Three-component magnetic logging in the Louisville seamounts

• Applicants: Professor Dr. Andreas Hördt; Dr. Martin Leven
• Subject Area: Palaeontology
• Term: from 2011 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 197011999

• Final Report Year: 2015

Final Report Abstract

Während der Expedition 330 des international ocean drilling program (IODP) zu der untermeerischen Vulkankette “Louisville Seamounts” im Südpazifik wurden in zwei der Bohrungen (U1374 und U1376) Dreikomponenten-Bohrlochmagnetikmessungen durchgeführt. Ziel war es, die Richtung der remanenten Magnetisierung der durchbohrten Gesteine zu bestimmen. Die Magnetisierungsrichtung kann verwendet werden, um die Rekonstruktion der Bewegung der pazifischen Platte zu unterstützen. Besonders wichtig ist die Deklination, also die Abweichung von der Nordrichtung der Magnetisierung, da diese nicht aus Bohrkernen, deren Orientierung nicht bekannt ist, gewonnen werden kann. Die drei Komponenten des Erdmagnetfeldes werden im Koordinatensystem der Messonde gemessen, welche sich im Magnetfld der Erde rotiert und bewegt. Um das Magnetfeld in geographischen Koordinaten zu rekonstruieren, muss daher die Lage der Sonde sehr genau und unabhängig vom Erdmagnetfeld gemessen werden. Wir haben das Göttinger Bohrlochmagnetometer (GBM) eingesetzt, welches mit faseroptischen Kreiseln und Neigungsmessern ausgestattet ist. Durch aufwändige Kalibrationsmessungen und Datenverarbeitung, und durch einen neuen Algorithmus, der die Daten der Neigungsmesser und der Faserkreisel gemeinsam auswertet, konnten wir die Nord-Ost und Vertikalkomponente des Magnetfeldes sehr präzise bstimmen. Die Standardmethode, um aus den Magnetfelddaten die Gesteinsmagnetisierung zu bestimmen, beruht auf einem Modell bestehend aus horizontalen Schichten. Die mit diesem Verfahren bestimmte Inklination, also der Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung und der horizontalen Ebene, zeigt allerdings beträchtliche Differenzen zur Inklination, die aus Messungen an Bohrkernen bestimmt wurde. Daher wurde eine neue Methode entwickelt, die geneigte Schichten berücksichtigt und die Information aus Bohrkernen direkt mit einbezieht. Auf diese Art finden wir ein Modell, bei dem die Deklination der Magnetisierung null ist, und welches in Einklang mit den Daten steht. Da allerdings die Neigung und der Azimuth der geneigten Schichten nicht bekannt sind, ist das resultierende Modell nicht eindeutig, d.h. es gibt verschiedene Modelle, welche die Messdaten erklären. Daher führen wir eine detaillierte Analyse einer einzelnen Schicht durch, bei der wir die Neigung und den Azimuth aus Bildern der Bohrlochwand bestimmen. Die Mehrdeutigkeit wird dadurch beträchtlich reduziert, während die Hypothese einer Null-Deklination immer noch im Einklang mit den Daten ist. Eine verschwindende Deklination bedeutet, dass die pazifische Platte seit der Entstehung des untermeerischen Vulkanes nicht rotiert ist.

Publications

• 2011. Three-component magnetic downhole measurements on the Rigil and Burton Guyots, Louisville Seamount Trail, IODP Expedition 330. Fall Meeting of the American Geoscience Union, 2011
  Ehmann, S., Anderson, L., Hördt, A., Leven, M., Virgil, C., Expedition 330 Scientists
  
• 2012. Dreikomponentige Magnetfeldmessungen in den Louisville Seamounts während IODP Expedition 330. 72. Jahrestagung der DGG
  Ehmann, S., Anderson, L., Hördt, A., Leven, M., Virgil, C., Expedition 330 Scientists
  
• 2012. Limited latitudinal mantle plume motion for the Louisville hotspot, Nature Geoscience 5 (12), pp. 911-917
  Koppers, A.A.P., Yamazaki, T., Geldmacher, J., Gee, J.S., Pressling, N., Hoshi, H., Anderson, L., Beier, C., Buchs, D.M., Chen, L.-H., Cohen, B.E., Deschamps, F., Dorais, M.J., Ebuna, D., Ehmann, S., Fitton, J.G., Fulton, P.M., Ganbat, E., Hamelin, C., Hanyu, T., Kalnins, L., Kell, J., Machida, S., Mahoney, J.J., Moriya, K., Nichols, A.R.L., Rausch, S., Sano, S.-I., Sylvan, J.B., Williams, R.
  
• 2013. Berechnung von Magnetisierungen aus dreikomponentigen Magnetfeldmessungen in den Louisville Seamounts während IODP Expedition 330. 73. Jahrestagung der DGG
  Ehmann, S., Anderson, L., Hördt, A., Leven, M., Virgil, C.
  
• 2013. Iodp expedition 330: Drilling the Louisville seamount trail in the SW Pacific. Scientific Drilling, 15, 11-22
  Koppers, A.A.P. , Yamazaki, T., Geldmacher, J., Anderson, L., Beier, C., Buchs, D.M., Chen, L.-H., Cohen, B.E., Deschamps, F., Dorais, M.J., Ebuna, D., Ehmann, S., Fitton, J.G., Fulton, P.M., Ganbat, E., Gee, J.S., Hamelin, C., Hanyu, T., Hoshi, H., Kalnins, L., Kell, J., Machida, S., Mahoney, J.J., Moriya, K., Nichols, A.R.L., Pressling, N., Rausch, S., Sano, S.-I., Sylvan, J.B., Williams, R.
  
• 2014. 3-komponentige Magnetfeldmessungen in der Bohrung Schotten/Sichenhausen – Inversion und Ergebnisse. 74. Jahrestagung der DGG
  Neuhaus, M., Ehmann, S., Virgil, C, Hördt, A., Leven, M., Steveling, E.
  
• 2015. Paleomagnetic inclination and declination from three-component borehole magnetometer data—New insights from logging in the Louisville seamounts J. Geophys. Res. Solid Earth, 120
  Ehmann, S., A. Hördt, M. Leven, and C.Virgil
  
• 2015. Reorientation of threecomponent borehole magnetic data. Geophys.Prospect., 63, 225-242
  Virgil, C., S. Ehmann, A. Hördt, M. Leven, and E. Steveling