dc.contributor.author
Tietze, Kristina
dc.date.accessioned
2018-06-07T21:04:12Z
dc.date.available
2012-11-28T09:05:23.062Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/7341
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-11540
dc.description.abstract
This thesis presents the application of 3D MT inversion to an array data set
of more than 250 sites from central California to image the electrical
conductivity structure of the San Andreas fault (SAF) system in the Parkfield-
Cholame region where the fault changes its mechanical state. Previous
extensive two-dimensional (2D) inversion revealed a high-conductivity region
in the upper mantle and lower crust, which has a connection to the SAF in the
northern, transitional-to-creeping section, whereas it is confined to lower-
crustal to upper-mantle levels in the transitional-to-locked section. The
highly conductive region and the connecting channel were interpreted as
migration path for fluids rising from mantle depth into the SAF system where
they are considered to contribute to the low-frictional strength of the
creeping fault segment. The new 3D inversion results confirm the high-
conductive zones of the 2D results and strongly support the presence of a
fluid channel into the SAF system in the creeping segment. However,
conductivity structures obtained with 3D inversion also showed a great non-
uniqueness depending on the inversion setup. Satisfying models (in terms of
data fit) could only be recovered if the inversion parameters were tuned in
accordance with the particularities of the data set. Based on the Parkfield MT
data and complementary synthetic 3D data sets, the model space was explored by
testing the influences of a wide range of inversion settings. The results show
that in presence of a pronounced regional 2D structure, 3D inversion of the
complete impedance tensor still depends on the coordinate system. 2D
subsurface structures can vanish if data are not aligned with the regional
strike-direction. A priori models and data weighting, i.e. how strongly
individual components of the impedance tensor and/or vertical magnetic field
transfer functions dominate the solution, are crucial controls for the outcome
of 3D inversion. If deviations from a prior model are heavily penalized,
regularization is prone to result in erroneous and misleading 3D inversion
models, particularly in the presence of strong conductivity contrasts.
Reliable and meaningful 3D inversion models can only be recovered if data
misfit is assessed systematically in the frequency-space domain. Galvanic
distortion can impair 3D inversion models and result in spurious structures at
depth. A new tool for automatic identification of static shift was developed
and applied to synthetic and real world data, making use of the spatial
coherence of MT responses. For the Parkfield data set, identification and
removal of static shift improved the outcome of subsequent 3D inversion for
the near-surface layers. Inversion of phase tensor and apparent resistivity &
phase data was implemented into the 3D inversion scheme and proved to be a
valuable asset for obtaining reliable subsurface images from galvanically
distorted data, while not requiring any data preprocessing.
de
dc.description.abstract
In der vorliegenden Arbeit ist die Anwendung eines dreidimensionalen (3D)
magnetotellurischen (MT) Inversionsschemas auf einen Array-Datensatz von mehr
als 250 Stationen aus Zentralkalifornien (USA) dargestellt. Die Untersuchungen
hatten zum Ziel, die elektrische Leitfähigkeitsstruktur der San Andreas-
Verwerfung (SAF) in der Region zwischen Parkfield und Cholame, in der sich das
mechanische Verhalten der Verwerfung ändert, abzubilden. Vorangegangene
zweidimensionale (2D) Inversionen des Datensatzes zeigten eine Region hoher
elektrischer Leitfähigkeit im Tiefenbereich des oberen Mantel und der unteren
Kruste, die im nördlichen Teil des Messgebiets hin zum kriechenden Segment mit
der seismogenen SAF verbunden ist. Im übergang zum blockierten
Verwerfungsabschnitt Richtung Süden ist diese leitfähige Region in der Tiefe
dagegen von der oberkrustalen Deformationszone abgeschnitten. Die Bereiche
erhöhter Leitfähigkeit und die kanalartige Verbindung im Norden wurden als
Migrationspfade für Fluide interpretiert, die aus dem Mantel in das SAF System
aufsteigen. Es wird vermutet, dass Fluide wesentlich zur mechanischen Schwäche
der SAF im kriechenden Segment beitragen. Die neuen, 3D Inversionsergebnisse
bestätigen die elektrisch leitfähige Zone aus den 2D Modellen und unterstützen
die Existenz eines Fluidkanals in das SAF-System im kriechenden Abschnitt.
Jedoch zeigten die 3D Leitfähigkeitsmodelle starke Variationen der
abgebildeten Strukturen, die mit der Wahl der Inversionsparameter
zusammenhingen. Zufriedenstellende Modelle (im Sinne der Datenanpassung)
konnten nur ermittelt werden, wenn die Inversionsparameter auf die
Besonderheiten des Datensatzes abgestimmt waren. Basierend auf den MT-Daten
aus Kalifornien sowie komplementären synthetischen 3D Datensätzen wurde der
Einfluss der Inversionsparameter auf den Modellraum untersucht. Die Ergebnisse
zeigen, dass die 3D Inversion in Gegenwart einer ausgeprägten, regionalen 2D
Struktur von der Orientierung des Koordinatensystems abhängt, auch wenn alle
vier Komponenten des Impedanztensors in der Inversion verwendet werden. 2D
Untergrundstrukturen können gänzlich verschwinden, wenn das Koordinatensystem
nicht an der regionalen geoelektrischen Streichrichtung ausgerichtet ist. A
priori-Modelle und Datengewichtung, welche bestimmt, wie stark einzelne
Komponenten des Impedanztensors und der vertikalen magnetischen
übertragungsfunktionen die Lösung dominieren, sind wichtige Steuerungselemente
für das 3D Inversionsergebnis. Werden Abweichungen von einem a priori-Modell
stark regularisiert, führt dies leicht zu verfälschten und irreführenden 3D
Inversionsergebnissen, insbesondere wenn starke Leitfähigkeitskontraste im
Untergrund vorhanden sind. Verlässliche und aussagekräftige Modelle können nur
ermittelt werden, wenn eine systematische Auswertung der Datenanpassung im
Frequenz-Orts-Bereich vorgenommen wird. Galvanische Verzerrung von MT-Daten
kann die Qualität von 3D Inversionsmodellen beeinträchtigen und zum Aufreten
artifizieller Strukturen bis in gro\ss e Tiefe führen. Zur Identifizierung von
Static Shift wurde ein neues Schema entwickelt, das auf der räumlichen
Kohärenz von MT-Daten basiert, und sowohl auf synthetische als auch auf
Messdaten angewendet. Für den Kalifornien-Datensatz verbesserte die Entfernung
von Static Shift die nachfolgenden 3D Inversionsergebnisse. Die Inversionen
von Phasentensoren und scheinbaren Widerständen & Phasen, die in das 3D
Inversionspaket implementiert wurden, sind ein wertvoller Gewinn für die
verlässliche Abbildung von Untergrundsstrukturen, ohne dafür verzerrte Daten
vorbehandeln zu müssen.
de
dc.format.extent
XX, 161 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
magnetotellurics
dc.subject
San Andreas fault
dc.subject
electrical resistivity
dc.subject
non-volcanic tremors
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::550 Geowissenschaften, Geologie
dc.title
Investigating the electrical conductivity structure of the San Andreas fault
system in the Parkfield-Cholame region, central California, with 3D
magnetotelluric inversion
dc.contributor.firstReferee
PD Dr. Oliver Ritter
dc.contributor.furtherReferee
Jun.-Prof. Dr. Michael Becken
dc.date.accepted
2012-11-13
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000040043-4
dc.title.translated
Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeitsstruktur der San-Andreas-
Verwerfung in der Region Parkfield-Cholame, Zentralkalifornien, mit 3D
magnetotellurischer Inversion
de
refubium.affiliation
Geowissenschaften
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000040043
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000012522
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open access