Welche Parameter kontrollieren Coulombspannungsänderungen auf Überschiebungen und Abschiebungen? Untersuchungen anhand von drei-dimensionalen Finite-Elemente-Modellen mit Porenfluiddruckvariationen und postseismischer viskoelastischer Relaxation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Andrea Hampel
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437915117

Intrakontinentale Störungen stellen eine erhebliche seismische Gefährdung dar, aber ihr Potential zur Erzeugung destruktiver Erdbeben erfährt weniger Aufmerksamkeit als die seismische Gefährdung an Plattengrenzen. Rezente Beispiele verheerender intrakontinentaler Erdbeben sind das 2008 Wenchuan (China) Beben sowie die 2009 L'Aquila und 2016 Norcia-Amatrice (Italien) Beben. Zusätzlich zu den unmittelbar entstehenden Schäden kann ein starkes Erdbeben auch den Spannungszustand benachbarter Störungen beeinflussen. Um abzuschätzen, ob dadurch Erdbeben auf Nachbarstörungen gefördert oder verzögert werden, werden sogenannte Coulomb-Spannungsänderungen analysiert, die durch den koseismischen Versatz sowie transiente postseismische Prozesse wie poroelastische Effekte oder viskoelastische Relaxation verursacht werden. Bislang haben sich die meisten Studien auf die Berechnung von Coulomb-Spannungsänderungen für natürliche Erdbeben und Störungen konzentriert, für die jedoch die Beiträge der einzelnen Prozesse oft uneindeutig und umstritten sind. Der Hauptgrund hierfür liegt darin, dass es bislang nicht möglich ist, Coulomb-Spannungsänderungen direkt zu messen und daher ihre Analyse auf Modellberechnungen basiert, die vereinfachende Annahmen im Hinblick auf Störungsgeometrie und die betrachteten Prozesse machen müssen. Beispielsweise berücksichtigt die häufig genutzte Software Coulomb weder poroelastische noch viskoelastische Effekte. Darüber hinaus gibt es einen Mangel an konzeptionellen Modellen, die Auskunft über die theoretisch zu erwartenden Spannungsänderungen geben und damit eine Basis für den Vergleich mit natürlichen Spannungsmustern liefern könnten.Das Ziel des Projekts ist es, unser Verständnis von transienten und nicht-transienten Mechanismen, die Coulomb-Spannungsänderungen auf intra-kontinentalen Ab- und Überschiebungen hervorrufen, nachhaltig zu verbessern. Als Methode werden wir 3D finite-Elemente Modellierungen mit der Software ABAQUS anwenden. Die Modellstörungen werden als reibungskontrollierte Kontaktflächen implementiert. Die Akkumulation von Versatz auf den Modellstörungen erfolgt im Einklang mit den im Modell herrschenden regionalen Spannungs- und Verformungsfeldern. Die Modelle beeinhalten weiterhin Schwerkraft und Isostasie sowie ein durch Extension oder Verkürzung erzeugtes regionales Spannungsfeld. In verschiedenen Experimenten werden wir Einfallswinkel, Einfallsrichtung und die Position der Störungen zueinander variieren, um die Muster der Coulomb-Spannungsänderungen systematisch zu erfassen. Von den Prozessen, die zu Coulomb-Spannungsänderungen führen, werden der koseismische Versatz beim Erdbeben, poroelastische Effekte, viskoelastische Relaxation und interseismische Spannungsakkumulation berücksichtigt. Damit werden es unsere Modelle erlauben, erstmals die relative Bedeutung dieser Prozesse für die Spannungsverteilung sytematisch zu erfassen sowie ihre räumlichen und zeitlichen Skalen detailliert zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen