The electrical conductivity structure between the transitional (near SAFOD) and locked (SE of Cholame) segments of the San Andreas Fault, including the source region of the non-volcanic tremors
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mit dem Projekt ELSAF sollte die tiefe Leitfähigkeitsstruktur der San Andreas Verwerfung untersucht werden. Zusammen mit den vorher stattgefundenen Projekten DeepRoot und TremorMT wurden Magnetotellurik-Daten an ca. 250 Stationen mit hoher räumlicher Überdeckung der San Andreas Verwerfung in Zentralkalifornien gewonnen. Aus den 2D Inversionsergebnissen konnten wir einen Wirkungsmechanismus nachweisen, der die ungleichmäßige Verteilung von starken Erdbeben in der San Andreas-Verwerfung erklären kann. Jährlich wandert Los Angeles rund sechs Zentimeter auf San Francisco zu, weil die Pazifische Platte, auf der Los Angeles sitzt, sich nach Norden bewegt, parallel zur Nordamerikanischen Platte mit San Francisco. In einigen Bereichen der Verwerfung ist diese Bewegung fast stetig, während sich andere Bereiche verhaken, um sich dann mit starken Erdbeben ruckartig um mehrere Meter gegeneinander zu verschieben. Beim San Francisco-Erdbeben von 1906 wurde dieser schlagartige Versatz auf sechs Meter berechnet. Die San Andreas-Verwerfung wirkt als Nahtstelle der Erde durch die gesamte Erdkruste bis in den Erdmantel hinein. Im Abbild der elektrischen Leitfähigkeit wird deutlich, dass Gesteinswässer aus Tiefen des oberen Erdmantels, d.h. zwischen 20 und 40 Kilometern bis in oberflächennahe Bereiche des kriechenden Teils der Verwerfung eindringen können, während diese Wässer in den anderen Bereichen von einer undurchlässigen Deckschicht am Aufstieg gehindert werden. Wo Fluide aufsteigen können, wird ein Gleiten der Platten begünstigt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass es auch in der Tiefe große Unterschiede in den mechanischen und stofflichen Eigenschaften entlang der Störung gibt. So scheinen die sogenannten Tremor-Signale an Bereiche unterhalb der San Andreas Verwerfung gekoppelt zu sein, in denen die Fluide eingeschlossen sind. Mit Tremor werden niederfrequente Erschütterungen bezeichnet, die nicht mit Bruchvorgängen einhergehen, wie sie für normale Erdbeben typisch sind. Die Beobachtungen stützen die Annahme, dass Fluide bei der Entstehung von Erdbeben eine wichtige Rolle spielen. Alle ursprünglich formulierten Projektziele von ELSAF wurden erreicht. Die Ergebnisse sind von herausragender Bedeutung, sowohl für die Geo-Elektromagnetik Forschung (Magnetotellurik) als auch für das Verständnis der Dynamik der San Andreas Verwerfung. Unsere Aktivitäten sind auf außergewöhnlich großes Interesse bei unseren Kollegen aus den USA gestoßen. Daraus haben sich großartige Kooperationen entwickelt, die auch noch heute Bestand haben. Auch mit Gruppen innerhalb Deutschlands und innerhalb des GFZ gab und gibt es lebhaften Austausch. Die San Andreas Verwerfung ist ein einzigartig intensiv erforschtes natürliches Laboratorium, das alle Geoforscher inspiriert und nach wie vor interessiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2008. A deep crustal fluid channel into the San Andreas Fault system near Parkfield, California. Geophys. J. Int., 173, 718-732
Becken, M., Ritter, O., Park, S., Bedrosian, P., Weckmann, U., Weber, M.
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2011. Correlation between deep fluids, tremor and creep along the central San Andreas fault. Nature, 480, 87-90
Becken, M., Ritter, O., Bedrosian, P., Weckmann, U.
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2012. Investigating the electrical conductivity structure of the San Andreas fault in the Parkfield-Cholame region with 3D magnetotelluric inversion. PhD thesis, Free University Berlin, 161 pp.
Tietze, K.
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2012. Magnetotelluric Studies at the San Andreas Fault Zone: Implications for the Role of Fluids. Surv. Geophys., 33, 65-105
Becken, M., Ritter, O.
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2013. Three-dimensional magnetotelluric inversion in practice—the electrical conductivity structure of the San Andreas Fault in Central California. Geophysical Journal International, Vol. 195. 2013, Issue 1, Pp. 130-147.
Tietze, K., Ritter, O.
