1996 10 - R/V Sonne Cruise SO111

20.08.-12.09.1996 - Victoria (CAN) - Victoria (CAN) - Victoria (CAN)

Working Area: Cascadia Basin, Cascadia Margin 

Chief Scientist: Dr. Villinger

Chief Seismic: Dr. Volkhard Spiess

MTU Participants: Dr. Hübscher, Zühlsdorff, von Larcher, Boeke

Cruise ReportWeekly ReportsSCS LinesMTU MCS LinesOBH Data


Groups in­vol­ved

  • Working Group Marine Technology/Sensors, Department of Geoscience, Bremen University (GeoB, AG Villinger)
  • Working Group Marine Technology/Environmental Research, Department of Geoscience, Bremen University (GeoB AG Spiess (MTU))
  • Alfred-Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven (AWI)

Instrumentation

  • GI Gun 2 x 0.4 L (Generator-Injector; Sodera)
  • Teledyne Streamer 100 m, 16 channels, 6.25 m groups (AG Villinger)
  • Syntron Streamer 200 m, 32 channels, 6.25 m groups or less, including single hydrophones with preamp
  • Bison Spectra Recording System 48 channel, 20 kHz
  • Multibeam System Hydrosweep DS 15.5 kHz - Atlas Elektronik
  • Parasound Sediment Echosounder 18/4 kHz - Atlas Elektronik
  • ParaDigMA Digital Acquisition for Parasound
  • OBH (AB Villinger, AWI)
  • Heat Flow Probe (AG Villinger)



R/V Sonne Cruise SO 111 was jointly carried out with colleagues from AG Villinger, representing the BMBF projects HYDROCELL-II and ADVEKTSEIS. Project HYDROCELL-II deals with crustal heat flow and crustal fabrics, derived from refraction seismic profiling. In addition, single channel seismic data were acquired. In addition, multichannel seismic data were acquired by MTU.


Projekt ADVEKTSEIS

Einführung und Zielsetzung

Aktive mittelozeanische Rücken sind geprägt vom Aufstieg großer Mengen heißer Magmen, die durch Abkühlung als Erguß-, Gang- und Tiefengesteine zur Bildung ozeanischer Kruste beitragen. Der Kontakt mit dem Meerwasser beschleunigt diese Abkühlung und hinterläßt ein poröses und permeables Gesteinsgerüst in Laven und Fördergängen der oberen Kruste, das die Ausbildung von Konvektionszellen für Meerwasser ermöglicht. Die Zirkulation wird primär durch die Temperaturverteilung und die Permeabilität der Gesteine gesteuert, wobei der Wärmetransport in den hydrothermalen Zellen die Temperaturgeschichte und die damit verknüpften chemischen Prozesse nachhaltig beeinflußt. Während es in der Regel in junger ozeanischer Kruste zu einem unmittelbaren Austausch mit dem Meerwasser kommen kann, ist die Situation auf dem Juan de Fuca Rücken im Nordostpazifik sehr ungewöhnlich. Durch die Kontinentnähe des aktiven Rückens, und die daraus resultierende Existenz einer mächtigen, vergleichsweise wenig permeablen Sedimentbedeckung, findet hier in einigen Abschnitten eine frühzeitige Isolierung der Konvektionszellen in der Oberkruste statt. Damit bietet sich die Möglichkeit, sowohl durch gezielte Bohrungen wie auch mit systematischen Messungen des Wärmeflusses Aussagen zu den Dimensionen der Zirkulationszellen und den dominierenden chemischen und physikalischen Prozessen zu gewinnen. Als besonders sensibel werden dabei die Übergänge zwischen unbedeckten und sedimentbedeckten Abschnitten angesehen, an denen systematische Veränderungen im Wärmefluß und den Krustentemperaturen, in der Fluidzusammensetzung und den Oberkrusten-Schallgeschwindigkeiten zu beobachten sind.

Im Rahmen der Expedition SO111 sollte mit seismoakustischen Methoden die Sedimentbedeckung über den Konvektionszellen untersucht werden, insbesondere die für die Interpretation der Wärmeflußmessungen und zur Bilanzierung des Stoffaustausches zwischen Kruste und Meerwasser in Frage kommenden Zonen mit Hinweisen auf vertikalen Fluidtransport. Obwohl die Permeabilität der sedimentären Bedeckung im Mittel verhältnismäßig gering ist, können im Prinzip dennoch kleinräumige Zonen existieren, in denen stärkere vertikale Flüsse auftreten. Solche Zonen bilden sich durch auffällige akustische Eigenschaften ab, wie sie in ähnlicher Form beispielsweise im Kongofächer beobachtet wurden. Diese Aufstiegszonen lassen sich aufgrund der geringen Ausdehnung von wenigen 10 Metern nur mit höchstauflösenden seismischen Verfahren nachweisen.

Dazu wurden das Parasound Echolot für die oberflächennahen Abschnitte und das neue mehrkanalseismische Meßsystem der Universität Bremen eingesetzt, das speziell für eine optimale laterale Auflösung bei hohen Signalfrequenzen bis in den kHz-Bereich ausgelegt ist. Eine für die Expedition vorgenommene Erweiterung des seismischen Meßsystems sollte die Voraussetzungen schaffen, eine optimale seismische Datenbasis für einen detaillierten Vergleich mit den Bohrungsdaten des unmittelbar vor der Reise zu Ende gegangenen ODP Leg 168 zu gewinnen. Damit bietet sich auch die Möglichkeit, die Seismostratigraphie bis zu einer Größenordnung von 1 Meter aufzulösen.

Die durchgeführten kleinräumigen Vermessungen bieten auch eine ausgezeichnete Möglichkeit, im Anschluß die seismischen Daten mit den zahlreichen geplanten ODP Bohrungen im Arbeitsgebiet zu korrelieren.


Cascadia Basin - SO149

Zühlsdorff, L., and V. Spiess (2006), Sedimentation patterns, folding, and fluid upflow above a buried basement ridge: Results from 2-D and 3-D seismic surveys at the eastern Juan de Fuca Ridge flank, J. Geophys. Res., 111, B08103, doi:10.1029/2004JB003227. 

Hutnak, M., A. T. Fisher, L. Zühlsdorff, V. Spiess, P. H. Stauffer, and C. W. Gable (2006), Hydrothermal recharge and discharge guided by basement outcrops on 0.7–3.6 Ma seafloor east of the Juan de Fuca Ridge: Observations and numerical models, Geochem. Geophys. Geosyst., 7, Q07O02, doi:10.1029/2006GC001242. 

Zühlsdorff, L., M. Hutnak, A. T. Fisher, V. Spiess, E. E. Davis, M. Nedimovic, S. Carbotte, H. Villinger & K. Becker (2005) Site surveys prior to IODP Expedition 301: ImageFlux (SO 149) and RetroFlux (TN116) expeditions and earlier studies. IODP Leg 301 Initial Reports. doi:10.2204/iodp.proc.301.102.2005. 

GA Spinelli, L Zühlsdorff, AT Fisher, CG Wheat, M Mottl, V Spiess, ... (2004) Hydrothermal seepage patterns above a buried basement ridge, eastern flank of the Juan de Fuca Ridge (DOI 10.1029/2003JB002476). Journal of Geophysical Research-Part B-Solid Earth 109 (1)

Fisher, A. T., E. E. Davis, M. Hutnak, V. Spiess, L. Zühlsdorff, A. Cherkaoui, L. Christiansen, K. Edwards, R. MacDonald, H. Villinger, M. J. Mottl, C. G. Wheat & K. Becker (2003) Hydrothermal recharge and discharge across 50 km guided by seamounts on a young ridge flank, Nature, 421, 618-621.  


Cascadia Basin - SO111

Zühlsdorff, L., Spiess V. (2001) Modeling seismic reflection patterns from Ocean Drilling Program Leg 168 core density logs: Insight into lateral variations in physical properties and sediment input at the eastern flank of the Juan de Fuca Ridge. J. Geophys. Res., 106, 16119-16133.

Zühlsdorff, L., V. Spiess, C. Hübscher, and M. Breitzke (1999) Seismic reflectivity anomalies in sediments at the eastern flank of the Juan de Fuca Ridge - evidence for fluid migration. J. Geophys. Res., 104, 15351-15364. 


Cascadia Margin - SO149

Zühlsdorff L and V. Spiess (2004) Three-dimensional seismic characterization of a venting sites reveals compelling indications of natural hydraulic fracturing, Geology, 32: 101-104. 


Cascadia Margin - SO111

Zühlsdorff, L., V. Spiess, C. Hübscher, H. Villinger, and A. Rosenberger (2000) Implications for focused fluid transport at the northern Cascadia accretionary prism from a correlation between BSR occurrence and near-sea-floor reflectivity anomalies imaged in a multi-frequency seismic data set, Int. J. Earth Sci., 88, 655-667. 



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