Nordost-Afrika: Strukturen und Ressourcen: Ergebnisse aus dem Sonderforschungsbereich “Geowissenschaftliche Probleme in ariden und semiariden Gebieten”

696 Pages·1999·12.111 MB·English

Deutsche
Forschungsgemeinschaft
Nordost-Afrika:
Strukturen
und Ressourcen
Nordost-Afrika: Strukturen und Ressourcen. Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Copyright © 1999 WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim
ISBN: 978-3-527-27724-7
Deutsche
Forschungsgemeinschaft
Nordost-Afrika:
Strukturen
und Ressourcen
Ergebnisse aus
dem Sonderforschungsbereich
„Geowissenschaftliche
Probleme in ariden und
semiariden Gebieten“
Herausgegeben von
Eberhard Klitzsch und
Ulf Thorweihe
Deutsche Forschungsgemeinschaft
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Nordost-Afrika : Strukturen und Ressourcen ; Ergebnisse aus dem Sonderforschungs-
bereich „Geowissenschaftliche Probleme in Ariden und Semiariden Gebieten“ / hrsg.
vonEberhardKlitzschundUlfThorweihe.–Weinheim;NewYork;Chichester;Bris-
bane ; Singapore ; Toronto : Wiley-VCH, 1999
ISBN 3-527-27724-2
c WILEY-VCH Verlag GmbH,
D-69469 Weinheim (Federal Republic of Germany). 1999
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Druck: betz-druck gmbh, D-64291 Darmstadt
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Printed in the Federal Republic of Germany
Dieser Band ist dem Andenken von
Annie Le´jal-Nicol †
Laboratoire Pale´obotanique, Universite´ Pierre et Marie Curie, Paris
gewidmet.
Ohne ihre umfangreichen Bestimmungen der Paläoflora wäre eine
Gliederung der vorwiegend kontinentalen Serien der Ostsahara kaum
möglich gewesen.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIX
Verzeichnis der Abkürzungen . . . . . . . . . . . . . . . . XXI
1 Ziele, Probleme und Ergebnisse des Sonderforschungs-
bereichs 69 – Darstellung eines nicht alltäglichen
Großprojekts aus der Sicht des Sprechers
EberhardKlitzsch . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Vorgeschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Zielsetzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Zielsetzungen aus der Sicht der geologischen Situation
Nordost-Afrikas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Zielsetzungen im Hinblick auf die jüngere klimatische
Entwicklung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Zielsetzungen mit Rücksicht auf die praktischen Bedürfnisse
einer sich schnell entwickelnden Region. . . . . . . . . 6
1.3 Probleme der Durchführung . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.1 Partnerschaften und Konflikte vor Ort . . . . . . . . . . 10
1.3.2 Beteiligung afrikanischer Wissenschaftler . . . . . . . . 15
1.3.3 Probleme der Umsetzung wissenschaftlicher
Zielvorstellungen in unwegsamen Regionen . . . . . . . 19
1.3.4 Arbeitsklima und wissenschaftliche Qualität im
Spannungsbogen zwischen Einzelgängern und dem Zwang
zum Teamergebnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3.5 Probleme zwischen unterschiedlichen Wissensdisziplinen
und im Umgang mit den Förderern des Großprojekts . . . 25
1.3.6 Probleme der Führung . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4 Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.4.1 Die wichtigsten Ergebnisse der Grundlagenforschung . . . 33
1.4.2 Die Bedeutung der Ergebnisse für praktische Fragen der
Landesentwicklung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.5 Schlußwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
VII
Inhaltsverzeichnis
2 Der strukturelle Rahmen Nordost-Afrikas am Ende der
panafrikanischen Orogenese
HeinzSchandelmeierundEckhardWipfler. . . . . . . . 40
2.1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2 Regionale Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2.1 Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.2.1.1 Lineare Deformationszonen . . . . . . . . . . . . . . 47
2.2.1.2 Extensionsstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.1.3 Transkontinentale Scherzonen . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.2 Sedimentationsräume . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3 Schlußfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3 Beckenentwicklung und Sedimentationsprozesse in
kratonalen Bereichen Nordost-Afrikas im Phanerozoikum
EberhardKlitzschundPeterWycisk. . . . . . . . . . . 61
3.1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3.2 Beckenentwicklung und globaltektonische Ereignisse . . . 62
3.2.1 Der proterozoische Unterbau und seine Bedeutung für
spätere Entwicklungen . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2.2 Das altpaläozoische Strukturrelief. . . . . . . . . . . . 63
3.2.3 Das postvaristische Strukturrelief . . . . . . . . . . . . 66
3.2.4 Die Folgen des Zerbrechens von Gondwana bzw. Pangäa . 68
3.2.5 Beckenbildung außerhalbderrandlichenundintrakratonalen
Riftstrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.3 Bemerkungen zur Stratigraphie. . . . . . . . . . . . . 75
3.4 Baustil und Sequenzentwicklung . . . . . . . . . . . . 78
3.4.1 Kratonale Decken-Sandsteine . . . . . . . . . . . . . 81
3.4.2 Paläozoische und mesozoische Küstenablagerungen . . . . 82
3.4.2.1 Bedeutung für sequenzstratigraphische Konzepte . . . . . 82
3.4.2.2 Fazies-Architektur der flachmarinen Sedimente . . . . . . 85
3.4.3 Fazieskontrollierende Faktoren . . . . . . . . . . . . . 87
3.4.3.1 Sedimentationsmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.4.3.2 Tektonische Einflüsse. . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.4.4 Typisierung flachmariner Kleinsequenzen . . . . . . . . 91
3.5 Sequenzstratigraphische Interpretationen. . . . . . . . . 93
3.5.1 Paläozoische Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.5.2 Mesozoische Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.5.3 Überregionale Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . 104
VIII
Inhaltsverzeichnis
4 Junger Vulkanismus, Mantle Plumes und Tektonik im Sudan
DieterPudloundGerhardFranz . . . . . . . . . . . . 109
4.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
4.2 Tertiär-quartärer Vulkanismus in der Darfur-Provinz. . . . 110
4.2.1 Zeitlich-räumliche Entwicklung des Vulkanismus in der
Darfur-Provinz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.2.2 Jebel Kussa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.2.2.1 Magmenquelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.2.2.2 Assimilation-Fraktionierungsprozesse . . . . . . . . . . 117
4.2.3 Tagabo Hills. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.2.3.1 Magmenquelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.2.3.2 Assimilation-Fraktionierungsprozesse . . . . . . . . . . 122
4.2.4 Jebel-Marra-Gebirge . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.2.5 Meidob Hills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.2.6 Magmengenetisches Modell zum Vulkanismus in der
Darfur-Provinz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.3 Tertiär-rezenter Vulkanismus in der Bayuda-Wüste . . . . 129
4.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.5 Danksagung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5 Mesozoische Floren aus Nordost-Afrika und ihre
Beziehungen zum Klima am Paläoäquator
EckartSchrank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.2 Mesozoische Floren aus Nordost-Afrikas in chronologischer
Folge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.1 Trias und Jura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.2.2 Oberjura/Unterkreide . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.2.3 Abu-Ballas-Formation (Apt) . . . . . . . . . . . . . . 144
5.2.3.1 Präzisierung des palynologischen Alters der
Abu-Ballas-Formation. . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.2.3.2 Die Makroflora der Abu-Ballas-Formation (Apt) . . . . . . 145
5.2.4 Die Flora der Sabaya-Formation (oberes Apt?, Alb) . . . . 146
5.2.5 Floren aus der Bahariya und äquivalenten Formationen
(Cenoman) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.2.6 Oberkretazische Mikro- und Makrofloren aus dem Gebiet
von Assuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.2.7 FlorenausderhöherenOberkreide(Campan/Maastricht)von
Ägypten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.3 Klimasensitive Sedimente im Jura und in der Kreide
Nordost-Afrikas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.4 Paläogeographische Faktoren für die oberkretazische
Humidisierung des Klimas. . . . . . . . . . . . . . . 160
5.5 Zusammenfassung und Implikationen palynologisch-
paläobotanischer Daten zum Klima des Mesozoikums . . . 161
5.6 Danksagung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
IX
Inhaltsverzeichnis
6 Kontinentale Wirbeltierfaunen aus der Oberkreide
des Nordsudan
ChristaWerner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.1 Einleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.1.1 Neue Ziele und Methodik . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.2 Wirbeltiere aus der Wadi-Milk-Formation . . . . . . . . 171
6.2.1 Ichthyofauna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.2.1.1 Polypteriden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
6.2.1.2 Dipnoer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
6.2.2 Herpetofauna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.2.2.1 Amphibien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.2.2.2 Schlangen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.2.2.3 Archosaurier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.3 Wirbeltiere aus der Shendi-Formation . . . . . . . . . . 180
6.3.1 Zusammensetzung der Fauna . . . . . . . . . . . . . 181
6.3.2 Shendi-Krokodil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.4 Sudanesische und andere afrikanische kontinentale
Wirbeltiere aus der Oberkreide. . . . . . . . . . . . . 184
6.5 Aufbewahrung des Materials. . . . . . . . . . . . . . 187
6.6 Danksagung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7 Geophysikalische und geologische Untersuchungen im
Es-Safya-Graben (Nordwest-Sudan): Ein Beitrag zur
Erkundung einer kleinräumigen Struktur
HeinrichBrasse,H.Burkhardt,R.Fiedler-Volmer,V.Rath,
K.SchusterundB.Troschke. . . . . . . . . . . . . . 194
7.1 Einleitung und Problemstellung. . . . . . . . . . . . . 194
7.2 Der geologische und tektonische Rahmen . . . . . . . . 196
7.2.1 Die Zentralafrikanische Störungszone . . . . . . . . . . 196
7.2.2 Die südost-sudanesischen Riftsysteme . . . . . . . . . . 197
7.2.3 Der Nordkordofanblock . . . . . . . . . . . . . . . . 198
7.2.4 Das Sedimentbecken zwischen dem Nordkordofanblock und
dem Bayuda Basement . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.3 Ergebnisse der geologischen Untersuchungen. . . . . . . 200
7.3.1 Die metamorphen und magmatischen Gesteine des
Grabenrands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.3.2 Die Sedimente der Grabenfüllung. . . . . . . . . . . . 201
7.3.3 Tektonik und Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7.4 Die eingesetzten geophysikalischen Verfahren . . . . . . 203
7.4.1 Magnetotellurik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
7.4.2 Geoelektrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
7.4.3 Seismik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
X
Inhaltsverzeichnis
7.5 Ergebnisse der einzelnen Methoden und ihr Beitrag zur
Interpretation der Grabenstruktur. . . . . . . . . . . . 208
7.5.1 Magnetotellurik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7.5.1.1 Das Problem der Verzerrung durch oberflächennahe
Inhomogenitäten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
7.5.1.2 Eine 2D-Interpretation des Es-Safya-Grabens . . . . . . . 211
7.5.2 Seismik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
7.5.2.1 Interpretation von Weitwinkel-Reflexionen . . . . . . . . 218
7.5.2.2 Hochauflösende Untersuchungen mit Hilfe von GRM-
Analysen, ray tracing und 1D-Modellierungen . . . . . . 221
7.5.2.3 Common-Midpoint-Refraktionsseismik. . . . . . . . . . 225
7.5.3 Methodenkombination . . . . . . . . . . . . . . . . 228
7.5.3.1 Allgemeine Betrachtungen. . . . . . . . . . . . . . . 228
7.5.3.2 Vergleich ausgewählter Meßpunkte der
Audiomagnetotellurik und Seismik . . . . . . . . . . . 229
7.5.3.3 Weitwinkelreflexionen und Audiomagnetotellurik im
Es-Safya-Graben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
7.5.3.4 Vergleichende Messungen von Audiomagnetotellurik,
Gleichstrom-Widerstandsmessung und Seismik in der Nähe
von Grundwasserbohrungen . . . . . . . . . . . . . . 231
7.5.4 Zusammenfassung der geophysikalischen Ergebnisse . . . 236
7.6 Zusammenfassende Interpretation und Diskussion der
geophysikalischen und geologischen Ergebnisse . . . . . 239
7.6.1 Geometrie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
7.6.2 Hydrogeologische Folgerungen. . . . . . . . . . . . . 239
7.6.3 Genese-Modell. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
7.6.4 Der Es-Safya-Graben in seinem geologischen Umfeld . . . 242
7.7 Danksagungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
8 Verwitterungsbedingte Lagerstättenbildung in
Sedimentbecken Nordost-Afrikas
KlausGermann,T.SchwarzundM.Wipki. . . . . . . . 250
8.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8.1.1 Lagerstättenbildung in kontinentalen und epikontinentalen
Sedimentbecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
8.1.2 Geologischer Rahmen. . . . . . . . . . . . . . . . . 251
8.2 Residuale Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . 253
8.2.1 In-Situ-Kaoline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
8.2.2 Bauxitische Laterite. . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
8.2.2.1 Der paläozoische Tawiga-Laterit, Nordwest-Sudan. . . . . 255
8.2.2.2 Der oberkretazische Laterit vom Wadi Kalabsha,
Oberägypten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
8.2.2.3 Andere Bauxitvorkommen . . . . . . . . . . . . . . . 261
8.2.3 Eisenkrusten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
8.2.4 Eiserne Hüte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
8.3 Lagerstätten in kontinentalen Sedimenten . . . . . . . . 265
XI
Inhaltsverzeichnis
8.3.1 Sedimentärer Kaolin . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
8.3.1.1 Kaolinitische Silt- und Sandsteine aus Überflutungsebenen . 265
8.3.1.2 Kaolinitische Tonsteine als See-Sedimente . . . . . . . . 266
8.3.1.3 Kaoline der Küstenebenen. . . . . . . . . . . . . . . 268
8.3.2 Alunit und Alaun. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
8.3.2.1 Die Entstehung von Alunit. . . . . . . . . . . . . . . 269
8.3.2.2 Alunitische Kaoline von Gedaref . . . . . . . . . . . . 269
8.3.3 Kontinentale oolithische Eisenerze . . . . . . . . . . . 271
8.3.4 Andere Lagerstätten in kontinentalen Sedimenten. . . . . 273
8.3.4.1 Siliziumreiche Produkte . . . . . . . . . . . . . . . . 273
8.3.4.2 Trona . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
8.3.4.3 Baryt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
8.3.4.4 Alluviale Seifen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
8.4 Verwitterungsbedingte Lagerstättenbildung in marinen
Sedimenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
8.4.1 Oolithische Eisenerze . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
8.4.2 Phosphorite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
8.4.2.1 Die Herkunft des Phosphors in marinen
Phosphorit-Lagerstätten . . . . . . . . . . . . . . . . 277
8.4.2.2 Verbreitung und stratigraphische Position der ägyptischen
Phosphorite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
8.4.2.3 Verwitterungsderivate geochemische Charakteristika der
Phosphorite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
8.4.3 Sepiolith und Palygorskit . . . . . . . . . . . . . . . 282
8.5 Bildungsbedingungen verwitterungsderivater Lagerstätten . 283
8.5.1 Lagerstättenbildung auf dem Festland . . . . . . . . . . 283
8.5.1.1 Bildung und Erhaltung tiefgründiger Verwitterungskrusten . 283
8.5.1.2 Erosion der Verwitterungskrusten. . . . . . . . . . . . 284
8.5.1.3 Anreicherungsprozesse in kontinentalen Becken . . . . . 285
8.5.1.4 Entstehung oolithischer Eisenerze auf dem Festland . . . . 286
8.5.1.5 Geochemischer Pfad des Eisens . . . . . . . . . . . . 286
8.5.1.6 Alunitisierung und Silifizierung. . . . . . . . . . . . . 287
8.5.2 Verwitterungsbeeinflußte Lagerstättenbildung im marinen
Milieu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288
8.5.2.1 Modell der Phosphatgenese . . . . . . . . . . . . . . 288
8.5.2.2 Flachmarine Senken für Eisen und Magnesium . . . . . . 288
8.5.3 Paläoklimatische Kontrolle der Lagerstättenbildung . . . . 289
8.5.3.1 Die oberordovizische Diskrepanz . . . . . . . . . . . . 289
8.5.3.2 Das Kreide- und Tertiär-Klima . . . . . . . . . . . . . 292
8.6 Ökonomische Bedeutung der verwitterungsabhängigen
Lagerstättenbildung. . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
8.6.1 Bauxitische Laterite. . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
8.6.2 Kaoline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
8.6.3 Alunit und Alaun. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
8.6.4 Eisenerze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
8.6.5 Phosphorite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
XII