Universitätsbibliothek Wien

Hydrodynamic fault properties and deformation mechanisms in carbonate fault zones

Bauer, Helene (2018) Hydrodynamic fault properties and deformation mechanisms in carbonate fault zones.
Dissertation, University of Vienna. Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
BetreuerIn: Grasemann Bernhard
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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-27648.69448.540267-4
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-27648.69448.540267-4

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Abstract in English

This doctoral thesis presents results from an integrated multi-scale study on shallow-crustal faults and fault rocks hosted in carbonate rocks of the Hochschwab massif, a high alpine karst plateau in the north of Austria`s province Styria that is of major importance for the water supply of Austria`s capital Vienna. Faults were formed at a compressional segment of the SEMP fault, a large scale strike-slip fault system that was formed during eastward lateral extrusion of the eastern Alps in the Miocene to Oligocene. The study covers a large range of scales from the entire watershed down to the crystal lattice of individual calcite grains. A hydrogeological characterization of faults and fault rocks is presented based on investigations of deformation processes and an extensive porosity and permeability data set. Detailed outcrop-based fault profiles, investigating the distribution and quantity of fault rocks and fractured rocks, fracture density measurements and porosity/permeability data from hand-specimens to plug-sized samples are used to differentiate distinct fault compartments resulting in a conceptual fault model that distinguishes conduits, barriers, and mixed conduit-barrier faults. A Monte Carlo simulation underlines that on the regional scale fault networks form first order flow conduits directing recharge towards the springs and that a modeled fault network has the potential to contribute significantly to the storage capacity of the aquifer. The documented deformation mechanisms, including unexpected ductile deformation behaviour of calcite under low temperature (<150°C) burial conditions as well as rock-pulverization, proves that complex deformation patterns operating in the course of seismic and aseismic periods can be traced along the SEMP. EBSD data show intense deformation twinning, undulose extinction, dislocation glide and the formation of low-angle boundaries and recrystallization of small grains in calcite rocks. For the eastern SEMP and the local burial temperatures, ductile deformation of calcite was not described so far.

Schlagwörter in Englisch

Northern Calcareous Alps / fault zones / carbonate fault rocks / deformation mechanisms / low-temperature ductility of calcite / rock pulverisation / porosity and permeability

Abstract in German

Diese Doktorarbeit präsentiert die Resultate einer integrativen, Maßstab-übergreifenden Studie von karbonatischen Störungen und Störungsgesteinen, die in geringen Krustentiefen entlang der überregional bedeutenden SEMP Störung im Zuge der lateralen Extrusion der Ostalpen im Miozän-Oligozän entstanden sind. Das Untersuchungsgebiet umfasst das Hochschwabmassif, ein im Norden der Steiermark gelegenes, hochalpines Karstplateau von überregionaler Bedeutung, da es einen Großteil der Trinkwasserversorgung der Stadt Wien sicherstellt. Ausgehend von einer detaillierten, prozessorientierten Untersuchung der Deformationsmechanismen und einem umfassenden Datenset der hydrogeologischen Eigenschaften von Störungsgesteinen (Porosität und Permeabilität), wird ein regionales, hydrogeologisches konzeptuelles Störungsmodell entwickelt. Detaillierte Störungsprofile zur Verteilung, Anordnung und der Anteilsmenge verschiedener Störungsgesteine und geklüfteter Gesteine, Untersuchungen der Kluftdichten sowie ein umfassendes Porositäts- und Permeabilitätsdatenset von Handstücken und Plugs werden in dieses konzeptuelle Störungsmodell integriert, das Störungen als potentielle Conduits, Barrier-Conduits, und Barriers ausweist. Eine Monte-Carlo Simulation zeigt, das Störungen im regionalen Kontext Wegigkeiten erster Ordnung darstellen, die die lokale Fluidmigration räumlich fokussieren und für eine schnelle Ableitung von Oberflächenwässern hinunter zum lokalen Berg/Karstwasserspiegel ermöglichen. Es kann außerdem gezeigt werden, dass Störungen auch das Potential haben, einen signifikanten Beitrag zur Speicherkapazität eines Karstaquifers zu leisten. Es wird weiters gezeigt, dass die Störungen ein weites Spektrum an Deformationsmechanismen aufweisen, das sowohl co-seismische Bruchdeformation als auch aseismisches Kriechverhalten umfasst. Detaillierte mikrostrukturelle Untersuchungen widmen sich Gesteinspulverisation und duktiler Deformation, beides Prozesse, die im Rahmen großer Scherzonen zwar beschrieben wurden, jedoch nicht entlang der östliche SEMP Störung und nicht unter den lokalen Temperaturbedingungen. EBSD Daten aus kalzitischen Störungsgesteinen belegen die Ausbildung von Deformationszwillingen und Mikroscherzonen, in denen es zu Dislokationsgleiten sowie einer Entstehung von Subkorngrenzen und einer teilweisen Rekristallisation von kleinen Körnern kommt. Die Erkenntnis, dass duktile Deformationsprozesse in Kalzit auch unter relativ geringen Temperaturen (<150°C) stattfinden können, ist dabei von weitgehender Bedeutung. Dieses Deformationsverhalten konnte bislang für den betreffenden, untersuchten Abschnitt der SEMP-Störung nicht nachgewiesen werden.

Schlagwörter in Deutsch

Nördliche Kalkalpen / Störungszonen / karbonatische Störungsgesteine / Deformationsprozesse / niedrigtemperatur Duktilität von Kalzit / Gesteinspulverisation /Porosität und Permeabilität

Item Type: Hochschulschrift (Dissertation)
Author: Bauer, Helene
Title: Hydrodynamic fault properties and deformation mechanisms in carbonate fault zones
Umfangsangabe: 203 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Doktoratsstudium NAWI aus dem Bereich Naturwissenschaften (Dissertationsgebiet: Erdwissenschaften)
Publication year: 2018
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Grasemann Bernhard
Assessor: White, Joseph
2. Assessor: Kurz, Walter
Classification: 38 Geowissenschaften > 38.36 Tektonik
AC Number: AC15033852
Item ID: 51501
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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