Original paper

Interpretation reflexionsseismischer Profile zwischen baltischer Kontinentalplatte und kaledonischem Becken in der südlichen Ostsee - erste Ergebnisse

[Interpretation of reflection profiles situated between the Baltic Continental Plate and the Caledonian Basin in the southern Baltic Sea - first results.]

Schlüter, Hans-Ulrich; Best, Gerhard; Jürgens, Udo; Binot, Franz

Kurzfassung

Im Forschungsprojekt "Strukturatlas südliche Ostsee" (SASO) werden reflexionsseismische Profile der ehemaligen "Gemeinsamen Organisation Petrobaltik" einer Revision unterzogen. Aus der paläotektonischen und neotektonischen Strukturentwicklung sollen mögliche Eintragswege geogener Stoffe aus dem Untergrund abgeleitet werden. Das kristalline präkambrische Basement des baltischen Kontinentalrandes mit auflagernden kambroordovizischen Schwarzschiefern erstreckt sich in reprozessierten seismischen Profilen weiter nach S und SW als bisher angenommen. Unter der Oberfläche des Kristallins treten in ca. 8 bis 12 km Tiefe intrakrustale Reflexionen auf, die als Relikt einer kurzzeitig aktiven, altpaläozoischen Subduktionszone gedeutet werden. Die Schwarzschiefer werden als Hauptabscherungsfläche für den auflagernden, intensiv deformierten Akkretionskeil angesehen. Der heutige Verlauf des baltischen Kontinentalrandes und die Front des Akkretionskeils deuten auf überwiegend rechtslaterale "wrench"-Tektonik während der paläozoischen Plattenkonvergenz zwischen Baltica und Avalonia hin. Die Fazies- und Mächtigkeitsentwicklung des Mesozoikums am Nordrand des "Germanischen Beckens" wird anhand der Bohrlogkorrelationen und der stratigraphischen Erstbearbeitungen präsentiert. Die Entwicklung seit dem Perm ist durch mehrere Rifting-Epochen gekennzeichnet. Im Verlauf des höheren Jura setzte eine neue Extensionsphase mit der Anlage jungmesozoischer Becken und Gräben ein. Diese pull-apart-Becken wurden in der höheren Oberkreide, vermutlich im Santon, durch transpressive Bewegungen z.T. entlang altangelegter Störungszonen invertiert, wobei die Beckenzentren am stärksten herausgehoben wurden. Dies zeigt sich deutlich in der Mächtigkeitsdifferenzierung zwischen dem invertierten Becken und den umgebenden Randtrögen. Tertiäre Sedimente sind mit Ausnahme des Dan, das am Ostrand des Arkona-Blocks und im Bereich der Nordadler-Kamien-Störung in geringer Mächtigkeit vorkommen dürfte, nicht mehr erhalten. Die ursprüngliche Verbreitung und Mächtigkeit der alttertiären Sedimente ist schwer rekonstruierbar wegen der seit dem Jungtertiär verstärkt einsetzenden flächenhaften Hebung und Abtragung. Ursache dürfte der Einfluß eines vom Nordseebecken ausgehenden Riftings darstellen, dessen Einwirkungen sich bis an die Oder nachweisen läßt. Dadurch kam es im Arbeitsgebiet zu einer vollständigen Erosion der ca. 1 000 m mächtigen paläogenen Sedimente und einer teilweisen Abtragung der Kreidebedeckung. Im Bereich der Inversionsstrukturen, z.B. Grimmener Wall. Gryfice-, Kolberg- und R¢nne-Graben, wurden sogar tiefjurassische bis obertriadische Sedimente von der Abtragung erfaßt, wie aus der abgedeckten geologischen Karte des Präquartärs zu entnehmen ist. Wegen der Zielsetzung der reflexionsseismischen Vermessungen der GO Petrobaltik zur Erkundung des tieferen Untergrundes ist die Datenqualität im oberen Laufzeitbereich weniger gut. Dennoch können bei flächenhafter Auswertung, unter Verwendung aller Informationen über die seebodennahen Schichten, unterschiedliche Strukturelemente bis etwa 300 msec ausgehalten werden. Einige dieser oberflächennahen, z.T. wohl auch rezent noch aktiven Strukturen lassen sich dem mesozoischen und paläozoischen Untergrund - seien es Störungssysteme oder geneigte Schichten - zuordnen. Diese Strukturen werden als mögliche direkte Eintragswege für geogene Stoffe in den Stoffkreislauf der Ostsee ausgewiesen. Insbesondere die Adler-Kamien-Störungszone, ca. 40 km östlich Rügens, zeichnet sich auch meeresbodennah deutlich ab.

Abstract

The research project "Strukturatlas südliche Ostsee" (SASO) carries out a revision of reflection seismic profiles of the former organization Petrobaltik. From the analysis of the paleotectonic and neotectonic structural evolution possible pathways for the input of natural substances from the subsurface should be determined. According to reprocessed seismic profiles, the crystalline Precambrian basement of the Baltic continental margin and the overlying Cambro-Ordovician black shales extend further to the south and southwest than previously expected. Intracrustal reflections occur at depths of 8-12 km below the top of the basement. These reflections presumably represent the remainders of a short term subduction zone of late Ordovician to Silurian age. The black shales are interpreted to represent the main detachment for the overlying and highly deformed accretionary wedge. Due to the present structure of the Baltic continental margin and due to the regional extend of the accretionary wedge, right-lateral wrench tectonics seem reasonable during the Paleozoic convergence between the Baltic and Avalonia plates. The Mesozoic development of the facies and thicknesses along the northern margin of the "German Basin" is presented on the basis of well-logs and stratigraphic correlations. The taphrogenetic development is characterized by several rifting episodes since the early Permian. During late Jurassic new extension started which led to the formation of the late Mesozoic basins and grabens. These "pull-apart'-basins were inverted in the late Cretaceous (Santonian?) by transpressional movements along inherited (transcurrent?) fault zones. The basin centres were stronger upliftet than the rims, which can be detected by analyzing thickness variations of the late Cretaceous between the inverted basins and their corresponding marginal troughs. Tertiary Sediments are more or less removed by erosion with exception of the Danian. At the eastern edge of the Arkona-Block and in the area of the Nordadler-Kamien-Fault Sediments of this age can be expected. The original distribution and thickness of the Paleogene is difficult to reconstruct, because of an increasing regional uplift and erosion during the late Tertiary. The reason for this uplift might be the rifting in the centre of the North Sea. This led to an uplift and erosion of about 1 000 m of the Paleogene sediments and a partial removal of the Cretaceous cover in the area. At the sites of the inversion structures, i.e. the Grimmen anticline and the inverted Gryfice-, Kolberg- and R¢nne-Grabens, even early Jurassic and late Triassic Sediments were truncated. The target of the seismic surveys of the former Company GO Petrobaltik were the deep lying Paleozoic Sediments. Hence the quality and content of the uppermost reflections were deliberately reduced during acquisition by cutting off the signal at 62.5 Hz as well as during processing. A thorough investigation of the seismic grid spaced 1 to 2 km reveals a complex pattern of seismic anomalies in the first 300 msec. These are due to the morphology of the sea bed and the different physical properties of the Sediments and their structure beneath the sea bed. The Adler-Kamien-Faultsystem to the east of Rügen is clearly expressed in the uppermost reflections. This faultzone might posssibly be a pathway for upwards migration for geogene particles, fluids and gases into the ecosystem of the Baltic Sea.