Dissertation Oberrheingraben

Eva-Marie Hagedorn (2004): Sedimentpetrographie und Lithofazies der jungtertiären und quartären Sedimente im Oberrheingebiet

Die vollständige Online-Veröffentlichung finden Sie unter:

http://kups.ub.uni-koeln.de/volltexte/2004/1253/


Kurzfassung:

(Englische Version)

Im Rahmen dieser Dissertation wurden die Lockergesteine des Quartärs und Jungtertiärs im Bereich des Oberrheingrabens anhand zahlreicher, qualitativ hochwertiger Forschungsbohrungen sedimentpetrographisch untersucht. Zusätzlich erfolgte eine Lithofaziesaufnahme der Sedimentabfolgen unter Leitung des LGRB Baden-Württemberg. Vereinzelt geben paläontologische und paläomagnetische Analysenbefunde Hinweise auf die zeitliche Einstufung der Sedimentabfolgen.

Ergänzend wurden Sedimente von den Grabenrändern in Tagesaufschlüssen und Bohrungen petrographisch analysiert. Die aus allen Untersuchungen resultierenden Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf die Entstehung und die stratigraphische Gliederung der quartären und jungtertiären Lockergesteine des Oberrheingrabens zu.

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Lage der Bohr- und Probenpunkte

Im Bereich des südlichen Oberrheingrabens sind die pleistozänen Lockergesteinsabfolgen lithofaziell in die Breisgau-Formation und die Neuenburg-Formation (Jüngere Schotter) zu untergliedern. Die Breisgau-Formation lässt sich anhand der Schwermineralbefunde in die Unteren Breisgau-Schichten - mächtige Kiesabfolgen mit verwitterten Geröllen, dichtem Gefüge und einem geringen Hornblende-Anteil - und die Oberen Breisgau-Schichten mit deutlich höherem Hornblende-Gehalt, zunehmendem Anteil an alpinen Geröllen und lockererem Sedimentgefüge unterteilen.

Ob die Veränderung im Schwermineralspektrum zwischen Unteren und Oberen Breisgau-Schichten durch eine Liefergebietsänderung oder durch Verwitterungseinwirkung entstand, kann bislang nicht eindeutig beantwortet werden. Die Neuenburg-Formation (Jüngere Schotter) zeichnet sich durch frische Gerölle vorwiegend alpiner Herkunft aus, ist aber schwermineralanalytisch nicht von den Oberen Breisgau-Schichten abzugrenzen. Innerhalb dieser Neuenburg-Formation lassen sich entlang der Bohrprofile recht deutlich zwei Groblagen verfolgen, deren Entstehung vermutlich glazialmorphologisch zu erklären ist.

Im südlichsten Abschnitt des Grabens folgen unterhalb der pleistozänen Sedimente oligozäne Ablagerungen. Weiter nach Norden sind unter den Quartärabfolgen Ablagerungen aus dem Pliozän, die Iffezheim-Formation, eingeschaltet. Die jungtertiären Sedimente lassen sich als Lokalschüttungen von den Grabenrändern ohne alpinen Zufluss eindeutig durch ihr Schwermineralspektrum von den alpin geprägten Sedimentschüttungen abgrenzen, die seit dem obersten Pliozän in den Oberrheingraben gelangen.

Beim Vergleich der in mehreren Bohrungen erteuften Sedimente der Iffezheim-Formation fallen deutliche Unterschiede in den ermittelten Schwermineralspektren auf: In Bohrprofilen aus dem Südgraben (Hartheim, Nambsheim, Plobsheim) lässt sich die Iffezheim-Formation in einen oberen Abschnitt mit überwiegend stabilen Schwermineralen (Zirkon, Turmalin, Anatas) und einen unteren Abschnitt, der zusätzlich einen höheren Anteil an instabilen Schwermineralen (Granat, Hornblende und Epidot) beinhaltet, unterscheiden. In den untersuchten Bohrabfolgen aus dem nördlichen Oberrheingraben (Speyer, Schifferstadt, Ludwigshafen-Parkinsel und Osthofen) treten dagegen pliozäne Sedimente mit einem gemischten Schwermineralspektrum auf (instabile und stabile Schwerminerale), das mit dem des unteren Abschnitts der Iffezheim-Formation vergleichbar ist.

Das aus instabilen und stabilen Mineralen gemischte Schwermineralspektrum in den pliozänen Ablagerungen lässt sich durch Sedimentschüttungen aus Schwarzwald und Vogesen in den Graben und deren Weitertransport nach Norden durch einen pliozänen Ur-Rhein erklären. Petrographische Vergleichsanalysen aus rezenten fluviatilen Schüttungen der Randgebirge bestätigen die Ähnlichkeiten der Mineralzusammensetzungen. In anderen Bohrungen (Iffezheim) und Aufschlüssen am Grabenrand (Riedseltz, Kriegsheim) sind die pliozänen Sedimente dagegen durch stabile Schwerminerale geprägt, was auf einen Sedimenteintrag aus Buntsandstein-Gebieten oder einen höheren Verwitterungsgrad des Materials ("Weisses Pliozän") schließen lässt.

Bedingt durch die Struktur des Oberrheingrabens mit den großen Quartärmächtigkeiten vor allem in Süd- und Nordgraben und der dazwischen liegenden Karlsruher Schwelle, auf der nur deutlich reduzierte Quartärprofile erhalten sind, ist die Korrelation zwischen Süd- und Nordgraben problematisch. Zudem standen im Zeitraum der hier dargestellten Untersuchungen nur wenige ausreichend tiefe Bohrungen im Nordgraben zur Verfügung, die die gesamte quartäre Abfolge durchteuften und das Tertiär erreichten, und somit ausreichende Vergleichsmöglichkeiten der Sedimentabfolgen aus dem Süd- und dem Nordgraben boten.

Im mittleren und nördlichen Oberrheingraben lassen sich die Lithofaziesmuster der pleistozänen Sedimentformationen aus dem südlichen Grabengebiet nicht eindeutig verfolgen. Durch die zunehmende Sortierung des Materials und Vermischung mit Schüttungen von den Grabenrändern verändert sich der Charakter der Grabensedimente in Richtung Norden.

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Schematischer Profilschnitt des nördlichen Oberrheingrabens (nach Kärcher 1987)

Daher kann die für den südlichen Oberrheingraben neu definierte Lockergesteinsgliederung bislang nicht auf die Sedimentabfolgen im mittleren und nördlichen Oberrheingraben übertragen werden. Hier wird vorerst an der klassischen Einteilung in Kieslager und trennende Zwischenhorizonte festgehalten, deren bisherige zeitliche Einstufung jedoch durch neuere Datierungen angepasst wurde.

Die Untersuchungsergebnisse für den nördlichen Oberrheingraben haben ergeben, dass der Rhein bis auf einen kurzen Zeitabschnitt zu Beginn des Quartärs und zum Ende der letzten Eiszeit nicht am westlichen Grabenrand geflossen ist. Hier treten bis zu 70 m mächtige Sedimente auf, deren stabiles Schwermineralspektrum auf eine Herkunft aus den Buntsandstein-Gebieten des Pfälzerwaldes schließen lässt. Durch unterlagernde alpine Rheinablagerungen sowie durch ihren Polleninhalt sind diese Lokalschüttungen in das Quartär einzuordnen. Ein Einfluss des Rheins kann für diesen Ablagerungszeitraum petrographisch ausgeschlossen werden.

Diese Lokalschüttungen wurden in den Bohrungen Speyer, Schifferstadt, Ludwigshafen-Maudach und Osthofen angetroffen. Im Profil der Bohrung Ludwigshafen-Parkinsel zeigt sich eine mehrfach wechselnde Sedimentation von Rhein- und Grabenrandschüttungen. Im östlichen Bereich der Grabenscholle belegen die alpin geprägten Schwermineralspektren der quartären Sedimente einen dauerhaften Einfluss des Rheins (Bohrungen in Mannheim, Schwetzingen).

Die Ursachen für den wechselnden Verlauf des Rheins sind in einer tektonischen und klimatischen Steuerung zu vermuten. Durch die starke Absenkung am Ostrand des Grabens ("Heidelberger Loch") ist ein zeitweilig dieser Einsenkung folgender Rheinverlauf denkbar. Weiterhin könnten tektonische Bewegungen der Grabenschollen (Westliche und Östliche Graben-scholle) einen wichtigen Einfluss auf den Verlauf der Gewässer genommen haben. Hinzu kam die wechselnde Sedimentfracht zwischen Hoch- und Spätglazialen sowie während der Warmzeiten.

In einigen Bohrprofilen aus dem Nordgraben zeichnet sich in den obersten Metern im Schwermineralinhalt ein deutliches Nachlassen des alpinen Einflusses zugunsten von Lokaschüttungen ab. Dies könnte auf eine Unterbrechung des fluviatilen Sedimenttransports aus den Alpen durch das Bodenseebecken während des Holozäns zurückzuführen sein.

Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit liefern wichtige Informationen zur Entstehungsgeschichte der jungtertiären und quartären Sedimente im Oberrheingraben, haben aber auch neue Fragestellungen eröffnet, die weiterführender Untersuchungen bedürfen. Eine konsequente Bearbeitung tiefer Forschungsbohrungen mittels verschiedenster Fachdisziplinen bietet gute Aussichten auf eine Klärung dieser offenen Fragen.