TY  - THES
A1  - Ramos, Catalina
T1  - Structure and petrophysical properties of the Southern Chile subduction zone along 38.25°S from seismic data
T1  - Struktur und petrophysikalische Eigenschaften der südlichen Chile-Subduktionszone bei 38.25°S anhand seismischer Daten
N2  - Active and passive source data from two seismic experiments within the interdisciplinary project TIPTEQ (from The Incoming Plate to mega Thrust EarthQuake processes) were used to image and identify the structural and petrophysical properties (such as P- and S-velocities, Poisson's ratios, pore pressure, density and amount of fluids) within the Chilean seismogenic coupling zone at 38.25°S, where in 1960 the largest earthquake ever recorded (Mw 9.5) occurred. Two S-wave velocity models calculated using traveltime and noise tomography techniques were merged with an existing velocity model to obtain a 2D S-wave velocity model, which gathered the advantages of each individual model. In a following step, P- and S-reflectivity images of the subduction zone were obtained using different pre stack and post-stack depth migration techniques. Among them, the recent prestack line-drawing depth migration scheme yielded revealing results. Next, synthetic seismograms modelled using the reflectivity method allowed, through their input 1D synthetic P- and S-velocities, to infer the composition and rocks within the subduction zone. Finally, an image of the subduction zone is given, jointly interpreting the results from this work with results from other studies. The Chilean seismogenic coupling zone at 38.25°S shows a continental crust with highly reflective horizontal, as well as (steep) dipping events. Among them, the Lanalhue Fault Zone (LFZ), which is interpreted to be east-dipping, is imaged to very shallow depths. Some steep reflectors are observed for the first time, for example one near the coast, related to high seismicity and another one near the LFZ. Steep shallow reflectivity towards the volcanic arc could be related to a steep west-dipping reflector interpreted as fluids and/or melts, migrating upwards due to material recycling in the continental mantle wedge. The high resolution of the S-velocity model in the first kilometres allowed to identify several sedimentary basins, characterized by very low P- and S-velocities, high Poisson's ratios and possible steep reflectivity. Such high Poisson's ratios are also observed within the oceanic crust, which reaches the seismogenic zone hydrated due to bending-related faulting. It is interpreted to release water until reaching the coast and under the continental mantle wedge. In terms of seismic velocities, the inferred composition and rocks in the continental crust is in agreement with field geology observations at the surface along the proflle. Furthermore, there is no requirement to call on the existence of measurable amounts of present-day fluids above the plate interface in the continental crust of the Coastal Cordillera and the Central Valley in this part of the Chilean convergent margin. A large-scale anisotropy in the continental crust and upper mantle, previously proposed from magnetotelluric studies, is proposed from seismic velocities. However, quantitative studies on this topic in the continental crust of the Chilean seismogenic zone at 38.25°S do not exist to date.
N2  - Innerhalb des interdisziplinären Projektes TIPTEQ (from The Incoming Plate to mega Thrust EarthQuake processes) wurden aktive und passive Quelldaten zweier seismischer Experimente verwendet, um die strukturellen und petrophysikalischen Eigenschaften (wie zum Beispiel P- und S-Geschwindigkeiten, Poissonsverh ältnisse, Porendruck, Dichte und Flüssigkeitsmenge) in der chilenischen seismogenen Kopplungszone bei 38.25°S darzustellen und zu identifizieren, wo im Jahr 1960 das stärkste je gemessene Erdbeben (Mw 9.5) stattgefunden hat. Zwei Modelle für S-Wellengeschwindigkeiten, basierend auf Techniken für Laufzeiten und Rausch-Tomographie, wurden mit einem existierenden Geschwindigkeitsmodell zu einem 2D-Modell für S-Wellengeschwindigkeiten verbunden, welches der Vorteile der einzelnen Modellkomponenten vereint. Im nächsten Schritt wurden verschiedene pre-stack und post-stack Techniken der Tiefenmigration verwendet, um Bilder der P- und S-Reflektivität zu erhalten. Von diesen Techniken hat das jüngste Schema der pre-stack Linienzug-Tiefenmigration die erkenntnisreichtsen Ergebnisse geliefert. Darauf aufbauend erlauben synthetische Seismogramme, welche die Reflektivitätsmethode verwenden, durch Eingabe der synthetischen 1-D P- und S-Geschwindigkeiten, auf die Komposition und auf Gesteine in der Subduktionszone rückzuschlie ÿen. Schlieÿlich wird ein Bild der Subduktionszone gezeigt, welche die Ergebnisse dieser Arbeit im Zusammenhang mit weiteren Studien interpretiert. Die chilenische seismogene Kopplungszone bei 38.25°S zeigt eine kontinentale Kruste mit sowohl hochgradig reflektierenden horizontalen als auch (steil) geneigten Strukturen. Unter diesen ist die Lanalhue-Bruchzone (LFZ), welche östlich abtaucht, auf sehr flache Tiefen abgebildet. Einige steile Reflektoren wurden zum ersten Mal beobachtet, zum Beispiel nahe der Küste verbunden mit hoher Seismizität, und nahe der LFZ. Steile oberflächliche Reflektivität hin zum vulkanischen Bogen konnten mit einem steilen westlich abtauchenden Reflektor verbunden werden. Dieser besteht wahrscheinlich aus Flüssigkeit oder geschmolzenem Material, welches sich durch Materialrecycling im kontinentalen Mantelkeil aufwärts bewegt. Die hohe Auflösung des S-Geschwindigkeitsmodells in den ersten Kilometern erlaubte es, mehrere sedimentäre Becken zu identifizieren, die sich durch sehr niedrige P- und S-Geschwindigkeiten, hohe Poissonsverhältinesse und mögliche steile reflektivität auszeichnen. Solch hohen Poissonverhältinesse wurden auch in der ozeanischen Kruste beobachtet, welche die seismogene Zone durch krümmungsverursachte Abbrüche hydriert erreicht. Das Wasser wird dabei an der Küste und unter dem kontinentalen Mantelkeil freigesetzt. Mit Hinsicht auf seismische Geschwindigkeiten stimmen die hergeleitete Komposition und Gesteinsverteilung in der kontinentalen Kruste mit geologischen Feldbeobachtungen an der Oberfläche des Profils überein. Des Weiteren zeigt sich keine Notwendigkeit für die Existenz von messbaren Mengen an gegenwärtigen Flüssigkeiten über der Plattengrenze in der kontinentalen Kruste der küstennahen Kordilleren und dem Zentraltal in diesem Teil der chilenischen Konvergenzspanne. Anhand der seismischen Geschwindigkeiten wird eine groÿskalige Anisotropie in der kontinentalen Kruste und im oberen Mantel vorgeschlagen, wie schon zuvor durch magnetotellurische Studien. Jedoch existieren bis heute keine Studien zu diesem Thema für die kontinentale Kruste der chilenische seismogenen Zone bei 38.25°S.
KW  - active source data
KW  - seismogenic coupling zone
KW  - South America
KW  - reflection seismics
KW  - seismic tomography
KW  - synthetic seismograms
KW  - aktive Quelldaten
KW  - seismogene Kopplungszone
KW  - Südamerika
KW  - Reflexionsseismik
KW  - seismische Tomographie
KW  - synthetische Seismogramme
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-409183
ER  - 
TY  - THES
A1  - Freisleben, Roland
T1  - Deciphering the mechanisms of permanent forearc deformation based on marine terraces
T1  - Untersuchung der Mechanismen dauerhafter Forearc-Deformation anhand von marinen Terrassen
N2  - The Andes reflect Cenozoic deformation and uplift along the South American margin in the context of regional shortening associated with the interaction between the subducting Nazca plate and the overriding continental South American plate. Simultaneously, multiple levels of uplifted marine terraces constitute laterally continuous geomorphic features related to the accumulation of permanent forearc deformation in the coastal realm. However, the mechanisms responsible for permanent coastal uplift and the persistency of current/decadal deformation patterns over millennial timescales are still not fully understood. This dissertation presents a continental-scale database of last interglacial terrace elevations and uplift rates along the South American coast that provides the basis for an analysis of a variety of mechanisms that are possibly responsible for the accumulation of permanent coastal uplift. Regional-scale mapping and analysis of multiple, late Pleistocene terrace levels in central Chile furthermore provide valuable insights regarding the persistency of current seismic asperities, the role of upper-plate faulting, and the impact of bathymetric ridges on permanent forearc deformation.
The database of last interglacial terrace elevations reveals an almost continuous signal of background-uplift rates along the South American coast at ~0.22 mm/yr that is modified by various short- to long-wavelength changes. Spatial correlations with crustal faults and subducted bathymetric ridges suggest long-term deformation to be affected by these features, while the latitudinal variability of climate forcing factors has a profound impact on the generation and preservation of marine terraces. Systematic wavelength analyses and comparisons of the terrace-uplift rate signal with different tectonic parameters reveal short-wavelength deformation to result from crustal faulting, while intermediate- to long-wavelength deformation might indicate various extents of long-term seismotectonic segments on the megathrust, which are at least partially controlled by the subduction of bathymetric anomalies. The observed signal of background-uplift rate is likely accumulated by moderate earthquakes near the Moho, suggesting multiple, spatiotemporally distinct phases of uplift that manifest as a continuous uplift signal over millennial timescales.
Various levels of late Pleistocene marine terraces in the 2015 M8.3 Illapel-earthquake area reveal a range of uplift rates between 0.1 and 0.6 mm/yr and indicate decreasing uplift rates since ~400 ka. These glacial-cycle uplift rates do not correlate with current or decadal estimates of coastal deformation suggesting seismic asperities not to be persistent features on the megathrust that control the accumulation of permanent forearc deformation over long timescales of 105 years. Trench-parallel, crustal normal faults modulate the characteristics of permanent forearc-deformation; upper-plate extension likely represents a second-order phenomenon resulting from subduction erosion and subsequent underplating that lead to regional tectonic uplift and local gravitational collapse of the forearc. In addition, variable activity with respect to the subduction of the Juan Fernández Ridge can be detected in the upper plate over the course of multiple interglacial periods, emphasizing the role of bathymetric anomalies in causing local increases in terrace-uplift rate. This thesis therefore provides new insights into the current understanding of subduction-zone processes and the dynamics of coastal forearc deformation, whose different interacting forcing factors impact the topographic and geomorphic evolution of the western South American coast.
N2  - Die känozoischen Anden resultieren aus der regionalen Verkürzung und Hebung der kontinentalen Kruste entlang des südamerikanischen Kontinentalrandes infolge der Interaktion zwischen der subduzierenden Nazca-Platte und der südamerikanischen Platte. Zahlreiche, durch tektonische Prozesse angehobene marine Abrasionsplattformen entlang der Küsten am westlichen Kontinentalrand Südamerikas bilden lateral kontinuierliche Stufen, welche die Akkumulation dauerhafter Deformation im küstennahen Forearc-Bereich widerspiegeln. Die Mechanismen, welche für die dauerhafte Hebung der Küste und die Beständigkeit derzeitiger/dekadischer Deformationsmuster auch über Jahrtausende hinweg verantwortlich sind, sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Dissertation zunächst eine kontinentale Datenbank der gehobenen marinen Terrassen des letzten Interglazials (125,000 Jahre), ihrer Höhenverteilung sowie der daraus abgeleiteten Hebungsraten für die Westküste von Südamerika vorgestellt. Diese Datenbank bildet die Grundlage für die Analyse einer Vielzahl von Mechanismen, welche möglicherweise für die Akkumulation dauerhafter Küstenhebung und Deformation verantwortlich sind. In einem weiteren Schritt wurden zusätzlich spätpleistozäne Terrassenniveaus in Zentralchile regionalmaßstäblich kartiert und hinsichtlich ihrer räumlich-zeitlichen Entwicklung analysiert. Diese Informationen liefern wertvolle Erkenntnisse über die Beständigkeit von seismischen Asperitäten, den Einfluss bathymetrischer Rücken auf die dauerhafte Deformation der Oberplatte sowie die Rolle von krustalen Störungen hinsichtlich der lokalen topographischen Differenzierung seismotektonischer Segmente.
Die Datenbank der im letzten Interglazial entstandenen marinen Terrassen und der abgeleiteten Hebungsraten zeigt ein nahezu kontinuierliches Signal von Hintergrund-Hebungsraten entlang der südamerikanischen Küste von ~0,22 mm/Jahr, das durch verschiedene kurz- bis langwellige Modifikationen gekennzeichnet ist. Räumliche Übereinstimmungen mit krustalen Störungen und subduzierten bathymetrischen Rücken deuten darauf hin, dass die langfristige Deformation von diesen Parametern beeinflusst wird, während die breitengradabhängige Variabilität von Klimafaktoren tiefgreifende Auswirkungen auf die Entstehung und Erhaltung von marinen Terrassen hat. Systematische Wellenlängenanalysen und Vergleiche des Signals der Terrassenhebungsrate mit verschiedenen tektonischen Parametern zeigen, dass Deformation im kurzwelligen Bereich auf krustale Störungen zurückzuführen ist. Die Deformation im mittel- bis langwelligen Bereich könnte hingegen auf verschiedene Ausdehnungen langfristig aktiver seismotektonischer Segmente der Subduktionszone hindeuten, die zumindest teilweise durch die Subduktion bathymetrischer Anomalien kontrolliert werden. Das beobachtete Signal der Hintergrund-Hebungsrate wird wahrscheinlich durch Erdbeben mittlerer Magnituden in der Nähe der Moho generiert, was auf mehrere, räumlich und zeitlich getrennte Hebungsphasen hindeutet, die sich über Jahrtausende hinweg als kontinuierliches Hebungssignal manifestieren.
Gehobene spätpleistozäne marine Terrassen im Illapel-Erdbebengebiet von 2015 weisen eine Hebungsrate zwischen 0,1 und 0,6 mm/Jahr auf und deuten insgesamt auf abnehmende tektonische Hebungsraten seit ~400,000 Jahren hin. Diese langfristigen Hebungsraten auf glazialen Zeitskalen korrelieren nicht mit den Hebungsraten auf kurzen Zeitskalen, was darauf schließen lässt, dass seismische Asperitäten im Bereich der Subduktionszone keine dauerhaften Merkmale sind, welche die Deformation und Hebung der Forearc-Regionen über lange Zeiträume von mehreren 105 Jahren steuern. Wie auch an anderen aktiven konvergenten Plattenrändern existieren in Zentralchile krustale Abschiebungen parallel zum Plattenrand, die das Erscheinungsbild dauerhafter Forearc-Deformation stark beeinflussen. Die Extensionsprozesse der Oberplatte sind dabei wahrscheinlich ein Phänomen zweiter Ordnung, welches durch Subduktionserosion und anschließende Akkretion hervorgerufen wird und sich in regionaler tektonischer Hebung sowie einem gravitativen Kollaps der Forearc-Region äußert. Darüber hinaus lassen sich über verschiedene Glazial- und Interglazialzyklen hinweg Änderungen in der Bedeutung des Juan-Fernández-Rückens hinsichtlich der Deformations-prozesse in der Oberplatte nachweisen; dies unterstreicht die transiente Rolle bathymetrischer Anomalien bei der Beeinflussung lokaler Änderungen der Terrassenhebungsrate. Die vorgelegte Arbeit liefert daher neue Einblicke für ein besseres Verständnis der Deformationsprozesse in Subduktionszonen und den küstennahen Forearc-Regionen sowie ihrer unterschiedlich interagierenden Antriebsfaktoren, welche die topographische und geomorphologische Entwicklung der westlichen südamerikanischen Küste beeinflussen.
KW  - South America
KW  - marine terrace
KW  - tectonic geomorphology
KW  - subduction
KW  - Südamerika
KW  - marine Terrassen
KW  - Subduktion
KW  - tektonische Geomorphologie
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-610359
ER  -