Simulation of mass fluxes and accretion processes in the Torlese accretionary wedge (New Zealand)
Final Report Abstract
Das vorliegende Projekt untersucht den Aufbau und die Dynamik von Akkretionskeilen, welche in großem Maße zum Wachstum kontinentaler Kruste an Subduktionszonen beitragen. Im Vordergrund der Studie steht die Betrachtung, wie Sedimentpakete während progressivem Keilwachstum angelagert werden. Die Prozesse des Keilwachstums werden im Kontext der ,Kritischen Keiltheorie' betrachtet und mit Strukturen innerhalb des Torlesse Akkretionskeil in Neuseeland in Beziehung gesetzt. Für die Studien zur Simulation von Akkretionskeilen wurden Diskrete-Element-Modellierungen (DEM) durchgeführt. Sie erlauben, im Gegensatz zu analogen Sandkastensimulationen, Materialeigenschaften während der Verkürzungsexperimente zu ändem. Für die Verkürzungsexperimente wurde ein kontaktgebimdenes synthetisches DE-Material CB-16 kalibriert, welches den Eigenschaften von Sedimenten in Akkretionskeilen entspricht und durch ein Mohr-Coulombsches Bruchverhalten in der Oberkruste beschrieben werden kann. Um in den Simulationen eine, wie in der Natur, verstärkte Lokalisierung der Verformung entlang diskreter Störungszonen zu erlangen, wurde ein verformungsratenabhängiger Algorithmus zur Störungszonenschwächung in den Modellen implementiert. Überschreitet der relative Versatz entlang einer aktiven Störungen das verformungsratenabhängige Kriterium, wird Material CB-16 durch ein ungebundenes Material UB-10 ersetzt, dessen Partikel durch geringere Normalen- und Schersteifigkeiten und einer geringeren Reibung definiert sind. Das Ändern der Materialeigenschaften führt zu einer bevorzugten Deformation entlang bestehender Störungen gegenüber sich erst neu zu bildenden kleineren und stark verteilten Brüchen. Durch Einführung eines weiteren verformungsratenabhängigen Kriteriums wird der Effekt verheilender Brüche simuliert. In Versuchsreihen wurde der Effekt verschiedener Werte für die implementierten Verheilungsund Störungsschwächungskriterien untersucht. Die Kriterien bedingen einen starken Einfluß auf Keilgeometrie, entstehendes Störungsmuster und unterschiedliches mechanisches Verhalten. Hierbei ist insbesondere der relative Anteil elastischer, diffus-plastischer und stark lokalisierter plastischer Deformation betroffen. In den durchgeführten Verkürzungsexperimenten konnte das Deformationsverhalten von Akkretionskeilen simuliert werden. Es bilden sich im Verlauf der progressiven Deformation zunächst vorlandvergente Duplexstrukturen im frontalen Bereich der Akkretionskeile aus. Diese werden später von rückgelagerten ,Out-of-sequence'-Überschiebungen überfahren. Die Ausbildung dieser Überschiebungen führt zu einer teilweisen tektonischen Erosion bereits frontal akkretierten Materials, welches nachfolgend an der Basis des Akkretionskeils durch Unterplattung angelagert wird. Interessanterweise zeigen die Modellstudien eine simultane Formation der ,Out-of-sequence'-Überschiebungen und des progressiven vorlandgerichteten Propagierens der Deformationsfront mit neuen frontalen Duplexstrukturen. Tektonische Erosion durch ,Out-of-sequence'-Überschiebungen könnte die Schichtlücke an der Esk-Head Melange im Torlesse Akkretionskeil in Neuseeland und die zeitgleiche Hochdruckmetamorphose und Exhumierung in den internen Einheiten des Torlesse Keils erklären. Somit kann das Fehlen heranfahrender Sedimente in die Subduktionszone als Grund für die vorhandene Schichtlücke wahrscheinlich ausgeschlossen werden.
Publications
- Dynamic decollement formation in high-resolution distinct-element models of accretionary wedges. Geophysical Research Abstracts, Vol. 9, 08566, 2007
H. Deckert, M. Seyferth
