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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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