Büker, Carsten; Littke, Ralf; Welte, Dietrich H.

Kurzfassung

Die Rekonstruktion der Versenkungs- und Temperaturgeschichte paläozoischer und mesozoischer Schichten entlang des nördlichen Teils des seismischen Profils DEKORP 2-N erfolgte unter Anwendung eines neuen numerischen 2D-Simulationsprogrammes. Das Modell der Beckenentwicklung wurde durch Vitrinitreflexionsdaten sowie Ergebnisse der Apatitspaltspuren-Analyse und der Rock-Eval Pyrolyse kalibriert. Grundlage für die numerische Simulation war die Erkenntnis, daß die Inkohlung der paläozoischen Schichten durch das Temperaturfeld erfolgte, welches zur Zeit ihrer maximalen Versenkung vor der Hebung im späten Oberkarbon und/oder frühen Perm (Rotliegend) herrschte. Die Modellierung der Inkohlung unter Anwendung des kinetischen EASY%Ro-Algorithmus ergab a) daß die erodierten Karbonmächtigkeiten im Untersuchungsgebiet von N nach S von ca. 2800 m auf ca. 5800 m ansteigen; b) daß der Wärmefluß am Ende des Oberkarbons in südlicher Richtung von 85 mW/m2 auf 60 mW/m2 abnahm. Die erodierte Überlagerung bestand wahrscheinlich aus autochthonen Sedimenten, welche, geologischen Überlegungen folgend, bis in das Stefan abgelagert wurden. Die Westfal-Sedimentation erstreckte sich auch weit in den Bereich des Rheinischen Schiefergebirges, wo diese stratigraphische Einheit heute komplett erodiert ist.

Abstract

The burial and thermal history of Palaeozoic and Mesozoic strata along the northern part of the seismic line DEKORP 2-N was reconstructed applying a new 2D forward modelling approach. The basin evolution model was calibrated using vitrinite reflectance data, apatite fission track analysis and data from Rock-Eval pyrolysis. Clear geological evidence exists that the coalification of the Palaeozoic rocks was caused mainly by the temperature field at the time of maximum burial prior to uplifting during latest Carboniferous and/or early Rotliegend time. Hence modelling their thermal maturity applying the kinetic EASY%Ro approach suggests a) that the amount of Carboniferous sediments eroded increases southward from a thickness of about 2800 m at the northern end of the DEKORP line to about 5800 m in the south of the study area; b) a southward decreasing crustal heat flow during late Carboniferous time from about 85 mW/m2 in the north to about 60 mW/m2 in the south. The eroded overburden probably consisted of autochthonous sediments of late Westphalian and Stephanian age. The Westphalian sediments must have been present even in the Rhenish Massif, where they are now completely eroded.

Keywords

Two-dimensional modelbasin analysisburial historytemperature historyheat flowthermal maturityVariscan Orogenyuplifterosion Rhenish MassifRuhr BasinNorth Rhine-Westphalia