Electromagnetic study of the Trans-European suture zone
Final Report Abstract
Das Projekt "EMTESZ" (Electromagnetic Study of the Trans-European Suture Zone) hatte zum Ziel, die Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit im Bereich des polnischen Zweigs (TTZ = Tesseyre-Tornquist Zone) und des südskandinavischen Zweigs (STZ = Sorgenfrei-Tornquist Zone) dieser kontinentweiten Übergangszone zwischen präkambrischem und paläozoischem Europa sowie ihrer jeweiligen Randgebiete zu erforschen. Dazu wurden langperiodische magnetotellurische Messungen auf zwei Profilen in Polen (Pommern) und Ostdeutschland (Brandenburg), auf einem weiteren entlang der deutsch-polnischen Grenze sowie auf einem Profil von Schweden bis Sachsen-Anhalt durchgeführt. Die erstgenannten entsprechen dabei annähernd den früher vermessenen Seismikprofilen LT-7 und P2, das letztere dem Basin96-Profil. Im Laufe der Jahre ist ein Datensatz entstanden, der hinsichtlich Quantität und Qualität in Europa und vielleicht weltweit einzigartig ist. Dies wurde ermöglicht durch eine enge Kooperation der Freien Universität Berlin mit den Partnerinstitutionen insbesondere in Warschau, Moskau, Uppsala und Prag. Die Datenqualität der Stationen in Polen, Schweden und Deutschland war insgesamt gut bis sehr gut – Probleme ergaben sich hauptsächlich durch den von der polnischen Bahn sowie der Berliner S-Bahn erzeugten Noise; beide werden mit Gleichstrom betrieben. Mit Hilfe des Remote-Reference- Processings konnten jedoch in den meisten Fällen stabile Übertragungsfunktionen bestimmt werden, wobei sowohl Stationen des aufgebauten Netzes als auch der geomagnetischen Observatorien Belsk und Niemegk als Referenz fungierten. Da viele Instrumente parallel liefen, konnten auch magnetische Interstationsfunktionen bestimmt werden. Bereits der Verlauf der Sondierungskurven weist dabei auf eine Dreiteilung des Untersuchungsgebiets in Pommern/Brandenburg hin: Paläozoische Plattform (resistiv), TTZ (gut leitend) und Osteuropäischer Kraton (resistiv). Dies wird durch zwei-dimensionale Inversionsrechnungen bestätigt. Fast durch das ganze Arbeitsgebiet zieht sich ein oberflächennaher guter Leiter, der in einigen hundert Metern Tiefe beginnt und eine Mächtigkeit von 1 – 3 km umfaßt; er wird durch den salinaren Aquifer im Polnisch-Norddeutschen Becken erklärt. Das Gebiet der TTZ wird von einer weiteren gutleitenden Zone in 10 – 20 km Tiefe dominiert, deren Ursprung auf Schwarzschiefer (wie in Norddeutschland in geringerer Tiefe erbohrt) zurückgeführt. Im oberen Mantel unterhalb der TTZ wird eine besserleitende Zone modelliert, deren Ursache zur Zeit unklar bleibt – vermutlich handelt es sich um partielle Schmelzen in einer Hochlage der Asthenosphäre, was auch mit den beobachteten, hohen Wärmeflüssen im Polnischen Becken kompatibel wäre. Besonders im zentralen Bereich der TTZ (Czaplinek-Block) deuten sich dreidimensionale Verhältnisse an, was auch in den Phasentensoren sichtbar wird. 3D-Modellrechnungen wurden begonnen, führten aber bisher noch zu keinen befriedigenden Ergebnissen. Wesentlich einfacher, d.h. 2D, sind die Daten in Norddeutschland-Südschweden zu interpretieren. Allerdings beschränkt auch hier der salinare Aquifer die Auflösbarkeit sehr tiefer Strukturen. Neben den scharfen Leitfähigkeitskontrasten am Rande des Skandinavischen Schildes (STZ) wird insbesondere ein leitfähiges Band unterhalb Rügens modelliert, das – wie in den Tiefensektionen Polens – auf Schwarzschiefer zurückgeführt wird. Dieser Schwarzschiefer, der als Muttergestein für Erdgas dienen kann, ist jedoch nur in größeren Tiefen als guter elektrischer Leiter zu betrachten. Gleichstromgeoelektrische Sondierungen bei Andrarum in Südschweden, wo er aufgeschlossen ist, zeigten ihn nur als mäßig leitfähig; die in der Tiefe durchgehenden Leiterbahnen werden nahe der Oberfläche durch Erosion zerstört. Unterhalb des südlichen Teils des nordostdeutschen Beckens erscheint eine relativ gutleitende Zone in Tiefen > 40 km, die kompatibel ist mit einer postulierten Hochlage der Asthenosphäre, wie sie auch durch seismologische Tomographie und geothermische Betrachtungen deduziert wurde.
Publications
- Magnetotellurik an der Trans-Europäischen Suturzone in Nordwestpolen (Pommern). Jahrestagung der DGG, Berlin, 2004
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- The EMTESZ project: Induction vectors, strikes and 2-D modelling. Prot. Koll. Elektromagnetische Tiefenforschung, (eds. O. Ritter and H. Brasse), Haus Wohldenberg, Holle, ISSN 0946-7467, 2005
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- The EMTESZ project: 2-D and 3-D modelling of MT data across the Trans-European Suture Zone. 18th International Workshop on Electromagnetic Induction in the Earth, El Vendrell, 2006
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(See online at https://doi.org/10.1029/2008GL034610) - The EMTESZ-POMERIANIA Array Extends West. International Workshop on Electromagnetic Induction, Beijing, 2008
Brasse, H., Cerv, V., Ernst, T., Houpt, L., Jozwiak, W., Kovacikova, S., Kouznetsov, V., Neska, A., Palshin, N., Pedersen, L., Schäfer, A., Smirnov, M., Sokolova, E., Varentsov, Iv.
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