Discontinuities and mantle deformation in the subduction zones of South America and Indonesia

• Antragsteller: Dr. Ingo Wölbern
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188582760

Subduktionzonen sind integraler Bestandteil der Plattenbewegung und somit der dynamischen Vorgänge im Erdinneren. Die mit der Subduktion verknüpften Deformationsprozesse sind jedoch nur grob untersucht. Seismische Anisotropie ist ein messbarer physikalischer Ausdruck dieser dynamischen Prozesse und ermöglicht es, auf die Bewegungsabläufe im Erdinneren zurückzuschließen. Frühere Studien zeigten häufig eine Ausrichtung der schnellen Polarisationsachse senkrecht zur Bewegung der subduzierenden Platte statt der zu erwartenden parallelen Ausrichtung aufgrund der Einregelung des Olivin. Zur Erklärung wurden mineralogische Einflüsse oder aber graben-parallele Mantelströmungen postuliert. Laterale Änderungen der Anisotropie zeigen zudem, dass einfache zweidimensionale Modelle oft nicht zur Erklärung der Messergebnisse ausreichen und Analysen an vereinzelten Stationen kein zuverlässiges Bild des Erdinneren liefern. Das GEOFON-Archiv, Potsdam, verfügt über umfangreiche seismologische Datensätze, die in den Subduktionszonen Indonesiens und Südamerikas aufgezeichnet wurden. Stationszahl und -dichte dieser Messnetze übertreffen deutlich diejenigen früherer Studien und erlauben eine lateral hochaufgelöste Bestimmung des Scherwellensplittings und damit der Anisotropie in diesen Gebieten. Der geringe Stationsabstand ermöglicht eine Erfassung kleinskaliger lateraler Änderungen und somit eine genauere Abbildung der komplexen Vorgänge. Grundlage für eine Modellierung und die Interpretation ist weiterhin eine genaue Kenntnis der seismischen Strukturen, Schichtmächtigkeiten und Diskontinuitäten. Im ersten Antragszeitraum wurden neue methodische Grundlagen für die Methode der S-Receiver Functions sowie für die SKS-Splitting-Analyse erarbeitet und das benötigte Datenmaterial angefordert und aufbereitet. Für die Subduktionszone im Gebiet der Zentralanden wurde die Auswertung der Scherwellensplittings mit SKS und zusätzlichen lokalen S-Phasen mit Daten aus dem ReFuCA-Projekt durchgeführt. Frühere Beobachtungen der graben-parallelen Ausrichtung der schnellen Achsen konnten dabei ebenso wenig bestätigt werden, wie die großen Verzögerungszeiten von bis zu 3 s. Im hiermit beantragten zweiten Antragszeitraum soll diese Arbeit mit weiteren Datensätzen (IPOC, ISSA) aus den zentralen und südlichen Anden ausgeweitet werden, um ein vollständigeres Bild der Komplexität der seismischen Anisotropie zu erhalten. Vergleichend soll die Untersuchung auch im Bereich Zentraljavas durchgeführt werden. Ziel ist die hochaufgelöste Kartierung seismischer Diskontinuitäten und der Anisotropiemuster aus SKS- sowie lokalen S-Phasen als Abbild der Deformationsprozesse in Subduktionszonen. Mittels einer FD-Wellenform-Modellierung soll die Plausibilität verschiedener Anisotropie-Modelle zur Erklärung der Beobachtungen getestet werden. Schließlich sollen die Gründe untersucht werden, die zu den Diskrepanzen der neuen Ergebnisse mit früheren Beobachtungen geführt haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen