Sedimentary geology of glacial and periglacial gravel bodies (SW-Germany) : Dynamic stratigraphy and aquifer-sedimentology

Abstract

Würmian, coarse-grained meltwater deposits were studied in more than 70 gravel pits of SW-Germany. The heterogeneity + complexity of sedimentary architecture of gravel bodies + its distribution within the Rhine glacier area + its discharge zones required the use of sedimentological, stratigraphic, geophysical + hydrological methods. In order to understand the processes of formation the principles of ‘Dynamic Stratigraphy' were applied. Stratigraphic units were classified into a hierarchy of temporal + spatial scales (1. particles; 2. strata; 3. depositional elements; 4. facies bodies; 5. sequences; 6. basin fills). Their genesis + geophysical record but also their relevance for hydrogeology is discussed. A particular focus is placed on the qual. + quant. characterization of fluvial gravel-bed deposits which represent important groundwater storages in many valley fills in Europe. The translation of sedimentary units into hydrogeological properties (lithofacies - hydrofacies; depositional elements - correlation structures; gravel body architectures - heterogeneity patterns) provided important fluid-flow parameters. Detailed outcrop-wall maps were digitalized + transformed into 2-dimensional permeability fields. The simulations show how sedimentary architectures determine the flow-paths + -velocity of groundwater. 3-D georadar surveys were carried out. The method resolves a detailed structural image of the spatial subsurface architecture and allows the recognition of the different gravel bodies. Quantified geometrical data from both braided river deposits + meandering river deposits are documented. Various meltwater-controlled facies bodies were formed during an overall ice-retreat of the Würmian Rhine glacier. A summary of lithofacies types, stratal organizations and deformation structures is documented.

Würmzeitliche, grobklastische Schmelzwasserablagerungen wurden in mehr als 70 Kiesgruben in SW-Deutschland untersucht. Um die Bildungsprozesse zu verstehen, wurde die Methodik der ‚Dynamischen Stratigraphie' angewandt. Sedimentäre Einheiten werden dabei in eine Hierarchie zeitl. + räuml. Größenmaßstäbe eingeordnet (1. Partikel, 2. Schichtung, 3. Ablagerungs-Elemente, 4. Fazies-Körper, 5. Sequenzen, 6. Beckenfüllungen). Neben ihrer Genese + geophys. Erfassung wird auch die Bedeutung für die Hydrogeologie diskutiert. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Charakterisierung von fluviatilen Kiesablagerungen. Proglaziale ‚braided river'-Ablagerungen unterscheiden sich anhand der Ausbildung + Häufigkeit von Lithofaziestypen + Ablagerungs-Elementen sowie des sedimentären Stapelungsmusters. Die Übersetzung der Grundtypen von Kieskörpern in hydrogeologische Heterogenitäten (Lithofazies - Hydrofazies, Ablagerungs-Elemente – Korrelationsstrukturen, Kieskörperarchitektur – Heterogenitätsmuster) lieferte wichtige Parameter zur Ermittlung des Fließverhaltens von Grundwasser. Resultate numerischer Aufschlussmodellierungen zeigen, wie die sedimentäre Genese sowohl die Fließpfade als auch die Fließgeschwindigkeit bestimmen. Zus. wurden 3-D Georadar Messungen durchgeführt. Die Methode liefert ein genaues strukt. Bild der Architektur des Untergrundes. Die Reflektionen können besonders hinsichtlich der Ablagerungs-Elemente interpretiert + dadurch die Kieskörpertypen unterschieden werden. Es werden quantifizierte geometrische Daten sowohl von ‚braided river'- Ablagerungen als auch von ‚meandering river'- Ablagerungen dokumentiert. Vielfältige schmelzwasser-kontrollierte Fazieskörper sind während des Zerfalls + Rückzugs des würmzeitlichen Rheingletschers entstanden. Mittels Aufschlussanalysen, Georadarmessungen + der Landschaftsmorphologie konnten verschiedene Ablagerungsmilieus rekonstruiert werden. Dokumentiert werden Lithofaziestypen, Schichtungsmuster + Deformationsstrukturen.