Slab-Detection: Fine Seismic Structure Around China and South America with Seismic Waveforms: GFZ

Slab-Detection: Fine Seismic Structure Around China and South America with Seismic Waveforms

Subduktionszonen sind konvergente Zonen in der Plattentektonik und gehören zu den wichtigsten Teilen des geodynamischen Systems. Für ozeanische Subduktionszonen ist die Anwesenheit von sogar kleinen Mengen von Serpentinit in der subduzierten Lithosphäre wichtig für den Wasserkreislauf in die tiefe Erde. Der Abbau von Serpentinit zu Olivin, Orthopyroxen und Wasser führt zu einer sehr großen Dichtezunahme des subduzierten Materials, aber Wasser kann auch in Serpentinen transportiert und mit der Platte nach unten gezogen werden. Dies bedeutet, dass die innere Struktur der subduzierten Platten wahrscheinlich komplizierter ist als eine einzelne Hochgeschwindigkeitszone. Die Auflösung der fein skaligen Geschwindigkeitsstruktur der Platte kann Einblicke in viele Prozesse ermöglichen, die mit dem Materialkreislauf in die tiefe Erde zusammenhängen. Gleichzeitig enthalten Seismogramme viele detaillierte Informationen über die heterogene seismische Geschwindigkeitsstruktur entlang des Weges, den die seismische Wellenfront passierte. Diese Verzerrungen (Abbildung) können durch ein dichtes Netzwerk aufgezeichnet werden.

Unser Projekt beinhaltet eine zwei- und dreidimensionale hochgenaue seismische Modellierung und Inversion. Die Finite-Differenzen- und Spektral-Element-Diskretisierung (Gokhberg und Fichtner, 2016) der seismischen Wellengleichung in Kombination mit adjoint Techniken unterstützen 3D-heterogene viskoelastische Rheologien mit radialer Anisotropie. Unter Ausnutzung der Multiphasen des teleseismischen Down-Dip und des regionalen Up-Dip Wellenfeldes zielen wir darauf ab, die seismische Geschwindigkeitsstruktur der Platten einschließlich ihrer Form und Konturschärfe sowie ihrer inneren Anisotropie zu extrahieren.

Schematische Darstellung subduzierter Platten mit scharfer (links) und Gradienten-Grenze (rechts) zusammen mit synthetischen Wellenformen. Der Subduktionswinkel beträgt 45º und 60º. Das als roter Stern eingezeichnete Erdbeben trat in 100 km Tiefe an der Grenze der Platte auf. Die synthetischen 2D-Finite-Differenzen (Li et al., 2014) Wellenformen entsprechend den oberen Panelmodellen sind rot dargestellt während die schwarzen Datensätze sind 1D synthetischen Wellenformen basierend auf IASP91 zeigen.

Laufzeit

2017 - 2021

Gastgeber

F. Tilmann (GFZ Potsdam)
X. Yuan (GFZ Potsdam)

Stipendiat

Yajian Gao (GFZ Potsdam)

Zuwendungsgeber

CSC - China Scholarship Council

Publikationen

Li, D., et al. (2014): Global synthetic seismograms using a 2-D finite-difference method. Geophysical Journal International 197(2): 1166-1183.
Gokhberg, A. and Fichtner, A. (2016): Full-waveform inversion on heterogeneous HPC systems. Computers & Geosciences 89: 260-268.