ErdbebenlokalisierungAbschlusspräsentation Ingenieursgeophysikvon Eva Leister 27.07.2012

Inhalt

1. Motivation 2. Begriffserklärung3. Herkömmliche Methoden4. 3D VP und VS Algorithmus

5. Vergleich mit PANDA-Modell anhand der NMSZ6. Fazit

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1. Motivation

• Zuverlässige und schnelle Erdbebenlokalisierungen für Aussagen über seismische Gefahren für Regionen

• Überbrückung der Diskrepanz zwischen vorhandenen Geschwindigkeitsmodellen und der wahren Erde

• Vereinfachte Modelle geben nur begrenzt Auskunft über die Tiefe des Erdbebenherdes

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2. Begriffserklärung

• Hypozentrum: Punkt von dem ein Beben ausgeht (Bebenherd)

• Epizentrum: senkrechte Projektion des Hypozentrums auf die Erdoberfläche

• P-Wellen (Primärwellen): Longitudinalwelle, die als erstes beim Seismograf antrifft (Entfernung einige 100km4-8 km/s)

• S-Wellen (Sekundärwellen): Transversalwelle; Verscherung, kann sich nur in Festkörpern ausbreiten ( 2-4,5 km/s)

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3. Herkömmliche Methoden

Bestimmung des Epizentrums (2D)• Mindestens 3 Stationen

zur Lokalisierung sind notwendig• Zeitunterschied vom

Eintreffen der P- und S-Wellen gibt Aufschluss über die Entfernung der Station vom Epizentrum

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3. Herkömmliche Methoden

• Entfernungen mit Hilfe von Kreisen um die Stationen eintragen• Gemeinsamer

Schnittpunkt =Epizentrum 6

3. Herkömmliche Methoden

• JHD (Joint hypocenter determination): Neuberechnung von Erdbebenclustern mit Hilfe von Ankunftszeiten

P- und S-Wellen Korrektur geben Aufschluss über Geschwindigkeitsabweichungen in der Region

• DD (double difference): Kreuzkorrelation der Wellenformen zur Minimierung der Fehler in den Ankunftszeiten + Betrachtung der relativen Unterschiede der Ankunftszeiten

Verbesserung der Erdbebenlokalisierung

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4. 3D Vp und VS Algorithmus

• Erweiterung der Geigermethode• Erstellung eines Gittermodels mit Hilfe der seismischen

Tomographie zu Darstellung der Geschwindigkeitsverteilung In jeder Zelle sind die Geschwindigkeiten der P-und S-Wellen konstant dazugehörige Strahlen sind gerade Linien

• Lokalisierung des Hypozentrums in einer der Zellen mit herkömmlichen 3D Raytracing-Methoden Ermittlung der Laufzeiten und Information über die Wellen über lineare Interpolation der Daten an den 8 benachbarten Gitterpunkten

• Jedes einzelne Erdbeben in der Region kann über diesen Algorithmus und das 3D-Geschwindigkeitsmodell lokalisiert werden

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4. 3D Vp und VS Algorithmus

• Matrixnotation:

n: Anzahl der Stationen : Abweichung der gemessenen Zeit von der tatsächlichen Laufzeit

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4. 3D Vp und VS Algorithmus

• Auflösung der Gleichung nach x mit Hilfe von der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, Singulärwertzerlegung, Levenberg-Marquardt-Algorithmus, Singulärwertzerlegung

• Iteration der Ergebnisse

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5. Vergleich mit PANDA-Modell

• PANDA (Portable Array for Numerical Data Acquistion)• Experimente zwischen 1989 – 1992 und 1995 – 2001• PANDA-Geschwindigkeitsmodell: dünne Sedimentschicht

(650m) mit extrem niedrigen P-und S-Wellengeschwindigkeiten; darunter 5 homogene Krustenschichten und ein oberer Mantel

• Daten von der NMSZ ( New Madrid Seismic Zone)

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5. Vergleich mit PANDA-Modell

PANDA Stationen seit 1989

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5. Vergleich mit PANDA-Modell

Erdbeben (1989-2000) lokalisiert mit PANDA-Modell

Neuberechnete Epizentren der Beben von 1989-2000 mit Hilfe des 3D VP und VS Algorithmus 13

5. Vergleich mit PANDA-Modell

• AA‘ : Nordostabschnitt• Dicke der Sedimentschicht geringer als im

PANDA-Modell PANDA-Werte liegen höher

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+: PANDA-Modell○: 3D VP und VS Modell

5. Vergleich mit PANDA-Modell

• BB‘: Central NMSZ• Sedimentschichtdicke gleich der im PANDA-

Modell Modelle liegen recht nah beieinander15

+: PANDA-Modell○: 3D VP und VS Modell

5. Vergleich mit PANDA-Modell

• CC‘: Südwestabschnitt• Sedimentschicht dicker als im PANDA-Modell

PANDA-Werte liegen tiefer16

+: PANDA-Modell○: 3D VP und VS Modell

6. Fazit

• Erde besteht nicht aus homogenen Schichten• Es gibt noch kein perfektes Modell• Das 3D VP und VS Algorithmus ist auch für regionale

Erdbebenlokalisierung anwendbar • Verbesserung durch größere räumlich Abdeckung mit feineren

Gittern• Zukünftige 3D-Geschwindigkeitsmodelle können an dem 3D VP

und VS Algorithmus anknüpfen• Schnelle Computer mit hohen Rechenleistungen sind

notwendig

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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Quellen• http://www.erdbeben-in-bayern.de/erdbebenkunde/lokalisierung• http://www.bssaonline.org/content/96/1/288.full.pdf+html

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