Geotechnical and sediment physical characterization of glacial-interglacial cycles on a late Miocene to Holocene shelf-slope transect (Canterbury Basin, New Zealand)
Final Report Abstract
Im Rahmen der IODP Expedition 317 im Canterbury Basin (Neuseeland) wurde an vier Bohrlokationen entlang eines Transekts vom mittleren Schelf bis zur oberen Hang der sedimentäre Schelfaufbau untersucht. Ziel war die Erbohrung von neunzehn Diskordanzen, die im Zusammenhang mit globalen Meeresspiegelschwankungen sowie lokalen tektonischen und sedimentären Prozessen stehen. In der hier vorgestellten Studie wurde versucht, mit Hilfe von eindimensionalen Konsolidierungsversuchen (Ödometertests) an 56 ungestörten Proben, erosive Ereignisse an den Diskordanzen nachzuweisen und die ursprüngliche Mächtigkeit der erodierten Sedimentpakete abzuschätzen. Die Ergebnisse daraus sollen wiederum als Grundlage für verbesserte sedimentstratigraphische Analysen bieten. Die Durchführung der Laborversuche mit den beiden Ödometertestständen erwies sich als zeitaufwendiger als ursprünglich angenommen, da diese nicht immer zur Verfügung standen und wegen der notwendigen aufzubringenden Auflast weniger Proben gleichzeitig getestet werden konnten als geplant. Bisher wurden 42 Proben analysiert. Mit Hilfe der graphischen Auswertemethode nach Casagrande wurde die Vorkonsolidierung bestimmt und daraus die ursprüngliche Sedimentmächtigkeit sowie weitere geotechnische Parameter berechnet. Zumindest für die obersten 60 m unter dem Meeresboden, d. h. für die obersten drei Diskordanzen, konnten Sedimentmächtigkeiten zwischen 20 und 35 Meter abgeschätzt werden. Für die tiefer liegende Diskordanzen war die Abschätzung der Sedimentmächtigkeit nicht mehr möglich, da die Auflast der heutigen Sedimente die der erodierten Sedimentpakete übersteigt oder keine Erosion, sondern ein quantitativer Rückgang abgelagerten Sediment infolge eines Meeresspiegelhochstandes stattfand. Allgemein jedoch nimmt die maximale effektive Vorbelastung mit zunehmender Tiefe zu, wobei die Ergebnisse für die Hanglokation deutlich niedrigere Werte aufweisen als die auf dem Schelf gelegenen Bohrlokationen. Dies kann als Folge einer geringeren Stabilität der abgelagerten Sedimente auf dem Hang angesehen werden. Das Ausmaß für die Überkonsolidierung zeigt, dass bei allen vier Bohrlokationen die Sedimente in den oberen 90 Metern stark überkonsolidiert sind, wobei sie entlang des Transekts vom mittleren Schelf bis zur Schelfkante hin tendenziell abnehmen. Eine Qualitätsanalyse der Bohrkerne zeigt eine nicht zu vernachlässigende Beeinflussung der Textur der Sedimente durch die angewandten Bohrmethoden und damit auf das Konsolidierungsverhalten der beprobten Sedimente. Dies bedeutet dass der effektiven Vorbelastung im Verhältnis zum effektive in situ‐ Belastung effektiven Stress eher unterschätzt wird. In einem vereinfachtem Model der rekonstruierten Sedimentmächtigkeit für die oberen drei Diskordanzen konnte gezeigt werden, dass die rekonstruierte Schelfhöhe zwischen in den letzten 44 Mio. Jahren nur wenig variierte und die Schelfoberfläche allgemein zur Schelfkante hin leicht abfällt. Jedoch zeigt der äußere Schelfbereich abwechselnd eine Verflachung bzw. Versteilung des Gefälles zur Kante hin, was mit veränderten Meerespiegelständen auf glazialer‐interglazialer Ebene in Zusammenhang stehen dürfte, und die Schelfkante selbst verlagerte sich dabei kontinuierlich nach vorne. Die Bisher gewonnenen Ergebnisse können für weiterführende sedimentstratigraphische Analysen herangezogen werden. Die Ergebnisse und übrig gebliebenes Probenmaterial aus der Hanglokation eignen sich zudem für nachfolgende Untersuchungen in Bezug auf die Hangstabilität und die Frage danach ob und in welcher Schelfphase bzw. in welcher Entfernung der Lokation zur Schelfkante das erodierte Schelfmaterial auf die am Hang liegenden Driftkörper gelangt ist.
Publications
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2011. Canterbury Basin sea level: Expedition 317 of the riserless drilling platform, Townsville, Australia, to Wellington, New Zealand, Sites U1351‐U1354, 4 November 2009‐3 January 2010. Proceedings of the Integrated Ocean Drilling Program, Expedition Reports 317
Fulthorpe, C.S., Hoyanagi, K., Blum, P., and Expedition 317 Scientists
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2011. Geotechnical and sediment physical characterization of glacial‐interglacial cycles on a late Miocene to Holocene shelf‐slope transect (Canterbury Basin, New Zealand). Joint Colloquium IODP‐ICDP, Mar 14‐16, 2011, Münster
Hepp, D.A., Kreiter, S.
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2011. Transgressional‐regressional erosion: estimation of “missing strata” from one‐axial consolidation tests. IODP Exp 317 post cruise meeting, Nov 16‐18, 2011, Oamaru
Hepp, D.A., Kreiter, S., Otto, D.
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2012. Transgressional‐regressional erosion on Canterbury Basin, NZ: Estimation of “missing strata” from one‐axial consolidation tests Joint Colloquium IODP‐ICDP, Mar 7‐9, 2012, Kiel
Hepp, D.A., Kreiter, S., Otto, D.
