Forschungsprojekt

Subduktionszonen produzieren weltweit die meisten und vor allem stärksten Erdbeben. Beben mit Magnituden >8 sind dabei häufig an einen bestimmten Abschnitt der Reibungsfläche der kollidierenden Platten gekoppelt, die seismogene Zone. Die Entstehung von Erdbeben in diesem Bereich ist besonders mit den mechanischen Eigenschaften der eingebrachten Sedimente verbunden. Der Übergang vom aseismischen zum seismischen Verhalten der anfänglich weichen Sedimente findet in einem Temperaturbereich von ca. 100-150°C statt. Dieser Bereich fällt mit verschiedenen Diagenese- und Konsolidierungsprozessen zusammen, die die mechanischen Eigenschaften der Sedimente verändern können.

Der Einfluss physiko-chemischer Prozesse auf die mechanischen Eigenschaften von marinen Sedimenten unter diesen erhöhten Druck -und Temperaturbelastungen ist jedoch nur wenig bekannt. In der Literatur werden dazu verschiedene Prozesse diskutiert. Als mögliche Prozesse werden die Smektit-Illit-Umwandlung, der Übergang von Opal zu Quarz sowie die Karbonat-, Ton- und Zeolitzementation angesehen.

Ziel des Vorhabens ist eine genauere Untersuchung der Interaktion zwischen marinen Sedimenten und Porenwasser unter hohen PT-Bedingungen und ihr Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Sedimente. Folgende Fragestellungen ergeben sich aus der Zielsetzung:

- Welchen Einfluss hat die mineralogische Zusammensetzung auf die Deformationsprozesse?
- Wie verändern sich Kennwerte wie Porosität und Permeabilität mit zunehmender Temperatur und Druck?
- Welche Sediment-Porenwasser-Interaktionen finden in Proben unterschiedlicher mineralogischer Zusammensetzung statt?
- Gibt es signifikante Mineralneubildungen?
- Welche Prozesse bestimmen maßgeblich die mechanischen Eigenschaftsveränderungen?

Zur Durchführung des Projektes ist der Bau einer beheizten uniaxialen Deformationsapparatur vorgesehen, die Sedimentproben in Langzeitversuchen bis zu PT-Bedingungen von 100MPa und 200°C belasten kann. Durch Porenwasserdruckmessungen ist es möglich bereits mit fortlaufender Deformation der Sedimente, Kenndaten wie z.B. die Permeabilität zu bestimmen. Die Belastungszyklen werden an natürlichen Sedimentproben von konvergierenden Plattenrändern sowie künstlichen Mineralgemischen für vergleichende Untersuchungen durchgeführt. Die Veränderung mechanischer, mineralogischer und geochemischer Eigenschaften wird anschließend an deformierten und nicht-deformierten Sedimenten analysiert.