FU Berlin Digitale Dissertation
Arturo Belmonte-Pool : Krustale Seismizität, Struktur und Rheologie der Oberplatte zwischen der Präkordillere und dem magmatischen Bogen in Nordchile (22°S-24°S) Crustal Seismicity, Structure and Rheology of the upper Plate between the Pre-Cordillere and the volcanic Arc in northern Chile (22°S-24°S)
|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung Im Frühjahr 1994 wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereiches "Deformationsprozesse in den Anden", Teilprojekt C4, von der Freien Universität Berlin und dem GeoForschungsZentrum Potsdam in Kooperation mit der Universidad Católica der Norte und der Universidad de Chile das kombinierte seismologische und seismische Feldexperiment PISCO ´94 (Proyecto de Investigación Sismólogica de la Cordillera Occidental) durchgeführt. Über einen Zeitraum von 100 Tagen registrierten insgesamt bis zu maximal 32 Stationen mit einer  kontinuierlichen, digitalen 3-Komponenten Aufzeichnung die lokale Seismizität zwischen der Präkordillere und dem vulkanischen Bogen der Westkordillere zwischen 21,8°S und 24,3°S. Die Stationen wurden flächendeckend auf einer Fläche von 230 x 180 km² mit einem durchschnittlichen Stationsabstand von 40 bis 50 km aufgebaut. Die Geometrie dieses temporären seismologischen Stationsnetzes wurde in erster Linie für die Aufzeichnung der lokalen Seismizität in der Benioff-Zone der abtauchenden Nazca-Platte ausgelegt. In diesem Zeitraum wurden ca. 5340 Ereignisse erfasst. Neben der großen Zahl der Erdbeben in der Benioff-Zone wurden erstmalig im Bereich zwischen Prä- und Westkordillere auch Beben in der Oberplatte (in dieser Arbeit als Krustenbeben bezeichnet) systematisch erfasst. Ihre kleine Magnitude und die geringe Zahl von ca. 2 Beben/Tag im Vergleich zur Zahl der Beben in der Benioff-Zone (ca. 100 Beben/Tag) erschwerten das Erkennen dieser Krustenbeben. Es war das Ziel der vorliegenden Arbeit, Beben zu identifizieren, die in der Oberplatte entstehen und nicht im PISCO-Katalog verzeichnet waren. Hierfür wurden verschiedene Kriterien untersucht, um Beben in der Oberplatte von denen in der Benioff-Zone liegenden Beben zu diskriminieren. Die Untersuchung erfolgte durch Anwendung der folgenden Kriterien: (1) S-und P-Laufzeitdifferenzen. (2) P-Laufzeitdifferenzen sowie Signalamplituden. (3) Frequenzspektrum. Das erste Kriterium erwies sich als die erfolgreichste Methode für die Erkennung von Krustenbeben. Die Suche nach Krustenbeben ergab ca. 300 Ereignisse, von denen 215 Beben schließlich zur weiteren Bearbeitung ausgewählt wurden. Der Rest sind Ereignisse, die entweder eine zu geringe Magnitude aufweisen (mb<0,5) oder außerhalb des Netzes liegen (gap>200°). Die Bestimmung der P-und S-Einsätze erfolgte mit dem Programm PITSA, und die Lokalisierung wurde mit der Routine HYPO71 unter Annahme eines 1-D-Geschwindigkeitsmodells durchgeführt. Re-Lokalisierungen erfolgten mit der Routine VELEST. Für Beben oberhalb 15 km kann der Fehler der Tiefenbestimmung maximal ca. 10 km betragen, für tiefere Beben beträgt die Lokalisierungsfehler dagegen nur 3 bis 5 km. Die Seismizität ist ungleichmäßig in der Erdkruste verteilt. Eine Konzentration der seismischen Aktivität ist insbesondere im Bereich der präandinen Depression südlich ca. 22,7°S-23°S zu erkennen. Die Zahl der Hypozentren verringert sich im nördlichen Teil des Untersuchungsgebietes im Bereich der Westkordillere und der Präkordillere. Die meisten Beben liegen zwischen 5 und 30 km Tiefe. Im nordwestlichen Teil des Salar de Atacama (Cordillera de Domeyko-Cordillera de la Sal) tritt ein Nest von Beben in 40-50 km Tiefe auf. In ca. 60-70 km Tiefe ist unter der Präkordillere auf der Breite von 22,8°S  eine weitere Gruppierung von Beben zu erkennen, die ca. 10 km oberhalb der durch die Seismizität definierten Benioff-Zone liegen. Die Seismizität in der Westkordillere scheint mit der vulkanischen Aktivität verbunden zu sein. Hier liegen die tiefsten Beben  in nur ca. 20 km Tiefe. Im Bereich der Präkordillere liegen einige Bebensnester ebenfalls in einer Tiefe von ca. 20 km. Im Übergangsbereich zwischen der Westkordillere und der präandinen Depression sowie der präandinen Depression und der Präkordillere treten zwei Lücken ohne Seismizität auf. Erdbebensfreie Bereiche unter der Präkordillere und unter der präandinen Depression (Atacama Block)  werden unter Annahme einer hier nur elastischen Deformation in einem rigiden Gestein erklärt. Im Gegensatz dazu zeigen die Nester in 40 km Tiefe am westlichen Teil des Salar de Atacama und in 60 km Tiefe unter der Präkordillere an, dass hier Deformationsprozesse in einem spröden Medium stattfinden. Die Magnituden der Beben variieren zwischen 0,5 und 2,5. Wie die Herdmechanik dieser Beben zeigt, unterliegt das lokale Spannungsfeld starke Richtungsänderungen. Eine wechselnde Hauptspannungsrichtung bestimmt den Typ der Bruchmechanismen. Ab- und Aufschiebungsmechanismen charakterisieren die Mechanismen der oberhalb von 30 km Tiefe liegenden Beben. Die Beben in ca. 40-50 km Tiefe zeigen überwiegend einen Aufschiebungsmechanismus, während die Beben in ca. 60-70 km Tiefe einen Abschiebungsmechanismus. Der abgeleitete b-Wert schwankt zwischen 0,5 und 1,2. Diese große Variation des b-Wertes in der vorliegenden Arbeit lässt keine deutliche Rückschlüsse auf erniedrigte oder erhöhte Spannung zu. Schließlich werden Überlegungen zur Rheologie und Tektonik des Untersuchungsgebietes vorgestellt. Ein regionaler W-E-Effekt der Isothermen sowie wechselnde regionale Spannungen scheinen durch eine heterogene Struktur der Oberplatte sowohl in der Oberkruste als auch in ca. 60 km Tiefe bedingt zu sein. Die Verschiebung des magmatischen Bogens nach Osten und die Hypothese der Existenz eines anomalen rigiden Körper (Atacama Block) steht in Übereinstimmung mit den hier erarbeiteten Daten.

Inhaltsverzeichnis Die gesamte Dissertation können Sie als gezippten tar-File oder als zip-File laden. Durch Anklicken der Kapitelüberschriften können Sie das Kapitel in PDF-Format laden: Titelblatt Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 1 2. Strukturen und Prozesse in den Zentralen Anden 5 2.1. Einleitung 5 2.2. Geologische Entwicklung und morphotektonische Gliederung der Zentralen Anden 6 2.2.1. Der Bereich der präandinen Depression 8 2.3. Seismizität in den Zentralen Anden 9 2.3.1. Stil der Subduktion, Inter-Platten-Erdbeben und Strukturen im Tiefseegraben 9 2.3.2. Beben in der Benioff Zone 12 2.3.3. Beben in der Oberplatte 12 2.4. Geophysikalische Anomalien im Untersuchungsgebiet 14 2.4.1. Überblick über die prominentesten Anomalien und ihre Interpretation 14 2.4.2. Laufzeit Tomographie und Dämpfung 14 2.4.3. Refraktionsseismik 15 2.4.3.1. Diskontinuitäten im Bereich 0-40 km Tiefe 15 2.4.3.2. Hydratisierter Mantelkeil und Verlauf der Kruste-Mantel-Grenze (Moho) 16 2.4.4. Gravimetrie 16 2.4.5. Magnetotellurik 17 2.4.6. Geothermie 17 2.5. Rolle der Fluide im Untersuchungsgebiet 17 3. Datengewinnung 19 3.1. Das seismologische Experiment PISCO`94 19 3.2. Auswertung der PISCO-Daten 20 4. Datenbearbeitung: Die Suche nach Krustenbeben 21 4.1. Definition von seismischen Bereiche und Selektionskriterien 21 4.2. Seismische Registrierungen 23 4.3. Selektionskriterien 25 4.3.1. Laufzeit und Signalamplituden 25 4.3.1.1. Hauptkriterium: S- und P-Laufzeitdifferenzen unter Verwendung einer Station 25 4.3.1.2. Zusatzkriterium: S- und P-Laufzeitdifferenzen unter Verwendung zweier Stationen 27 4.3.1.3. Zusatzkriterium: P-Laufzeitdifferenzen und Signalamplituden 28 4.3.2. Das Frequenzspektrum als mögliches Selektionskriterium 29 4.3.2.1. Das Erdbebenspektrum 29 4.3.2.2. Darstellung eines Sonogramms 31 4.4. Beispiele 34 4.5. Schlussfolgerungen 40 4.6. Zusammenfassung 40 5. Ergebnisse der Suche von Krustenbeben 43 5.1. Lokalisierung und eliminierte Beben 43 5.2. Relokalisierung 47 5.2.1. Lokalisierungsgenauigkeit und VELEST als Lokalisierungsroutine 47 5.2.2. Relokalisierung unter Verwendung von Subnetzen 50 5.3. Magnitudenbestimmung 55 5.3.1. Bestimmung und Verteilung der Magnituden 55 5.3.2. Bestimmung des b-Wertes 56 6. Bestimmung von Herdflächenlösungen 59 6.1. Bebenmechanismen 59 6.2. Grundlage zur Darstellung der Quelle eines Erdbebens 59 6.3. Bestimmung von Herdflächenlösungen 60 6.4. Darstellung des Spannungsfeldes 62 6.5. Darstellung der Herdkugel und der Herdflächenlösungen 63 6.6. Darstellung der Ergebnisse 64 7. Interpretation 71 7.1. Rheologie 72 7.1.1. Spröde und duktile Bereiche 72 7.1.2. Seismizität und Wärmefluss 74 7.1.3. Seismizität und Rheologie der Oberplatte 76 7.2. Vergleich mit geophysikalischen Anomalien 84 7.2.1. Rigidität 84 7.2.2. Der Atacama Block und die verdickte Kruste im Zusammenhang mit der Seismizität 85 7.3. Tektonik und geologische Strukturen im Bereich der präandinen Depression 87 7.3.1. Das Neogene Spannungsfeld 87 8. Schlussfolgerungen 93 Zusammenfassung 95 Summary 97 Resumen 99 Literaturverzeichnis 101 Appendix A 107 Appendix B 113 Danksagungen 119

Ergänzende Angaben:
Online-Adresse:	http://www.diss.fu-berlin.de/2002/202/index.html
Sprache:	Deutsch
Keywords:	Crustal Seismicity, stress field, Rheology
DNB-Sachgruppe:	31 Geowissenschaften
Datum der Disputation:	19-Jul-2002
Entstanden am:	Fachbereich Geowissenschaften, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter:	Priv. Doz. Dr. Günter Asch
Zweiter Gutachter:	Prof. Dr. Peter Giese
Dritter Gutachter:	Prof. Dr. Götze, Prof. Dr. Kind, Prof. Dr. Scheuber
Kontakt (Verfasser):	belmonte@geophysik.fu-berlin.de
Kontakt (Betreuer):	giese@geophysik.fu-berlin.de
Abgabedatum:	25-Sep-2002
Freigabedatum:	27-Sep-2002

 

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