@phdthesis{HoffmannRothe2002,
  author    = {Hoffmann-Rothe, Arne},
  title     = {Combined structural and magnetotelluric investigation across the West Fault Zone in northern Chile},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000569},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2002},
  abstract  = {Untersuchungen zur internen Architektur von großen St{\"o}rungszonen beschr{\"a}nken sich {\"u}blicherweise auf die, an der Erdoberfl{\"a}che aufgeschlossene, st{\"o}rungsbezogene Deformation. Eine Methode, die es erm{\"o}glicht, Informationen {\"u}ber die Tiefenfortsetzung einer St{\"o}rung zu erhalten, ist die Abbildung der elektrischen Leitf{\"a}higkeit des Untergrundes. Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der kombinierten strukturgeologischen und magnetotellurischen Untersuchung eines Segmentes der 'West Fault'-St{\"o}rung in den nordchilenischen Anden. Die West Fault ist ein Abschnitt des {\"u}ber 2000 km langen Pr{\"a}kordilleren-St{\"o}rungssystem, welches im Zusammenhang mit der Subduktion vor der s{\"u}damerikanischen Westk{\"u}ste entstanden ist. Die Aktivit{\"a}t dieses St{\"o}rungssystems reichte vom Eoz{\"a}n bis in das Quart{\"a}r. Der Verlauf der West Fault ist im Untersuchungsgebiet (22\&\#176;04'S, 68\&\#176;53'W) an der Oberfl{\"a}che klar definiert und weist {\"u}ber viele zehner Kilometer eine konstante Streichrichtung auf. Die Aufschlussbedingungen und die Morphologie des Arbeitsgebietes sind ideal f{\"u}r kombinierte Untersuchungen der st{\"o}rungsbezogenen Deformation und der elektrischen Leitf{\"a}higkeit des Untergrundes mit Hilfe magnetotellurischer Experimente (MT) und der erdmagnetischen Tiefensondierung (GDS). Ziel der Untersuchungen war es, eine m{\"o}gliche Korrelation der beiden Meßmethoden herauszuarbeiten, und die interne St{\"o}rungsarchitektur der West Fault umfassend zu beschreiben. Die Interpretation von Spr{\"o}dbruch-Strukturen (kleinmaßst{\"a}bliche St{\"o}rungen sowie St{\"o}rungsfl{\"a}chen mit/ohne Bewegungslineationen) im Untersuchungsgebiet weist auf {\"u}berwiegend seitenverschiebende Deformation entlang von subvertikal orientierten Scherfl{\"a}chen hin. Dextrale und sinistrale Bewegungsrichtungen k{\"o}nnen innerhalb der St{\"o}rungszone best{\"a}tigt werden, was auf Reaktivierungen des St{\"o}rungssystems schliessen l{\"a}ßt. Die j{\"u}ngsten Deformationen im Arbeitsgebiet haben dehnenden Charakter, wobei die kinematische Analyse eine unterschiedliche Orientierung der Extensionsrichtung beiderseits der St{\"o}rung andeutet. Die Bruchfl{\"a}chendichte nimmt mit Ann{\"a}herung an die St{\"o}rung zu und zeichnet einen etwa 1000 m breiten Bereich erh{\"o}hter Deformationsintensit{\"a}t um die St{\"o}rungsspur aus (damage zone). Im Zentrum dieser Zone weist das Gestein eine intensive Alteration und Brekzierung auf, die sich {\"u}ber eine Breite von etwa 400 m erstreckt. Kleine St{\"o}rungen und Scherfl{\"a}chen in diesem zentralen Abschnitt der St{\"o}rung fallen {\"u}berwiegend steil nach Osten ein (70-80\&\#176;). Innerhalb desselben Arbeitsgebietes wurde ein 4 km langes MT/GDS Profil vermessen, welches senkrecht zum Streichen der West Fault verl{\"a}uft. F{\"u}r die zentralen 2 km dieses Hauptprofils betr{\"a}gt der Abstand der Meßstationen jeweils 100 m. Ein weiteres Profil, bestehend aus 9 Stationen mit einem Abstand von 300 m zueinander, quert die St{\"o}rung einige Kilometer entfernt vom eigentlichen Arbeitsgebiet. Die Aufzeichnung der Daten erfolgte mit vier S.P.A.M MkIII Apparaturen in einem Frequenzbereich von 1000 Hz bis 0.001 Hz. In den GDS Daten beider Profile ist die St{\"o}rung f{\"u}r Frequenzen >1 Hz deutlich abgebildet: Die Induktionspfeile kennzeichnen eine mehrere hundert Meter breite Zone erh{\"o}hter Leitf{\"a}higkeit, welche sich entlang der West Fault erstreckt. Die Dimensionalit{\"a}tsanalyse der MT Daten rechtfertigt die Anpassung der gemessenen Daten mit einem zwei-dimensionalen Modell f{\"u}r einen Frequenzbereich von 1000 Hz bis 0.1 Hz. In diesem Frequenzbereich, der eine Aufl{\"o}sung der Leitf{\"a}higkeitsstruktur bis mindestens 5 km Tiefe erm{\"o}glicht, l{\"a}ßt sich eine regionale geoelektrische Streichrichtung parallel zum Verlauf der West Fault nachweisen. Die Modellierung der MT Daten beruht auf einem Inversionsalgorithmus von Mackie et al. (1997). Leitf{\"a}higkeitsanomalien, die sich aus der Inversions-Modellierung ergeben, werden anhand von empirischen Sensitivit{\"a}tsstudien auf ihre Robustheit {\"u}berpr{\"u}ft. Dabei werden die Eigenschaften (Geometrie, Leitf{\"a}higkeit) der Strukturen systematisch variiert und sowohl Vorw{\"a}rts- als auch Inversionsrechnungen der modifizierten Modelle durchgef{\"u}hrt. Die jeweiligen Modellergebnisse werden auf ihre Konsistenz mit dem Ausgangsdatensatz {\"u}berpr{\"u}ft. Entlang beider MT Profile wird ein guter elektrischer Leiter im zentralen Abschnitt der West Fault aufgel{\"o}st, wobei die Bereiche erh{\"o}hter Leitf{\"a}higkeit {\"o}stlich der St{\"o}rungsspur liegen. F{\"u}r das dicht vermessene MT Profil ergibt sich eine Breite des St{\"o}rungsleiters von etwa 300 m sowie ein steiles Einfallen der Anomalie nach Osten (70\&\#176;). Der St{\"o}rungsleiter reicht bis in eine Tiefe von mindestens 1100 m, w{\"a}hrend die Modellierungsstudien auf eine maximale Tiefenerstreckung <2000 m hinweisen. Das Profil zeigt weitere leitf{\"a}hige Anomalien, deren Geometrie aber weniger genau aufgel{\"o}st ist. Die St{\"o}rungsleiter der beiden MT Profile stimmen in ihrer Position mit der Alterationszone {\"u}berein. Im zentralen Bereich des Hauptprofils korreliert dar{\"u}ber hinaus das Einfallen der Spr{\"o}dbruch-Strukturen und der Leitf{\"a}higkeitsanomalie. Dies weist darauf hin, daß die Erh{\"o}hung der Leitf{\"a}higkeit im Zusammenhang mit einem Netzwerk von Bruchstrukturen steht, welches m{\"o}gliche Wegsamkeiten f{\"u}r Fluide bietet. Der miteinander in Verbindung stehende Gesteins-Porenraum, der ben{\"o}tigt wird, um die gemessene Erh{\"o}hung der Leitf{\"a}higkeit durch Fluide im Gestein zu erkl{\"a}ren, kann anhand der Salinit{\"a}t einiger Grundwasserproben abgesch{\"a}tzt werden (Archies Gesetz). Wasserproben aus gr{\"o}ßerer Tiefe, weisen aufgrund intensiverer Fluid-Gesteins-Wechselwirkung eine h{\"o}here Salinit{\"a}t, und damit eine verbesserte Leitf{\"a}higkeit, auf. F{\"u}r eine Probe aus einer Tiefe von 200 m ergibt sich demnach eine ben{\"o}tigte Porosit{\"a}t im Bereich von 0.8\% - 4\%. Dies legt nahe, daß W{\"a}sser, die von der Oberfl{\"a}che in die Bruchzone der St{\"o}rung eindringen, ausreichen, um die beobachtete Leitf{\"a}higkeitserh{\"o}hung zu erkl{\"a}ren. Diese Deutung wird von der geochemischen Signatur von Gesteinsproben aus dem Alterationsbereich best{\"a}tigt, wonach die Alteration in einem Regime niedriger Temperatur (<95\&\#176;C) stattfand. Der Einfluß von aufsteigenden Tiefenw{\"a}ssern wurde hier nicht nachgewiesen. Die geringe Tiefenerstreckung des St{\"o}rungsleiters geht wahrscheinlich auf Verheilungs- und Zementationsprozesse der Bruchstrukturen zur{\"u}ck, die aufgrund der L{\"o}sung und F{\"a}llung von Mineralen in gr{\"o}ßerer Tiefe, und damit bei erh{\"o}hter Temperatur, aktiv sind. Der Vergleich der Untersuchungsergebnisse der zur Zeit seismisch inaktiven West Fault mit ver{\"o}ffentlichten Studien zur elektrischen Leitf{\"a}higkeitsstruktur der aktiven San Andreas St{\"o}rung, deutet darauf hin, daß die Tiefenerstreckung und die Leitf{\"a}higkeit von St{\"o}rungsleitern eine Funktion der St{\"o}rungsaktivit{\"a}t ist. Befindet sich eine St{\"o}rung in einem Stadium der Deformation, so bleibt das Bruchnetzwerk f{\"u}r Fluide permeabel und verhindert die Versiegelung desselben.},
  subject      = {Anden / St{\"o}rung <Geologie> / Strukturgeologie / Magnetotellurik / Chile <Nord>},
  language  = {en}
}