Universität zu Köln

Multidimensional Interpretation of Near Surface Electromagnetic Data Measured in Volvi Basin Northern Greece

Widodo, (2012) Multidimensional Interpretation of Near Surface Electromagnetic Data Measured in Volvi Basin Northern Greece. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    The Volvi basin is an alluvial valley located 45 km northeast of the city of Thessaloniki in Northern Greece. It is a neotectonic graben (6 km wide) structure with increasing seismic activity where the large 1978 Thessaloniki earthquake occurred. The seismic response at the site is strongly influenced by local geological conditions. Therefore, the European test site “EURO-SEISTEST” for studying site effects of seismically active areas is installed in the Volvi-Mygdonian Basin. The ambient noise measurements from the east area of EURO-SEISTEST give strong implication for a complex 3-D tectonic setting. Hence, near surface Electromagnetic (EM) measurements are carried out to understand the location of the local active fault and the top of the basement structure of the research area. The Radiomag- netotelluric (RMT) and Transientelectromagnetic (TEM) measurements are carried out along eight profiles, which include 446 RMT and 107 TEM soundings. The correlation between the borehole data and the interpreted TEM and RMT model generally shows six layers. The layers are identified as sedimentary and metamorphic rocks which in detail are: silty sand (10 - 30 Ωm), silty clay (10 - 30 Ωm), silty clay marly (30 – 50 Ωm), sandy clay (50 - 80 Ωm) and marly silty sand (> 80 Ωm) and basement (gneiss and schist) (> 80 Ωm) with varying thick- nesses. To analyze the structure of the research area, interpretation of multidimensional models (1-D, 2-D, 3-D) is carried out. The 1-D model and the 2-D model derived from RMT data show a clear indication of the fault structure distribution in the research area. From the analysis, there can be found that the fault structure is associated with marly silty sand with a resistivity of more than 80 Ωm. The correlation of the RMT 2-D model with the geological map provides a good fitting to the surface structure. Due to the high resistivity of the top layer, the skin depths of the RMT soundings are approximately 35 m. The TEM data gives a detailed description about the deeper structure down to the depth of 200 m. Joint and sequential inversions of RMT and TEM data can provide clear information from the surface to the deep structure. Single and joint inversions of RMT and TEM give a consistent result in which both identify the fault structure. Three dimensional modeling of RMT data is implemented to provide a representative model of all conductivity structures in the research area. The overall number of cells in the 3-D model is 2,317,000 cells (nx = 220 cells, ny = 220 cells and nz = 45 cells) modeling the research area with size of 2.4 km × 2.4 km. 3-D models provide a detailed description of the normal fault structure at depths of about 5 to 25 m and thicknesses of 20 m. According to the analyses, a normal fault is located next to the EURO-SEISTEST site, with a strike direction of N 70◦ E.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Das Volvi-Becken befindet sich in einem alluvialen Tal, das 45 km nordöstlich von Thessaloniki im Norden Griechenlands liegt. Es ist eine neotektonische Graben-struktur (von 6 km Breite) mit zunehmender seismischer Aktivität, in der 1978 das relativ starke Thessaloniki-Erdbeben stattgefunden hat. Die seismische Response vor Ort ist stark beeinflußt von den lokalen geologischen Gegebenheiten. Deshalb wurde der europäische Teststandort “EURO-SEISTEST” im Volvi-Mygdonischen Becken eingerichtet, um ortsabh ̈ngige Effekte von seismisch aktiven Gebieten zu untersuchen. Die Messungen des Hintergrundrauschens aus dem Bereich ostlich des EURO - SEIS-TEST - Gebietes weisen deutlich auf eine eine komplexe, 3-dimensionale, tektonische Struktur hin. Daher werden zur Erkundung der Schichtung oberhalb des Grundge-birges und der Lage der lokalen, aktiven Verwerfung oberflächennahe Elektromagnetik Messungen (EM) durchgefürt. Radiomagnetotellurik (RMT) und Transientelektromagnetik(TEM)-Messungen werden entlang von 8 Profilen durchgeführt,welche 446 RMT- und 107 TEM-Sondierungen beinhalten. Die Korrelation zwischen den Bohrlochdaten und den interpretierten TEM- und RMT-Modellen zeigt im Allgemeinen einen 6-Schicht-Fall. Die Schichten werden identifiziert als sedimentäre und metamorphe Gesteine, im Einzelnen: schluffiger Sand (10 – 30 Ωm), schluffiger Lehm (10 – 30 Ωm), schluffiger lehmiger Mergel(30 – 50 Ωm), sandiger Lehm (50 – 80 Ωm) und mergeliger schluffiger Sand (> 80 Ωm) und Grundgestein (Gneis und Schiefer) (> 80 Ωm) mit unterschiedlichen Schicht-dicken. Für die Analyse der Struktur des Untersuchungsgebietes wird die Interpretation von mehrdimensionalen Modellen (1-D, 2-D, 3-D) durchgefürt. Die 1-D- und 2-D-Modelle, die aus den RMT-Daten stammen, zeigen deutliche Auswirkungen des Verlaufs der Verwerfungen im Untersuchungsgebiet. Und aus dieser Analyse kann man erkennen, daß die Verwerfungsstruktur mit mergeliger schluffiger Sand eines spezifischen Widerstandes von mehr als 80 Ωm verbunden ist. Die Korrelation des 2-dimensionalen RMT-Modells mit der geologischen Karte liefert eine gute Anpassung an die oberflächennahe Struktur. Wegen des hohen spezifischen Widerstandes der obersten Schicht liegen die Skintiefen der RMT-Sondierungen etwa bei 35 m. Die TEM-Daten ergeben eine detaillierte Beschreibung der tieferen Struktur bis hinunter zu einer Tiefe von 200 m. Gemeinsame und sequentielle Inversion von RMT- und TEM-Daten liefern eindeutige Informationen von der oberflächennahen bis zur tiefen Struktur. Die Einzelinversionen und die gemeinsame Inversionen von RMT und TEM ergeben einen konsistenten Befund nach welchem beide die Verwerfung identifizieren. Dreidimensionale Modellierung der RMT-Daten wird ausgeführt, um ein repräsenta-tives Modell für alle Leitfähigkeitsstrukturen im Messgebiet zu erhalten. Die Gesam-tanzahl der Zellen des 3-D-Vorwärtsmodells ist 2.317.000 Zellen (nx = 220 Zellen, ny = 220 Zellen und nz = 45 Zellen), die das Meßgebiet mit einer Ausdehnung von 2,4 km × 2,4 km modellieren. Die 3-D-Modelle liefern eine genaue Beschreibung der Struktur der senkrechten Verwerfung in einer Tiefe von etwa 5 – 25 m bzw. mit einer Mächtigkeit von 25 m. Entsprechend der Analysen befindet sich neben dem EURO-SEISTEST-Gebiet eine senkrechte Verwerfung mit einer Streichrichtung von N 70° O.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Widodo,widodo@geo.uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-47487
    Subjects: Natural sciences and mathematics
    Earth sciences
    Life sciences
    Technology (Applied sciences)
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Multidimensional modelEnglish
    Fault structureEnglish
    Radiomagnetotelluric (RMT)English
    Transientelectromagnetic (TEM)English
    Volvi-Mygdonian BasinEnglish
    Mehrdimensionalen ModellenGerman
    VerwerfungGerman
    Radiomagnetotelluric (RMT)German
    Transientelectromagnetic (TEM)German
    Volvi-Mygdonischen BeckenGerman
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Geophysik und Meteorologie
    Language: English
    Date: 25 June 2012
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 20 June 2012
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 03 Jul 2012 08:58:44
    Referee
    NameAcademic Title
    Tezkan, BülentProf. Dr.
    Junge, AndreasProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4748

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