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Geophysical and Geodetic Search for Transients in the Northern Chile Coupling Zone

Subject Area Geophysics
Term from 2010 to 2016
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 142091717
 
Final Report Year 2018

Final Report Abstract

Die am Anfang des Projektes gemachten Studien zur Auflösung und Nichteindeutigkeit von Slip-Map Inversionen zeigten die bereits von anderen Arbeiten bekannten Effekte. Das hier getestete Zweischrittverfahren, in dem zunächst nach einem mittleren kinematischen Modell invertiert und dann in einem zweiten Schritt eine variable Slipverteilung und Bruchgeschwindigkeit zugelassen wird, hat in puncto Eindeutigkeit des Inversionsergebnisses leider keine wesentliche Verbesserung erbracht. An synthetischen Modellen konnte gezeigt werden, dass die Einbeziehung geodätischer Daten für flache Erdbeben zu verbesserten Aussagen führt. Dieser Ansatz, ebenso wie Versuche, die Unsicherheit in Greensfunktionen in die Inversion einzubeziehen, konnten nicht zu Ende geführt werden. Fortschritte wurden gemacht in Bezug auf eine verbesserte Abbildung der Bruchausdehnung und der lokalen Bruchgeschwindigkeit aus arrayseismologischen Analysen. Ebenfalls erfolgreich war die Auswertung der im Rahmen von IPOC generierten Beschleunigungsdaten, ihre Verarbeitung zu Antwortspektren sowie deren Auswertung. Im Norden Chiles gibt es ein sogenanntes „seismisches Gap“, eine etwa 500 km lange seismische Lücke, in der das letzte große Erdbeben vor mehr als hundert Jahren stattfand. In den anderen Regionen Chiles haben sich die angestauten Spannungen in jüngerer Zeit durch starke Beben entladen. Wegen der erhöhten Gefahr starker Beben in dieser Lücke hat das GFZ Potsdam dort ein sogenanntes „Plate Boundary Observatory“ aufgebaut. Dort wurden geophysikalische Messstationen errichtet, die verschiedene Parameter, wie Erdbeben, Bodenverschiebungen oder elektrische und magnetische Felder kontinuierlich vermessen. Diese Daten werden direkt ins GFZ Potsdam übertragen, dort archiviert und stehen allen interessierten Wissenschaftlern kostenlos zu Verfügung. Das Ziel ist es, den seismischen Zyklus von Spannungsaufbau und -abbau besser verstehen zu lernen und damit letztendlich einen Beitrag zur Erdbebenvortage zu leisten. Seit 1995 gab es drei stärkere Beben in dieser Region, die aber nicht groß genug waren, um die angesammelten Spannungen vollständig abzubauen. Sie zeigen aber an, dass der Spannungsabbau begonnen hat und möglicherweise in naher Zukunft weiter voranschreitet. In anderen Subduktionszonen, in den Kaskaden im Nordwesten der USA und in Canada, in Mexico und in Japan, wurden tektonische „Tremors“ entdeckt. Tremors sind schwache, aber über längere Zeiträume andauende seismische Signale, die bisher nur von Vulkanen bekannt waren, aber nicht von Subduktionszonen. Diese Tremors sind mit sprunghaften Dislokationen an der Erdoberfläche verbunden, die mit GPS beobachtet werden. Tremors sind eine zweite, neben Erdbeben, relativ neu beobachtete Art des Spannungsabbaues an Plattengrenzen. Ziel des Vorhabens war es, in dem seismischen Gap nach sich langsam ändernden Vorgängen zu suchen. Als erstes wurde nach Tremors gesucht, die aber nicht mit Sicherheit nachgewiesen werden konnten. Das führt zu einer neuen Frage: Warum gibt es in der chilenischen Subduktionszone keine Tremors? Eine zweite, ebenfalls noch relativ neue aber bewährte Methode zur Messung veränderlicher Vorgänge in der Erdkruste, ist die Methode mit Hilfe seismischer Unruhe Geschwindigkeitsänderungen seismischer Wellen zu messen, die auf Spannungsänderungen hindeuten. Mit dieser Methode können Geschwindigkeitsänderungen im Promille-Bereich gemessen werden. Es ist uns gelungen, mit dieser Methode Änderungen der seismischen Geschwindigkeit im Herdgebiet des Bebens von Tocopilla im Jahre 2007 (Magnitude 7.7) und einiger kleinerer Beben beobachtet. Das Besondere am Tocopilla Beben war, das es zwei Jahre dauerte bis die Geschwindigkeit wieder auf den ursprünglichen Zustand zurückgekehrt war. Obwohl bisher Geschwindigkeitsänderungen (bzw. Spannungsänderungen) nur im Zusammenhang mit Erdbeben beobachtet wurden, könnten weitere Verbesserungen dieser oder ähnlicher Methoden möglicherweise auch den Aufbau von Spannungen in der Erdkruste beobachten.

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