San-Andreas-Störung - Institut für Geologie
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Institut für Geologie Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen) Blanka Sperner Institut für Geologie I Bernhard-von-Cotta-Str. 2 I 09599 Freiberg Tel. 0 37 31/39-3813 I [email protected] Wiederholung Plattenbewegungen auf einer Kugel: • Eulerpol (φ, λ, ω) • Winkelgeschwindigkeit [°/Ma] • Lineare Geschwindigkeit [km/Ma] • Bewegungen zwischen drei Platten Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 2 Triple junctions Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 3 Triple junctions stabil meist instabil instabil Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 4 Relativbewegungen Mittelozeanischer Rücken Subduktionszone Seitenverschiebung Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 5 Stabil vs. instabil (1) Stabile Triple junction: Geschwindigkeitslinien treffen sich in einem Punkt nicht stabil ! Plattentektonische Konfiguration Relative Geschwindigkeiten Geschwindigkeitslinien (II Plattengrenzen) Geschwindigkeitslinien werden bei Subduktionszonen an der Oberplatte fixiert Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 6 Stabil vs. instabil (1) Stabile Triple junction: Geschwindigkeitslinien treffen sich in einem Punkt nicht stabil ! Plattentektonische Konfiguration Geschwindigkeitslinien (II Plattengrenzen) Geschwindigkeitslinien werden bei Subduktionszonen an der Oberplatte fixiert Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 7 Stabil vs. instabil (2) Relative Geschwindigkeiten Geschwindigkeitslinien (II Plattengrenzen) Plattentektonische Konfiguration nicht stabil ! Geschwindigkeitslinien: • am MOR auf halber Strecke einzeichnen • bei Seitenverschiebungen: II Relativgeschwindigkeit Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 8 Übungen (4a) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 9 Übungen (4a) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 10 Übungen (4b) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 11 Übungen (4b) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 12 Stressfeld Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 13 World Stress Map (WSM) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 14 Spannungsindikatoren (1) • Geologische Indikatoren (aus quartären Gesteinen): • Volcanic vent alignments (GVA) • Fault-slip data (GF): Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 15 Spannungsindikatoren (2) • Geologische Indikatoren (aus quartären Gesteinen): • Volcanic vent alignments (GVA) • Fault-slip data (GF) • Bohrlochdaten: • Breakouts (BO): Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 16 Spannungsindikatoren (3) • Geologische Indikatoren (aus quartären Gesteinen): • Volcanic vent alignments (GVA) • Fault-slip data (GF) • Bohrlochdaten: • Breakouts (BO) • Drilling-induced fractures (DIF) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 17 Spannungsindikatoren (4) • Geologische Indikatoren (aus quartären Gesteinen): • Volcanic vent alignments (GVA) • Fault-slip data (GF) • Bohrlochdaten: • • • • Breakouts (BO) Drilling-induced fractures (DIF) Overcoring data (OC) Hydro-Fracture data (HF) • Erdbeben (Focal mechanisms, FM) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 18 Erdbebenverteilung Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 19 Plattenränder konvergent: Subduktionszonen, Kollisionszonen (Anden, Alpen) divergent: mittelozean. Rücken, kont. Riftingzonen (Atlantik, Ostafrika) konservativ: Transformstörungen (San-Andreas-Störung) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 20 Spannungsregime σ1 vertikal (SV) σ2 vertikal (SV) σ3 vertikal (SV) σ2: SH σ3: Sh σ1: SH σ3: Sh σ1: SH σ2: Sh SH,h: maximale / minimale horizontale Kompression SV: vertikale Stressachse σ1, σ2, σ3: Hauptspannungsachsen (σ1 ≥ σ2 ≥ σ3) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 21 Plattenkräfte Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 22 Gravitative Spannungen (1) Ozean Kontinent σzz H2O (1000 kg/m3) Kruste (2900 kg/m3) lith. Mantel (3300 kg/m3) σzz = Σ(ρ·g·h) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner Tiefe σzz: vertikale Normalspannung 23 Gravitative Spannungen (2) GPE: Gravitational Potential Energy σzz H2O (1000 kg/m3) Kompression Extension Kruste (2900 kg/m3) lith. Mantel (3300 kg/m3) Gravitativer Kollaps Tiefe σzz: vertikale Normalspannung Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 24 Modellierung gravitativer Spannungen (1 bzw. 3 km) Modellgeometrie Kräfte aufgrund unterschiedlicher potentieller Energie Extension Kompression resultierende Spannungen H Ext. Kompr. 1 km 6 MPa 3 MPa 3 km 22 MPa 12 MPa (Bada et al., 2001) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 25 Plattenkräfte Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 26 Slab pull Ursache: Dichteunterschiede zwischen subduzierender Platte und umgebendem Mantel Wirkung: - Zugspannungen (Slab & ozean. Platte) - Biegespannungen (Kompression & Extension) - Scherspannungen am Plattenkontakt - Spannungen in Oberplatte (high-stress, low-stress) - Mitschleppen des umgebenden Mantel (Mantle flow) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 27 Ridge push σzz Extension Kompression H2O (1000 kg/m3) lith. Mantel (3300 kg/m3) Tiefe Asthenosphäre (3200 kg/m3) σzz: vertikale Normalspannung Ridge push nimmt mit zunehmendem Abstand vom Rücken zu Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 28 Slab pull & Abtauchwiderstand Bebenmechanismen Dehnung parallel zum Slab Kompression parallel zum Slab Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 29 Biegespannungen oben: Extension unten: Kompression Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 30 Flexur durch Seamount Hawaii-Inseln (Watts, A.B., 2001: Isostasy and flexure of the lithosphere.) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 31 Membranspannungen Längenänderung bei Absenkung wegen Erdkrümmung → erst Kompression, dann Extension Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 32 Plattenrandreibung Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 33 Kollision bzw. Extension in Oberplatte advancing subduction zone (high-stress subduction zone) retreating subduction zone (low-stress subduction zone, slab rollback) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 34 Mantelkonvektion Mantelkonvektion zieht Platte hinter sich her Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 35 Plattenrandkräfte Plattenbewegung zieht Mantel hinter sich her Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 36 Plattentektonische Konzepte Hauptantriebskräfte: Plattenrandkräfte (slab pull, ridge push) Hauptantriebskraft: Mantelkonvektion Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 37 Ursachen tektonischer Spannungen Ursache laterale Dichtekontraste Topographie laterale Temperaturkontraste flächige Strukturen plattenweit (100er 1000er km) Slab pull, Ridge push, Mantle flow KollisionsSubduktionsSystem Slab / Mantel Plattenränder regional (100er km) Kontinentalrand Orogen, Kontinenalrand Plumes Störungszonen lokal (10er km) Salzstöcke, etc. Berge/Täler Vulkane einzelne Störung Maßstab Biegespannungen, Membranspannungen Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 38 Plattenkräfte h = 3 km D = 80 km ρ* = ρLith - ρH2O ρLith = 3300 kg/m3 ρH2O = 1000 kg/m3 g = 9.81 m/s2 H = 400 km D = 80 km Δρ = ρLith - ρAsth ρLith = 3300 kg/m3 ρAsth = 3250 kg/m3 g = 9.81 m/s2 Ps = 15.7·1012 N/m Pr = 5.4·1012 N/m Ps : Pr = 3 : 1 Slab pull = 3x Ridge push Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 39 Übungsaufgaben • Charakterisierung des regionalen Stressfeldes: • Orientierung • Stress regime • Wodurch wird es verursacht? Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 40 Mitteleuropa Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 41 Mitteleuropa Ridge push im N-Atlantik Kollision Afrika - Eurasia Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 42 Südamerika Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 43 Südamerika Gravitativer Kollaps in den Höhenlagen der Anden Kollisionsstrukturen am Fuß der Anden Biegespannungen im abtauchenden Slab Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 44 Aleutenbogen Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 45 Aleutenbogen Kollision Kollision Biegespannungen im abtauchenden Slab Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 46 Tibet-Plateau Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 47 Kollision & laterale Extrusion in Tibet (Tapponnier et al., 1982) (Moores, E.M. & Twiss, R.J., 1995: Tectonics.) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 48 Kollision & laterale Extrusion in Tibet (Moores, E.M. & Twiss, R.J., 1995: Tectonics.) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 49 San-Andreas-Störung Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 50 San-Andreas-Störung Strike-slip-Bewegung zwischen Pazifik und N-Amerika Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 51 Zusammenfassung Triple junctions: stabil vs. instabil Stressfeld: • Spannungsindikatoren (geologische, Bohrlochdaten, Erdbeben) • Spannungsregime • gravitative Spannungen • Plattenkräfte (slab pull, ridge push, mantle drag, Biegespannungen, Membranspannungen, Reibungskräfte, Kollision, Backarc-Extension) • Beispiele für regionale Spannungsfelder (Mitteleuropa, Südamerika, Aleutenbogen, Tibet-Plateau, San-Andreas-Störung) Grundlagen der Geodynamik und Tektonik (Übungen), 07.07.08, Blanka Sperner 54
