Welche Parameter kontrollieren Coulombspannungsänderungen auf Überschiebungen und Abschiebungen? Untersuchungen anhand von drei-dimensionalen Finite-Elemente-Modellen mit Porenfluiddruckvariationen und postseismischer viskoelastischer Relaxation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Intrakontinentale Störungen stellen eine erhebliche seismische Gefährdung dar, aber ihr Potential zur Erzeugung destruktiver Erdbeben erfährt weniger Aufmerksamkeit als die seismische Gefährdung an Plattengrenzen. Bekannte 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. Im Rahmen des Projekts haben wir die erdbebeninduzierte Deformation sowie die Spannungstransfer zwischen Störungen mit 2D und 3D finite-Elemente-Modellen untersucht. Um die Effekte von Porenfluiddruckänderungen und viskoelastischer Relaxation voneinander abzugrenzen, haben wir Experimenten mit und und Porenfluid bzw. viskoelastischer Deformation durchgeführt und die Permeabilität und Viskosität variiert. Wie unsere Ergebnisse zeigen, werden koseismische (=statische") Coulombspannungsänderungen sofort nach dem Erdbeben durch poroelastische Effekte und viskoelastische Relaxation in ihrer Magnitude und räumlichen Verteilung modifiziert. Im ersten Monat dominieren dabei poroelastische Effekte, während das Signal des viskoelastischen Deformation je nach Viskosität ab einem halben Jahr bis Jahrzehnte nach dem Beben sichtbar ist. Für genügend niedrige Permeabilitäten, können sich Coulombspannungsänderungen durch poroelastische Effekte, viskoelastische Relaxation und interseismischem Spannungsaufbau über Jahrzehnte nach dem Erdbeben überlagern. Poroelastische Effekte betreffen dabei ein Gebiet bis ca. 10-20 km um die Störung, während das Signal der viskoelastischen Relaxation über Distanzen von mehreren 10er Kilometern erkennbar ist. Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich poroelastische Effekte und viskoelastische Relaxation deutlich früher in der postseismischen Phase und über längere Zeiträume überlappen als bisher angenommen. Dies sollte bei der Interpretation der Verteilung von Nachbeben, Coulombspannungsänderungen und Oberflächendeformationen berücksichtigt werden. Poroelastische und viskoelastische Effekte haben einen starken Einfluss auf die Magnitude und Verteilung von Coulombspannungsänderungen und sollten daher bei der Evaluation des Spannungstransfers zwischen Störungen nicht vernachlässigt werden. Die nachgewiesene Modifikation koseismischer Spannungsänderungen durch transiente Prozesse impliziert auch, dass der immer noch oft angewendete Ansatz, transiente Prozesse zu vernachlässigen und nur koseismische Spannungsänderungen bei der Evaluation des Spannungstransfer zwischen Störungen zu berücksichtigen, ungültige Ergebnisse liefert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2D finite-element modelling of the interaction between poroelastic effects and viscoelastic relaxation during the seismic cycle. DGGV Annual Meeting GeoKarlsruhe (online talk).
Peikert, J.; A. Hampel & M. Bagge
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2D finite-element modelling of the interaction between poroelastic effects and viscoelastic relaxation during the seismic cycle. EGU General Assembly (online presentation).
Peikert, J.; A. Hampel & M. Bagge
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Relative importance of poroelastic effects and viscoelastic relaxation for postseismic velocity fields after normal and thrust earthquakes: insights from 2D finite-element modelling. DGGV Annual Meeting, GeoMin Köln (talk).
Peikert, J.; A. Hampel & M. Bagge
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Relative importance of poroelastic effects and viscoelastic relaxation for postseismic velocity fields after normal and thrust earthquakes: Insights from 2D finite-element modelling. Tectonophysics, 838, 229477.
Peikert, Jill; Hampel, Andrea & Bagge, Meike
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Relative Importance of Poroelastic Effects and Viscoelastic Relaxation for Postseismic Velocity Fields and Coulomb Stress Changes on Normal and Thrust faults: Insights from Finite-Element Modeling. AGU Fall Meeting, Chicago, poster.
Peikert, J.; A. Hampel & M. Bagge
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Relative Importance of Poroelastic Effects and Viscoelastic Relaxation for Co- and Postseismic Coulomb Stress Changes on Normal and Thrust faults: Insights from 3D Finite-Element Modeling. EGU General Assembly, Vienna, poster.
Peikert, J.; A. Hampel & M. Bagge
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Three-dimensional finite-element modeling of Coulomb stress changes on normal and thrust faults caused by pore fluid pressure changes and postseismic viscoelastic relaxation. Geosphere, 20(1), 105-128.
Peikert, Jill; Hampel, Andrea & Bagge, Meike
