Seismic site characterization - Alpine Fault drilling project
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen des Projektes wurden reflexionsseismische Daten akquiriert und ausgewertet, um die Strukturen an der Bohrlokation des ICDP-Projektes Deep Fault Drilling Project Alpine Fault (DFDP) zu erkunden. Die Alpine Fault in Neuseeland ist eine aktive Plattengrenze, an der ein starkes Erdbeben innerhalb der nächsten Jahrzehnte zu erwarten ist. Deshalb wurde die Bohrung abgeteuft, um die physikalisch-chemischen Parameter in etwa 1 km Tiefe an der Störungszone selbst und dem umliegenden Gestein zu untersuchen. Die von uns analysierten seismischen Daten liefern dabei die Untergrundstruktur, ermöglichen eine Korrelation der Bohrergebnisse und tragen somit zum Verständnis der tektonischen Prozesse bei. Der Hauptteil der Messungen umfasste das etwa 5 km lange WhataDUSIE Profil, das an der Bohrlokation DFDP-2 entlang im Whataroa Flusstal verläuft. Nach umfangreicher Datenbearbeitung konnten die einzelnen Schusssektionen mithilfe von Prestack Tiefenmigrations-Verfahren analysiert werden. Zunächst wurde unter Hinzuziehen älterer Daten ein Modell der P-Wellen- Geschwindigkeiten im Untergrund erzeugt. Das Ergebnis zeigt eine etwa 400-600 m mächtige Sedimentschicht, die dem Basement aufliegt. Das Basement selbst weist unerwarteterweise eine Niedriggeschwindigkeitszone auf, die jedoch nach gegenwärtigem Stand notwendig ist, um die seismischen Daten zu erklären, jedoch nicht in das erwartete geologische Modell passt. Hier sind weitere Untersuchungen vor allem hinsichtlich einer 3D-Seismik-Messung und –Auswertung nötig. Generell passen die ermittelten Geschwindigkeitswerte gut zu den Ergebnissen anderer Untersuchungen aus der Region. Der wesentliche Schritt in der Abbildung war anschließend die Migration der Schusssektionen im Prestack-Tiefenbereich mit Hilfe des ermittelten Geschwindigkeitsmodells. Hier zeigt sich, dass die Kirchhoff-Prestack Tiefenmigration nicht ausreicht, um die komplexen Untergrundstrukturen an dieser Lokation ausreichend abzubilden. Nur durch Anwendung der fokussierenden Fresnel-Volumen-Migration gelingt es, die Reflektoren im Untergrund herauszuarbeiten. Aufgrund der hohen Variabilität der Strukturen im Untersuchungsgebiet können dabei nicht alle Schusssektionen gestapelt werden, sondern es musste eine sorgfältige Auswahl getroffen werden, damit die enthaltenen Amplitudeninformationen sich für die jeweils ausgewählten Reflektoren konstruktiv überlagern. Durch diese Bearbeitungsstragie ist es gelungen die Hauptstörung der Alpine Fault abzubilden. Sie ist als klarer Reflektor in 1.2-2.2 km Tiefe mit einem Einfallwinkel von etwa 40° Richtung Südosten zu erkennen. Diese wesentlichen Ergebnisse des Projektes korrelieren mit den geologischen Modellen der Alpine Fault. Zusätzlich gibt es zwei weitere nahezu parallele reflektive Bänder in jeweils etwa 1.5 km Abstand nach Nordwesten und Südosten, die auf inaktive oder sekundäre Störungsäste hinweisen. Im oberflächennahen Bereich fiedert sich die Störung möglicherweise auf, so dass hier keine klaren Reflektoren sichtbar sind. Besonders hervorzuheben ist, dass es gelang, eindeutig die Reflexionen von der Störungszone in den Schusssektionen selbst zu identifizieren (fault plane reflections), was in diesem Tiefenbereich selten ist. Trotz der komplexen dreidimensionalen Strukturen, die mit Hilfe von 2D-seismischen Daten schwer abzubilden sind, gelang es uns, die Untergrundstrukturen mit der 40° nach Südosten einfallenden Hauptstörung der Alpine Fault abzubilden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Advanced seismic imaging techniques characterize the Alpine Fault at Whataroa (New Zealand). JGR Solid Earth, December 2016, Vol 121 Issue 12, Pages 8792-8812
Lay, V., Buske, S., Lukács, A., Gorman, A.R., Bannister, S. and D.R. Schmitt
