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FU Berlin
Digitale Dissertation

Wolfgang Soyer :
Analyse geomagnetischer Variationen in den Zentralen und Südlichen Anden
Analysis of geomagnetic variations in the Central and Southern Andes

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse langperiodischer elektromagnetischer Felddaten aus den Zentralen (~21°S) und Südlichen (~39°S) Anden, die in den Jahren 1993 bis 2000 während mehrerer Messkampagnen aufgezeichnet wurden um den Parameter der elektrischen Leitfähigkeit innerhalb der Subduktionszone räumlich abzubilden. Unter besonderer Ausnutzung der Gleichzeitigkeit der Messungen wurden zusätzlich zu lokalen Übertragungsfunktionen auch magnetische inter-station Übertragungsfunktionen (Perturbationsdaten) bestimmt und analysiert.

Ausgehend von Eindeutigkeitstheoremen für 2D-Inversionslösungen für lokale Daten wird gezeigt, dass auch für ideale magnetische Perturbationsdaten das 2D-Inversionsproblem nur eine Lösung hat. Eine Analyse von magnetischen Perturbationsdaten wird allgemein nur selten angewandt und moderne Analyseprogramme sind entsprechend nur für lokale Daten ausgelegt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb ein vor kurzem veröffentlichtes 2D-Inversionsprogramm um die Inversion geomagnetischer Perturbationen erweitert. Modellstudien belegen, dass durch eine Analyse von horizontalen magnetischen Perturbationen über lateral ausgedehnten Leitfähigkeitsanomalien die vertikale Leitfähigkeitsstruktur aufgelöst werden kann, so dass eine Auswertung von lokalen Impedanzen, welche durch oberflächennahe Heterogenitäten oft stärker verzerrt sind, unterstützt werden kann. Auch Daten mit verschiedenen Referenzstationen können invertiert werden, allerdings mit kaum vergleichbarer Effizienz.

Da in den Zentralen Anden nicht alle Perturbationsdaten auf eine gemeinsame Referenz bezogen werden können, kann das Potential einer solchen Analyse hier nicht voll ausgschöpft werden. Bei Miteinbeziehung von magnetischen Übertragungsfunktionen in die 2D-Modellierung werden die aus früheren Arbeiten abgeleiteten Leitfähigkeitsanomalien - ein guter Leiter unter der chilenischen Präkordillere, sowie eine ausgedehnte Zone erhöhter Leitfähigkeit unter dem bolivianischen Altiplano - prinzipiell bestätigt, mit dem Unterschied, dass lateral höhere Leitfähigkeiten unter dem östlichen Altiplano modelliert werden, worauf aus einer Analyse magnetotellurischer Impedanzen nicht geschlossen wurde.

Die Leitfähigkeitsanomalie unter dem vulkanischen Bogen in den Südlichen Anden ist vergleichsweise moderat und die Perturbation des horizontalen Magnetfeldes entsprechend gering, so dass eine Analyse dieser Daten die Auswertung lokaler Impedanzen nicht wesentlich unterstützen kann. Jedoch enthalten magnetische Daten in Südchile klare Hinweise auf eine horizontale elektrische Anisotropie in der mittleren bis unteren kontinentalen Kruste mit einer gegen die strukturelle Streichrichtung im Uhrzeigersinn verdrehten Richtung der Anisotropie. Als mögliche Erklärung können leitfähige magmatische Dykes angesehen werden, die parallel zur Richtung der maximalen horizontalen Spannungsrichtung ausgerichtet und nicht nur auf ein schmales Band unter dem vulkanischen Bogen begrenzt sind.

Inhaltsverzeichnis

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Title, Contents 1
1. Introduction 5
2. Methodical fundamentals 9
2.1. The physical model 10
2.2. Calculation of transfer functions 11
2.3. Analysis of transfer function tensors 13
3. On the study areas 19
3.1. The Central Andes 19
3.2. The Southern Andes 29
4. Field data analysis 33
4.1. Processing techniques 33
4.2. Application to the processed data 35
4.3. Combination of processed arrays 39
5. Presentation of the processed data 41
5.1. Central Andes 41
5.2. Southern Andes 51
6. 2-D inversion of inter-station transfer functions 55
6.1. General considerations ... 55
6.1.1. ... on the amount of information 55
6.1.2. ... on the uniqueness of inversion solutions 56
6.2. The inversion scheme of the employed program 57
6.3. Calculations of sensitivities 59
6.4. Synthetic examples 61
6.4.1. Model from Siripunvaraporn & Egbert 62
6.4.2. A very crude ANCORP resistivity model 64
6.4.3. Inversion of data with various references 66
7. Isotropic 2-D modelling 71
7.1. The ocean effect 71
7.2. On the sensitivity and accuracy of the two polarizations 72
7.3. Central Andes 74
7.4. Southern Andes 82
8. Anisotropic 2-D modelling of magnetic data from the Southern Andes 89
9. Discussion and conclusions 97
10. Summary 105
Acknowledgements 107
Bibliography 109
Appendix 119
A Calculation of forward responses in REBOCC 119
A.1. Solution of the induction problem 119
A.2. Calculation of field components 121
B Data and joint inversion responses 123
C Station runtimes 129
D Analysis of an instrumental test recording 132

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/2002/134/index.html
Sprache: Englisch
Keywords: geoelectromagnetic induction, magnetotellurics, inter-station transfer function, 2-D inversion
DNB-Sachgruppe: 31 Geowissenschaften
Datum der Disputation: 22-May-2002
Entstanden am: Fachbereich Geowissenschaften, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Volker Haak
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Hans-Jürgen Götze
Kontakt (Verfasser): w.soyer@geophysik.fu-berlin.de
Kontakt (Betreuer): vhaak@gfz-potsdam.de
Abgabedatum:24-Jul-2002
Freigabedatum:26-Jul-2002

 

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