Zyklische Reflexionen terrigener Sedimente im Peru-Chile-Graben: Auswertung von 2D Offshore Steilwinkel-Reflexionsseismik zwischen 36°S und 40°S

Abstract

Die im Rahmen des Projektes "Subduction Processes off Chile" (SPOC) registrierten seismischen Daten stellen eine Ergänzung der bereits vorliegenden Informationen über die Subduktion der pazifisch-ozeanischen Nazca-Platte unter den südamerikanischen Kontinent und generell über aktive konvergente Plattenränder dar, die in mehr als zwei Jahrzehnten gesammelt wurden. Insbesondere wird das Untersuchungsgebiet des Sonderforschungsbereiches SFB267 (Deformation Processes in the Andes) durch diese offshore Daten nach Süden erweitert. Bisherige Arbeiten an reflexionsseismischen Daten aus dem Gebiet zwischen 28°-44°S (SPOC-Messgebiet) vor der Küste Chiles beschränken sich auf eine Messung aus dem Jahr 1988 (ausgeführt von Lamont-Doherty Geological Observatory in Zusammenarbeit mit der nationalen Ölgesellschaft Chiles Empresa Nacional del Petróleo (ENAP)). Die damals aufgenommenen sechs seismischen Profile sind von Bangs und Cande (Bangs et al., 1997) sowie von Diaz-Naveas (Diaz-Naveas, 1999) bearbeitet worden. Im Rahmen dieser Dissertation sind drei offshore Profile aus dem SPOC- Messgebiet A, die jeweils einen Landanschluss haben, im Zeit- und Tiefenbereich bearbeitet worden, um ein möglichst gutes Bild der geologischen Strukturen des Untergrundes zu bekommen. Mit Hilfe einer strukturellen Interpretation wurden die Störungsmuster kartiert und der Nachweis geführt, dass die im Tiefseegraben (trench) deponierten terrigenen Sedimente auf Grund der starken Haftreibung die Konvergenzbewegung der Nazca-Platte hinsichtlich Richtung und Geschwindigkeit mit ausführen. Die auf einigen Profilen auftretenden zyklischen Reflexionssequenzen in den Sedimenten werden untersucht und globale paläoklimatische Variationen im Quartär als Ursache identifiziert. Dabei wird der Nachweis der Zyklizität mit Hilfe von Kreuzkorrelationen eines aus den seismischen Daten extrahierten wavelets mit den seismischen Spuren geführt. Über die mittlere Sedimentationsrate und alternativ über Richthorizonte, deren Tiefenlage mit der Tiefe der Maxima der Korrelationsfunktion übereinstimmen, wird das Alter dieser Horizonte unter Einbeziehung der Konvergenzrate der Nazca-Platte abgeschätzt und die Horizonte in eine Zeitskala eingehängt. Durch den Vergleich der Korrelationsfunktion mit paläoklimatischen Parametern wie Temperatur und CO2-Gehalt (aus den Vostok- Kurven) werden vier Zyklen mit einer Periode von ca. 120.000 Jahren über einen Zeitraum von 420.000 Jahren identifiziert und den Milankovitch-Zyklen zugeordnet. Das unterschiedliche Reflexionsbild der trench-Sedimente auf den drei Profilen wird mit dem lokalen Sedimentationsmechanismus und dem Transport des Sedimentmaterials innerhalb des trench begründet.

Over more than two decades information was gathered about active convergent margins and particularly about the subduction of the oceanic Nazca plate under the South American continent. The seismic offshore data acquired as part of the project "Subduction Processes off Chile" (SPOC) add new aspects to the already available results and is an enlargement of the target zone of the German Collaborative Research Centre SFB267 (Deformation Processes in the Andes) southwards. Recent investigations on reflection seismic data from the area between 28°-44°S latitude (SPOC target area) off the Chilean coast are limited to the data acquisition in the year 1988 (operated by the Lamont- Doherty Geological Observatory in cooperation with the national oil corporation of Chile Empresa Nacional del Petróleo (ENAP)). At that time six lines have been acquired, and the data have been processed by Bangs and Cande (Bangs et al., 1997) as well as by Diaz-Naveas (Diaz-Naveas, 1999). As part of this dissertation three offshore profiles, selected from the SPOC data set, which have an extension on land, were processed in the time domain as well as in the depth domain to get an image of the subsurface geological structure. By applying a structural interpretation the fault pattern has been determined. It will also be shown that the terrigenous sediments deposited in the trench are moving with the same convergence rate and in the same direction as the Nazca plate due to the strong friction. The periodic reflections in the trench sediments seen on some of the lines are investigated and it will be shown that these cycles are caused by global paleoclimatic variations in the Quaternary. To prove this, a cross-correlation technique using an extracted wavelet and seismic traces is applied. Horizons in the same depth as the maxima of the cross-correlation function are marked. The age of the horizons is estimated by using an average sedimentation rate and, alternatively, by using the convergence distance of these horizons. These values allow to fit the horizons to a time scale. Comparing the maxima of the cross-correlation function with paleoclimatic parameters like the temperature and the CO2 content (taken from the Vostok curves) it is possible to identify four glacial-interglacial cycles with a period of approx. 120,000 years over a time range of 420,000 years, which seem to be related to the Milankovitch cycles. The different images of the trench sediments seen on the processed lines seem to be caused by the local sedimentation mechanism in the trench and by the distance, the material is transported over to the deposit sites.