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Erdbebenlokalisierung

Erdbebenlokalisierung. Abschlusspräsentation Ingenieursgeophysik von Eva Leister 27.07.2012. Inhalt. Motivation Begriffserklärung Herkömmliche Methoden 3D V P und V S Algorithmus Vergleich mit PANDA-Modell anhand der NMSZ Fazit. 1. Motivation.

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Erdbebenlokalisierung

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Presentation Transcript

  1. Erdbebenlokalisierung Abschlusspräsentation Ingenieursgeophysik von Eva Leister 27.07.2012

  2. Inhalt • Motivation • Begriffserklärung • Herkömmliche Methoden • 3D VP und VSAlgorithmus • Vergleich mit PANDA-Modell anhand der NMSZ • Fazit

  3. 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

  4. 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 100km4-8 km/s) • S-Wellen (Sekundärwellen): Transversalwelle; Verscherung, kann sich nur in Festkörpern ausbreiten ( 2-4,5 km/s)

  5. 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

  6. 3. Herkömmliche Methoden • Entfernungen mit Hilfe von Kreisen um die Stationen eintragen • Gemeinsamer Schnittpunkt =Epizentrum

  7. 3. Herkömmliche Methoden • JHD (Joint hypocenterdetermination): 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

  8. 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

  9. 4. 3D Vp und VS Algorithmus • Matrixnotation: n: Anzahl der Stationen : Abweichung der gemessenen Zeit von der tatsächlichen Laufzeit

  10. 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

  11. 5. Vergleich mit PANDA-Modell • PANDA (Portable Array forNumerical 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)

  12. 5. Vergleich mit PANDA-Modell PANDA Stationen seit 1989

  13. 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

  14. 5. Vergleich mit PANDA-Modell • AA‘ : Nordostabschnitt • Dicke der Sedimentschicht geringer als im PANDA-Modell  PANDA-Werte liegen höher +: PANDA-Modell ○: 3D VP und VS Modell

  15. 5. Vergleich mit PANDA-Modell • BB‘: Central NMSZ • Sedimentschichtdicke gleich der im PANDA-Modell Modelle liegen recht nah beieinander +: PANDA-Modell ○: 3D VP und VS Modell

  16. 5. Vergleich mit PANDA-Modell +: PANDA-Modell ○: 3D VP und VS Modell • CC‘: Südwestabschnitt • Sedimentschicht dicker als im PANDA-Modell  PANDA-Werte liegen tiefer

  17. 6. Fazit • Erde besteht nicht aus homogenen Schichten • Es gibt noch kein perfektes Modell • Das 3D VP und VSAlgorithmus ist auch für regionale Erdbebenlokalisierung anwendbar • Verbesserung durch größere räumlich Abdeckung mit feineren Gittern • Zukünftige 3D-Geschwindigkeitsmodelle können an dem 3D VP und VSAlgorithmus anknüpfen • Schnelle Computer mit hohen Rechenleistungen sind notwendig

  18. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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

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