DEad Sea Integrated REsearch Project / Magnetotellurik

Einführung

Die sinistrale Dead Sea Transform (DST) ist eine bedeutende Transformstörung, die die Arabische Platte im Osten von der Afrikanischen und der Sinai-Platte im Westen trennt. Sie erstreckt sich mit einer Gesamtlänge von mehr als 1000km vom Red Sea Rift im Süden bis zur Taurus-Kollisions-Zone (östliche Türkei) im Norden (Abb. 1). Die Gesamtverschiebung entlang der Verwerfung wird auf 105km seit ihrer Entstehung vor etwa 18 Mio. Jahren geschätzt; die durchschnittliche Verschiebungsrate beträgt 4 mm / Jahr.

Während ihrer Entstehung hat die DST mehrere tiefe Sedimentbecken geformt. Diese Pull-Apart-Becken bilden den Golf von Aquaba / Eilat, den See Genezareth und das Dead See Basin (DSB). Das DSB ist vermutlich die größte dieser Strukturen auf der Welt.

Geophysikalische, geologische und geochemische Studien an der San Andreas Verwerfung in Kalifornien/USA zeigen deutlich, dass Dynamik und Entstehung von Erdbeben eng mit Fluiden, die möglicherweise unter super-lithostatischem Druck stehen, verknüpft sind. Außer von meteorischem Wasser und Gesteinswasser können Fluide aus dem Erdmantel stammen. An der DST zeigen das Auftreten von heißen Quellen beiderseits der Verwerfung möglicherweise tief reichende Verwerfungszonen an, die Aufstiegswege für Fluide darstellen können. Die Hauptziele der MT-Experimente sind:  

  • Bestimmung von Lage und Tiefenausdehnung der Hauptstörungen innerhalb des Dead Sea Basins
  • Ermittelung eines möglichen Zusammenhangs zwischen Störungszonen und tief reichenden Fluidkanälen
  • Ableitung von Sedimentdicken innerhalb des Dead Sea Basins und Abbildung interner Strukturen des Dead Sea Basins

Experiment und Datenprocessing

Im Rahmen des multi-disziplinären Projekts DESIRE (Dead Sea Integrated Research) wurden zahlreiche, geophysikalische Methoden zur Untersuchung des südlichen Dead Sea Basins angewendet. Neben MT wurden aktive Reflektions- und Refraktionsseismik, Aero-Gravimetrie, passive Seismologie sowie thermo-mechanische Modellierungen durchgeführt.

Das MT-Profil in Abbildung 1 folgt im Groben den seismischen Profilen und überquert dabei die DST an der Stelle, wo sich das Verwerfungssystem in eine östliche (EBF) und eine westliche (WBF) Grenzverwerfung aufspaltet, wo die Beckenfüllung am mächtigsten ist und wo intrudierte Salzdome wahrscheinliche, dreidimensionale Strukturen bilden.

Die Daten wurden im Oktober und November 2006 auf zwei Profilen durchgeführt. Das Hauptprofil (N70°E) erstreckt sich in etwa senkrecht zum Verlauf der DST an der Erdoberfläche und hat eine Länge von ~110 km. Ein zweites, kürzeres Profil (N20°E, 20 km lang) verläuft parallel zur Westküste der Al Lisan Halbinsel (Abb. 1).

Mit dem Profil innerhalb des Beckens beabsichtigen wir, die Effekte der höchst leitfähigen Salzlaken des Toten Meers ("Ozeaneffekt") zu quantifizieren und ferner zu überprüfen, ob strukturelle Details innerhalb des sedimentären Beckens aufgelöst werden können.

Die Datenaufzeichnung wurde von zwei unabhängigen Teams ausgeführt, die gleichzeitig in Jordanien und Israel arbeiteten. Dies ermöglichte uns, gleichzeitig bis zu 30 Stationen in Betrieb zu haben. Dadurch besteht bei der Anwendung von Remote Reference Processing Methoden eine Vielzahl von Stationskombinationen und somit eine hohe Flexibilität.

Insgesamt wurden an 148 Stationen entlang des Profils MT-Messungen durchgeführt, wobei der Stationsabstand innerhalb des Basins sehr dicht gewählt wurde und zu den Profilenden hin zunahm.

An jeder Station wurden Breitbandsysteme (rote Punkte in Abb. 1, Periodenbereich 0.0001s-1000s) zur Messung der Zeitvariationen der orthogonalen magnetischen (Bx, By, Bz) und elektrischen (Ex, Ey) Feldkomponenten verwendet. Zusätzlich wurden 20 Stationen mit langperiodischen (10 s – 10000 s) Systemen entlang beider Profile verteilt (blaue Punkte in Abb. 1).

Die aufgezeichneten Zeitreihen wurden mit dem EMERALD Software Paket prozessiert und der horizontale Impedanztensor sowei die vertikalen magnetischen Übertragungsfunktionen berechnet. An zahlreichen Stationen wurde zur Erhöhung der Datenqualität erfolgreich das Remote Reference Processing angewendet.

Abb. 1: Karte der 148 MT-Stationen. Im Dead Sea Pull-Apart-Basin spaltet sich die Dead Sea Transformstörung in eine östliche (EBF) und eine westliche (WBF) Grenzverwerfung auf.
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