Erstellung eines rheologischen Modells der mittleren Kruste mithilfe numerischer Simulationen, basierend auf Informationen aus dem geologischen record exhumierter metamorpher Gesteine
Final Report Abstract
In dem beantragten Projekt sollen Informationen aus metamorphen Gängen in süd Evia, Griechenland, soweit abstrahieren werden, dass sie in numerische Modelle implementiert werden können, um das zeitabhängige mechanische Verhalten der Mittleren Kruste während des seismischen Zyklus zu analysieren. Dazu wurden zunächst Modelle auf dem Lithosphärenmaßstab erstellt, um (1) die Informationen aus den Evia Gängen in einen größeren Zusammenhang zu stellen, und (2) die Interaktion zwischen einer Störung und dem regionalen Spannungsfeld zu quantifizieren. Anschließend werden Repräsentative Volumenelemente (RVE) definiert, deren Dimension in etwa der eines Aufschlusses entspricht, um zu klären unter welchen Umständen Gänge mit niedrigen Aspect Ratio (Quotient aus Ganglänge und Öffnungsweite) während eines seismischen Zyklus entstehen können. Dazu werden die RVE werden mit Spannungs-Zeitreihen aus den Lithosphärenmodellen belastet und die mechanischen Eigenschaften angepasst. Die Ergebnisse der Studien zeigen: (1) Die Informationen über die Spannungsentwicklung aus den Evia Gängen sind bereits mit einfachen Modellgeometrien und Parametern reproduzierbar; (2) postseismisches Kriechen in der Mittleren induziert elastische Verformung in der Oberen Kruste und trägt wesentlich zur postseismischen Wiederbelastung der Störung bei. Der Beitrag von postseismischem Kriechen im Mantel ist vernachlässigbar. (3) In allen Lithosphärenmodellen rotieren die Hauptnormalspannungen während der seismischen Zyklen. In unseren Modellen zeigt die Spannungsrotation eine deutliche Abhängigkeit von den Prozessen in der Mittleren Kruste, die in aktuellen theoretischen Modellen zur koseismischen Spannungsrotation nicht berücksichtigt werden. (4) Die vorläufige Analyse der RVE zeigt, dass die Entwicklung von Gängen mit niedrigem Aspect Ratio von dem instationären Spannungsfeld im tiefen Liegenden einer aktiven Abschiebung begünstigt wird, wenn der Fluiddruck in etwa der kleinsten Hauptnormalspannung σ3 entspricht. Die Ergebnisse des beantragten Projektes bestätigen, dass Informationen über die Entwicklung des Spannungsfeldes in der Mittleren Kruste aus dem record exhumierter metamorpher Gesteine gewonnen werden können. Unsere Ergebnisse sind daher von großer Bedeutung für Rückschlüsse auf die Entwicklung des Spannungsfeldes in der gesamten Kruste und für die Abschätzung der Wiederbelastungsraten von aktiven Störungen.
Publications
- Complex states of stress during the normal-faulting seismic cycle: The role of mid-crustal postseismic creep. Journal of Geophysical Research
Nüchter, J.-A. and Ellis, S.
(See online at https://doi.org/10.1029/2010JB007557)
