Zweijahresbericht 2004/2005 - Bibliothek - GFZ

Abb. 2.31: Beispiel eines tomographischen P-Wellengeschwindigkeitsmodells (links Süden, rechts Norden), abgeleitet
aus den Laufzeiten der direkten P-Wellen entlang des Frazerburg Profils. Der obere Bereich (einige km) zeigt geringe
Geschwindigkeiten, die durch Sedimente erklärt werden können. Der mittlere Krustenbereich ist komplex aufgebaut,
die Moho wurde bei ca. 40 km Tiefe gefunden. Die BMA (bei ca. 100 km) konnte nicht klar abgebildet werden. Hellere
Bereiche stellen Regionen dar, die nicht aufgelöst werden konnten.
Example of the tomographic P-wave velocity model (left South, right North), derived from travel times of refracted
waves of the Frazerburg line. The uppermost few kilometres have low velocities and represent sediments. The middle
crust is characterized by complex velocity structures. The Moho is at around 40 km depth. The Beattie anomaly
(~ 100 km model) is not clearly imaged. Pale colours indicate regions with poor or no ray coverage.
mischen Quelle zu der jeweiligen seismischen Station
bestimmt. Mit Hilfe dieser Daten konnte unter Verwendung
von tomographischen Verfahren ein P-Wellen Geschwindigkeitsmodell
der Erdkruste abgeleitet werden
(Abb. 2.31). Dieses vorläufige Modell ist durch ausgeprägte,
oberflächennahe Schichten mit geringeren Geschwindigkeiten
(Sedimente) und komplexeren Strukturen
im Mittel- und Unterkrustenbereich gekennzeichnet.
Durch die geplante gemeinsame Auswertung mit den
seeseitigen Daten wird die Abbildung der Strukturen
im Übergangsbereich zum Ozean und des oberen Mantels
möglich sein. Die Feldexperimente wurden vom
GFZ finanziert; die Messgeräte wurden vom Geophysikalischen
Instrumentenpool des GFZ Potsdam bereitgestellt.
Erweiterte thermomechanische Modellierung
Die Deformation und der Fluss von Gasen und Flüssigkeiten
in der Lithosphäre werden durch mechanische Prozesse
bestimmt. Zentrale mechanische Eigenschaften hängen
wiederum stark u. a. von Temperatur und chemischer
Zusammensetzung ab. Das resultierende komplizierte System
stark gekoppelter nichtlinearer thermischer, mechanischer,
chemischer und physikalischer Prozesse formt die
Struktur der Lithosphäre und bestimmt deren geologische
Entwicklung. Aufgrund jüngerer Fortschritte in der Physik
und der Chemie und mit der Hilfe moderner Hochleistungsrechner
ist die Modellierung dieses Systems heutzutage
möglich geworden. Diese so genannte „erweiterte
thermomechanische Modellierung“ war in den letzten
Jahren verstärkt Forschungsgegenstand am GFZ.
Sedimentation und Deformation der Lithosphäre an Pullappart
Becken
Eine Transform-Störung ist eine Plattengrenze, an der
zwei Lithosphärenplatten horizontal aneinander vorbei-
gleiten. Die dabei auftretende dreidimensionale Verformung
macht eine numerische Modellierung sehr aufwändig.
Bisherige Simulationen waren daher auf unrealistische
Modelle mit vereinfachter Rheologie beschränkt. Die
erste thermomechanische Studie einer kontinentalen
Transform-Störung mit Berücksichtigung einer realistischen
Rheologie (Sobolev et al., 2005a) konzentrierte sich
auf die Modellierung des Dead Sea Transform (DST) im
mittleren Osten. Wir stellen einige Resultate der Arbeit
vor, welche diese Studie erweitert und sich mit fundamentalen
Fragen nach dem Ursprung von tiefen Sedimentbecken
im Zusammenhang mit kontinentalen Transform-Störungen,
sogenannte Pull-appart Becken, beschäftigt.
Diese Pull-appart Becken sind Senken, die als Ergebnis
einer Extension der Kruste entstehen, und zwar in solchen
Gebieten, in denen die Richtung des Fault overstepping
mit der Bewegungsrichtung an der Scherzone übereinstimmt
(Abb. 2.32a). Das herausragende klassische
Beispiel für ein Pull-appart Becken ist das 150 km lange
Dead Sea Becken an der DST. Hier hat sich in den letzten
15 bis 17 Millionen Jahren mehr als acht Kilometer Sedimentbedeckung
angesammelt. Es war bisher unklar,
wodurch die Länge eines Pull-appart Beckens sowie die
Dicke seiner Sedimente bestimmt werden und wie sich die
dazugehörende Verformung unterhalb des Beckens verteilt.
Mittels eines 3-D- (plus Zeit) thermomechanischen Modells
(Abb. 2.32b, 2.33) eines Pull-appart Beckens, welches
an einem Overstepping einer aktiven Transformstörung
gebildet wurde, wurden diese Fragen angegangen
(Petrunin and Sobolev, 2006). Die Modellierung zeigte,
dass für eine gegebene Verschiebung und Reibung in den
Verwerfungen die Dicke der spröden Schicht der bedeutendste
Parameter für die Beckenlänge, Dicke der Sedimente
und das Deformationsmuster unter dem Becken
darstellt, und diese wiederum durch die Temperatur und
Zusammensetzung der Lithosphäre bestimmt wird. Die
Zweijahresbericht 2004/2005 GeoForschungsZentrum Potsdam
235