Developing a statistical approach to analyze large paired geo-thermochronological datasets with an application to the Canadian Cordilleras
Final Report Abstract
Die Zielsetzung dieses Projektes war es, eine Methode zu entwickeln, tektonische Aktivitäten, v.a. Horizontal- und Vertikalbewegungen, über geologische Zeiträume nachzuvollziehen. Sind direkte strukturelle und kinematische Informationen nicht verfügbar, können horizontale Versätze qualitative durch Paläogeographie, d. h. das Alter und Charakter, benachbarter Gesteinseinheiten abgeschätzt werden, welche z. B. mit Hilfe von Datierungen der detritischen Zusammensetzung sedimentäre Gesteine gemessen werden kann. Vertikale Bewegungen hingegen werden mit Hilfe von thermochronologischen Modellen gewonnen. Mutli-datierungsverfahren liefern dabei genau diese Informationen für individuell gemessene Mineralkörner. Jedes Mineralkorn im Sedimentpaket (Probe) kann daher eine eigenständige geologische Entwicklung beinhalten, welche mit den beiden Methoden quantifiziert werden kann. Methodisch, besitzt das Mineralkorn also zwei (oder mehr) unterschiedliche Alter bzw. Informationen; jedes analysierte Korn, sowie jede Probe besitzt spezifische Kombinationen beider Informationen. Zusammen bilden diese Datensätze damit einen gepaarten bivariaten Datensatz, für den es bis dato keinen statistischen Analyseansatz gab. Daher sollte zunächst eine statistische Methode entwickelt werden, um gepaart, in diesem Fall geo- und thermochronologische, Datensätze zu analysieren. Bevor Beginn des Förderzeitraumes sind gleich mehrere Studien veröffentlicht wurden, welche das ursprünglich antizipierte Ziel dieses Projektes bereits ausführlich erfüllten. Da diese Formulierung der antizipierte Forschungsansatz im Projektantrag gewesen war und dieser somit als abgeschlossen galt, war ich gezwungen vom ursprünglichen Konzept abzuweichen und nach einer Alternative zur primären Zielsetzung zu suchen. Tektonische horizontal- und Vertikalbewegungen können aber auch mit Hilfe der gut bekannten Relativbewegung benachbarter Platten modellieren, das die Hauptspannung der Kruste durch die Kräfte ausgelöst werden, die durch die Relativbewegung entstehen. Hierfür wurde eine Analyse- und Modellierungsmethode für krustale Stressfelder entwickelt. Die Stressfelder werden mit Hilfe sphärischer Trigonometrie in eine Koordinatenreferenzsystem transformiert, dass den Rotationspol der Relativbewegung im Koordinatenursprung hat. Diese Transformation ermöglicht es, Stressfelder frei von Winkelverzerrungen durch die Kugelförmige Gestalt der Erde zu analysieren. Stressfeldinterpolationen und Modellierungen können anschließend zurücktransformiert werden. Diese Methode wurde weltweit und an einzelnen Stressfeldern erfolgreich getestet, d.h. mehr als 80% des globalen Stressfeldes wird von Plattenrändkräften kontrolliert. Es lassen sich aber sogenannte Stressanomalien identifizieren, d.h. Gebiete wo Plattenrandkräfte von weiteren Kräften oder physikalischen Besonderheiten überlagert werden. Diese Regionen können zukünftige Forschungsschwerpunkte setzen, da erklärbare Regionen auf Hinblick der tektonischen Stressfelder nun ausgeschlossen werden können. Die Interpolationsmethode besonders für Regionen geeignet, wo Informationen über das Stressfeld rar sind oder instrumentelle Messungen von Erdbebenaktivitäten nicht vorhanden sind. Mithilfe bereits vorhandener kinematischer und geodynamischer Modelle können damit Charakter sowie Stressfelder von zukünftigen Erdbeben geschätzt werden.
Publications
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Analyzing the horizontal orientation of the crustal stress adjacent to plate boundaries. Scientific Reports, 13(1).
Stephan, Tobias; Enkelmann, Eva & Kroner, Uwe
