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Geomechanical modeling of earthquake cycles in Chilean subduction zone
Li, Shaoyang

Main titleGeomechanical modeling of earthquake cycles in Chilean subduction zone
Title variationsGeomechanische Modellierung von Erdbeben Zyklen in der chilenischen Subduktionszone
Author(s)Li, Shaoyang
Place of birth: Henan, China
1. RefereeProf. Dr. Onno Oncken
Further Referee(s)Prof. Dr. Frederik Tilmann
KeywordsSubduction zone; Earthquake cycle; Deformation; GPS; Finite Element Method modeling;
Classification (DDC)550 Earth sciences
558 Earth sciences of South America
SummaryModerne GPS Messungen erlauben es kinematische Prozesse in der kontinentalen Lithosphäre in einer noch nie dagewesenen räumlichen und zeitlichen Auflösung zu betrachten und haben somit unsere Sicht auf Deformationsprozesse in der Kruste, wie etwa den seismischen Kreislauf in Subduktionszonen, grundlegend verändert. GPS Messungen waren insbesondere für das grundlegende Verständnis viskoser Deformationsprozesse in der Asthenosphäre gewinnbringend. Durch die Erhebung immer neuer Daten und die länger werdenden Observationszeiträume wurde das Konzept des ’seismischen Kreislaufes’ immer weiter verfeinert und überarbeitet. In dieser Arbeit behandele ich eine weigefächerte Auswahl miteinander verknüpfter Fragestellungen die sich mit den zugrundeliegenden Deformationsmechanismen
während des seismischen Kreislaufes in Subduktionszonen befassen. Um die tektono-physikalischen Prozesse in verschiedenen Stadien dieses Erdbeben Kreislaufes zu untersuchen kombiniere ich GPS Daten und Finite Elemente Modellierung (FEM) wobei die folgenden Untersuchungen vorwiegend auf den chilenische Plattenrand konzentriert sind.

In Bezug auf die interseismische Periode untersuche ich die Bedeutung einer viskoelastischen Asthenosphäre auf die interseismische Deformation und deren Einfluss auf die Blockierung der Subduktionszone. Da die meisten bereits publizierten Modelle die interseismische Deformation nur mit elastisch deformierenden Rheologien modellieren und viskoelastische Effekte vernachlässigen sind die daraus folgenden Interpretationen potentiell irreführend. Um die Probleme aufzuzeigen, die durch vorwärts oder inverses Modellieren der geodätischen Daten in einer ausschließlich elastischen Rheologie entstehen, habe ich eine neue FRM-basierte Inversionsmethode entwickelt und diese auf die Peru-Nord Chile Subduktionszone angewandt. Meine Modelle bestätigen, dass die nur elastischen Modelle dazu neigen die interseismische Blockierungstiefe zu überschätzen. Ein Signal, dass in elastischen Modellen oft als Verkürzung im back-arc Becken interpretiert wird, kann alternativ durch viskoelastische Deformation erklärt werden. Dies wiederum verändert grundlegend das Muster der interseismischen Blockierung. Folglich ist es notwendig existierende elastische Modelle zu überprüfen, da sie teileweise viskoelastische Effekte durch andere Prozesse, wie zum Beispiel die Bewegung von Plattenfragmenten, erklären.

In Bezug auf die coseismische Periode untersuche ich den Einfluss der Verschiebung während großer Erdbeben auf die Aktivierung von splay-faults wobei ich die Erdanziehung und Variationen im Reibungsverhalte auf der Bruchfläche berücksichtige. Meine Ergebnisse zeigen, dass das statische triggern der splay-faults durch eine kritische Tiefe der Bewegung auf der Hauptverwerfung kontrolliert wird. Bewegung auf der Hauptverwerfung flacher als diese kritische Tiefe führen zu Abschiebungen. Bewegung auf der Hauptverwerfung tiefer als die kritische Tiefe führt zu Überschiebungen. Diese Analyse stellt folglich eine praktische Möglichkeit dar die Aktivierung von sekundären Verwerfungen abzuschätzen. Dies könnte in Bezug auf Tsunami Vorhersage von Nutzen sein.

In Bezug auf den Erdbeben Kreislauf, insbesondere auf die postseismische Periode, untersuche ich wie sich die effektive Viskosität in der Asthenosphäre verändert. Ich benutze kontinuierliche GPS Messungen und verschiedene 3D FRM Modelle um die effektive Viskosität der Asthenosphäre zu bestimmen und untersuche die zeitliche und örtliche Variabilität dieser. Die Ergebnisse zeigen, dass die effektive Viskosität im Nachfeld nach einem Erdbeben plötzlich abnimmt und sick langsam während der postseismischen Phase wieder erholt. Im Gegensatz dazu messen wir im Fernfeld keine plötzliche, sondern einen eher graduellen Abnahme der Viskosität. Die Veränderungen der Viskosität in diesen Körpern könnten eine Abhängigkeit der Viskosität vom Spannungszustand des Material bedeuten, da der Spannungszustand wiederum durch die plötzlich coseismisch herbeigeführte Spannungsänderung ansteigt. Diese geophysikalischen Prozesse könnte die großflächige Änderung des Deformationsverhaltens vor und nach einem großen Erdbeben, die mit zunehmender Distanz vom Tiefseegraben stattfindet, erklären. Nachdem die Viskositätsänderungen in der Asthenosphäre anscheinend groß genug ist um von geodätischen Messinstrumenten aufgezeichnet zu werden, sind nun weitere Herausforderungen im Bezug auf die Verfeinerung von viskoelastischen Erdbeben-Kreislauf Modelle zu bewältigen.
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PDF-Datei von FUDISS_thesis_000000102472
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Number of pagesXXII, 145 Seiten
FU DepartmentDepartment of Earth Sciences
Year of publication2016
Document typeDoctoral thesis
Media type/FormatText
LanguageEnglish
Terms of use/Rights Nutzungsbedingungen
Date of defense2016-06-08
Created at2016-07-11 : 03:45:08
Last changed2016-07-14 : 01:48:31
 
Static URLhttp://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000102472
NBNurn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000102472-4
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