seismische welle

Transcrição

seismische welle

Seismische
Seismische Wellen
Wellen
--
Spannung
Spannungund
undDeformation
Deformation
-----
--
Seismische Wellen - Folie 1
Elastische
ElastischeKonstanten
Konstanten
Raumwellen
Raumwellenund
und
Oberflächenwellen
Oberflächenwellen
Seismische
SeismischeGeschwindigkeiten
Geschwindigkeiten
Abschwächung
Abschwächung
Seismische
SeismischeStrahlen
Strahlen
----
Snell‘sches
Snell‘schesGesetz
Gesetz
Reflektion,
Reflektion,Transmission
Transmission
Refraktion,
Diffraktion
Refraktion, Diffraktion
--
Seismische
SeismischeQuellen
Quellen
--
Seismometer
Seismometer
www.geophysik.uni-muenchen.de -> Studium -> Vorlesungen
Fragen
Fragen
----------
Warum
Warumkönnen
könnenwir
wirWellen
Wellenininder
derErde
Erde
beobachten?
beobachten?
Welche
Welche Arten
Artenvon
vonWellen
Wellengibt
gibtes?
es?
Wie
Wieschnell
schnellbreiten
breitensie
siesich
sichaus?
aus?
Was
Wasbestimmt
bestimmtihre
ihreGeschwindigkeit?
Geschwindigkeit?
Ändern
Ändernsich
sichSeismische
SeismischeWellen
Welleninin
unterschiedlichen
unterschiedlichenGesteinen?
Gesteinen?
Sind
Sindseismische
seismischeWellen
Wellenabgeschwächt?
abgeschwächt?
Welche
WelcheWellen
Wellenbenutzen
benutzenwir
wirbei
beiseismischer
seismischer
Exploration?
Exploration?
Wie
Wiewerden
werdenseismische
seismischeWellen
Wellenerzeugt
erzeugt(zu
(zuLand,
Land,
zu
zuWasser)?
Wasser)?
Mit
Mitwelchen
welchenInstrumenten
Instrumentenkönnen
könnenwir
wirseismische
seismische
Wellen
Wellenbeobachten?
beobachten?
Spannung
Spannung und
und Deformation
Deformation
Stress
Stress and
and Strain
Strain
In
Inerster
ersterNäherung
Näherungverformt
verformt
sich
sichdie
dieErde
Erdewie
wieein
ein
elastischer
elastischerKörper
Körpersolange
solangedie
die
Deformation
Deformation(Strain)
(Strain)gering
geringist.
ist.
Mit
Mitanderen
anderenWorten
Wortengesagt,
gesagt,
wenn
wenndie
dieKraft,
Kraft,die
diedie
die
Verformung
Verformungverursacht,
verursacht,
wegfällt,
wegfällt,wird
wirdder
derKörper
Körper
wieder
wiederininseine
seineursprüngliche
ursprüngliche
Form
zurückkehren.
Form zurückkehren.
Die
DieÄnderung
Änderungder
derForm
Formeines
einesKörpers
Körpersnennt
nennt
man
manDeformation.
Deformation.Die
DieKräfte,
Kräfte,die
diedie
die
Verformung
Verformungverursachen
verursachennennt
nenntman
man
Spannung/Stress.
Spannung/Stress.
Lineare
Lineare und
und nicht-lineare
nicht-lineare
Spannungs-Dehnungsbeziehung
Spannungs-Dehnungsbeziehung
Linearer Stress-Strain
Spannung
Spannungvs.
vs.Dehnung
Dehnungbei
beieinem
einemrealen
realenGestein,
Gestein,das
dasbrechen,
brechen,bzw.
bzw.
sich
sichplastisch
plastischdeformieren
deformierenkann.
kann.In
Inder
derangewandten
angewandtenSeismik
Seismik
genügt
genügtininder
derRegel
Regeldie
dieAnnahme
Annahmeder
derlinearen
linearenElastizität.
Elastizität.
Lineare
Lineare Elastizität
Elastizität
Die
Dierelative
relativeVerschiebung
Verschiebungim
im
unverformten
unverformtenZustand
Zustandist
istu(r).
u(r).
Die
Dierelative
relativeVerschiebung
Verschiebungim
im
verformten
verformtenZustand
Zustandist
istv=u(r+
v=u(r+
δx
δx).).
Daraus
Darausfolgt:
folgt:
δy
P1
Q
u
P0
Q
Q
δx
v
Q
δx
Q1
δu
Q0
δu=u
δu=u((r+
r+ δx
δx))-u
-u((rr))
Wir
Wir benutzen
benutzen Taylor’s
Taylor’s Theorem
Theorem
inin 3-D.
3-D. Dies
Dies bringt
bringt uns
uns zu:
zu:
∂ui
δui =
δxk
∂xk
Lineare
Lineare Elastizität
Elastizität ––
Deformationstensor
Deformationstensor
Den
Densymmetrische
symmetrischeTeil
Teilnennt
nenntman
man
Deformationstensor
Deformationstensor
1 ∂ui ∂u j
ε ij = (
+
)
2 ∂x j ∂xi
Er
Erbeschreibt
beschreibtdie
dieBeziehung
Beziehungzwischen
zwischenDeformation
Deformationεεund
und
Verschiebung
Verschiebung uuininder
derlinearen
linearenElastizität.
Elastizität.In
In2-D
2-Dsieht
siehtder
derTensor
Tensor
wie
folgt
aus:
wie folgt aus:
⎡
∂u x
⎢
∂x
ε ij = ⎢
⎢ 1 ( ∂u x + ∂u y )
⎢ 2 ∂y
∂x
⎣
1 ∂u x ∂u y ⎤
+
(
)⎥
∂x ⎥
2 ∂y
∂u y
⎥
⎥
∂y
⎦
GPS – Deformation
Sumatra
Deformation Tohoku-oki
Spannungstensor
Spannungstensor
3
ti = σ ij n j
2
wobei σij die Spannung und nj die
Oberflächennormale ist.
Der Spannungstensor beschreibt die
Kräfte, die auf fiktive Flächen
innerhalb eines Körpers wirken.
Aufgrund der Symmetrie
σij = σ ji
21
22
23
gibt es nur 6 verschiedene Elemente.
σij
Der Vektor senkrecht zur der entsprechenden Fläche
Die Richtung des Kraftvektors, der auf die Fläche wirkt
1
Spannungs-Dehnungs
Spannungs-Dehnungs Beziehung
Beziehung
Stress-strain
Stress-strain relation
relation
Die Beziehung zwischen Stress und Strain wird mit dem Tensor der
elastischen Konstanten beschrieben cijkl
σij = c ijk l ε k l
verallgemeinertes
Hooke’sches Gesetz
Aus der Symmetrie des Spannungs- und Deformationstensors und einer
thermodynamischen Beziehung folgt, daß die maximale Anzahl unabhängiger
Konstanten in cijkl ”21” beträgt. In einem isotropen Körper, dessen
Eigenschaften nicht richtungsabhängig sind, vereinfacht sich die Relation zu
σij = λΘδij + 2μεij
Hooke’sches Gesetz
wobei λ und μ die Lame Konstanten, θ die Dilatation und δij das
Kronecker-Delta sind.
Θδij = εkk δij = (εxx + ε yy + εzz )δij
Stress - Glossary
Stress units
bars (106dyn/cm2), 1N=105 dyn (cm g/s2)
106Pa=1MPa=10bars
1 Pa=1 N/m2
At sea level
p=1bar
At depth 3km p=1kbar
maximum
compressive
stress
the direction perpendicular to the minimum
compressive stress, near the surface mostly in
horizontal direction, linked to tectonic
processes.
principle stress
axes
the direction of the eigenvectors of the
stress tensor
Elastische
Elastische Konstanten
Konstanten
u
u
γ
l
σ1 2 = μγ
l
σ2 2 = E
u
l
P= K
ΔV
V
= K εii
Die
Dieelastischen
elastischenKonstanten
Konstantenverbinden
verbindenStress
Stressmit
mitStrains
Strains
(vgl.
(vgl.mit
mitdem
demFederkonstanten
Federkonstantenim
imeindimensionalen)
eindimensionalen)
Spannung
Spannung==Elastische
ElastischeKonstanten
Konstanten**Dehnung
Dehnung
FF==DD**ss
Hooke‘sches Gesetz
Elastische
Elastische Konstanten
Konstanten
Die
Dieelastischen
elastischenKonstanten
Konstantenbeschreiben
beschreibenwie
wiesich
sichein
ein
Material
Materialverformt,
verformt,wenn
wennman
manan
anes
esSpannung
Spannunganlegt.
anlegt.Es
Es
gibt
gibtverschiedene
verschiedeneAnsätze.
Ansätze.Die
Diewichtigsten
wichtigstensind
sind(vgl.
(vgl.mit
mit
letzter
letzterFolie):
Folie):
longitudinale
longitudinaleSpannung
SpannungF/A
F/A
Young‘s
Young‘smodulus
modulusEE==------------------------------------------------------longitudinal
longitudinalDehnung
DehnungΔl/l
Δl/l
Bulk
Bulkmodulus
modulus
Schermodul
Schermodul
Volumetrische
VolumetrischeSpannung
SpannungPP
KK==----------------------------------------------------Volumenänderung
VolumenänderungΔV/V
ΔV/V
Scherspannung
Scherspannung
μμ ==-----------------------------------------------
Scherdeformation
Scherdeformation(tan
(tanϕ)
ϕ)
Weitere:
Weitere:Lame's
Lame'sparameters,
parameters,Poissonverhältnis,
Poissonverhältnis,etc.
etc.
Spannungen
Spannungen und
und Verwerfungen
Verwerfungen
Extension
Extension
Kompression
Kompression
Blattverschiebung
Blattverschiebung
Strike-slip
Strike-slip
Borehole breakout
Source: www.fracom.fi
Hauptspannung,
Hauptspannung,
hydrostatische
hydrostatische Spannung
Spannung
Horizontale
HorizontaleSpannungen
Spannungen
werden
werdendurch
durchtektonische
tektonische
Kräfte
Kräftehervorgerufen.
hervorgerufen.Es
Es
gibt
gibtzwei
zweihorizontale
horizontale
Hauptspannungsrichtungen.
Hauptspannungsrichtungen.
Beispiel:
Beispiel:Kölner
KölnerBecken
Becken
Wenn
Wennalle
alledrei
dreiorthogonalen
orthogonalenHauptspannungen
Hauptspannungengleich
gleich
groß
großsind,
sind,spricht
sprichtman
manvon
vonhydrostatischer
hydrostatischerSpannung.
Spannung.
World
WorldStress
StressMap:
Map:
Europe
Europe
Seismische
Seismische Wellentypen
Wellentypen
PP -- Wellen
Wellen
PP––Primärwellen
Primärwellen––Kompressionswellen
Kompressionswellen––Longitudinalwellen
Longitudinalwellen
Seismische
Wellentypen
S
S -- waves
waves
SS––S-Wellen
S-Wellen––Sekundärwellen
Sekundärwellen––Scherwellen
Scherwellen––
Transversalwellen
Transversalwellen
Seismische
Wellentypen
Rayleigh
Rayleigh waves
waves
Rayleighwellen
Rayleighwellen––polarisiert
polarisiertininder
derEbene
Ebenevon
vonQuelle
Quelleund
und
Empfänger
Empfänger––Überlagerung
Überlagerungvon
vonPPund
undSV
SVWellen
Wellen
Seismische
Wellentypen
Love
Love waves
waves
Lovewellen
Lovewellen––transversal
transversalpolarisiert
polarisiert––Überlagerung
Überlagerungvon
von
SH
SHwellen
welleninineinem
einemgeschichteten
geschichtetenMedium
Medium
Fernbeben M8.3, Japan
Seismische
Seismische Geschwindigkeiten
Geschwindigkeiten
Die
Die Geschwindigkeit
Geschwindigkeit seismischer
seismischer Wellen
Wellen vv hängt
hängt––
zusätzlich
zusätzlichzu
zuden
denLame
LameParametern
Parameternund
undder
derDichte
Dichte-auch
auchvon
vonfolgendem
folgendemab:
ab:
••
••
••
••
Gesteinsart
Gesteinsart(Sediment,
(Sediment,magmatisches,
magmatisches,
metamorphes,
metamorphes,vulkanisches)
vulkanisches)
Porosität
Porosität
Druck
Druckund
undTemperatur
Temperatur
Inhalt
Inhaltder
derPoren
Poren(Gas,
(Gas,Flüssigkeit)
Flüssigkeit)
v=
P-Wellen
λ+2μ
vp =
ρ
Elastische Module
Dichte
S-Wellen
μ
vs =
ρ
Seismische
Geschwindigkeiten
P-Wellen
P-Wellen
Material
Vp (km/s)
unverfestigtes Material
Sand (trocken)
0.2-1.0
Sand (feucht)
1.5-2.0
Sedimente
Sandstein
2.0-6.0
Kalkstein
2.0-6.0
magmatische Gesteine
Granit
5.5-6.0
Gabbro
6.5-8.5
Poren Inhalte
Luft
0.3
Wasser
1.4-1.5
Öl
1.3-1.4
andere Materialien
Stahl
6.1
Beton
3.6
Seismische
Geschwindigkeiten
Scherwellen
Scherwellen
Die
DieBeziehung
Beziehungzwischen
zwischenP-Wellen
P-Wellenund
undS-Wellen
S-Wellenkann
kannoft
oft
mit
mitdem
demvvPP/v
/vssVerhältnis
Verhältnisoder
oderPoissonverhältnis
Poissonverhältnis
berechnet
berechnetwerden.
werden.
Eine
Einegebräuchliche
gebräuchlicheAnnahme
Annahmefür
fürKrustengesteine
Krustengesteineist:
ist:
vvP/v
= sqrt(3) ~1.7
P/vss = sqrt(3) ~1.7
Dies
Diesentspricht
entsprichteinem
einemPoissonverhältnis
Poissonverhältnisσσvon:
von:
σσ==0.25
0.25
zu
zuberechnen
berechnendurch:
durch:
1/ 2
vp ⎡ 2(1−σ)⎤
=⎢
⎥
vs ⎣(1− 2σ )⎦
Flüssigkeiten oder Gase, die in Gesteinen enthalten sind, beeinflussen
das vP/vs Verhältnis sehr stark, was eines der wichtigsten
Diagnosemöglichkeiten der seismischen Exploration ist!
Seismische
Geschwindigkeiten und
und Dichte
Dichte
Porosität
Porosität
Wir
Wirwollen
wollennun
nunden
denEffekt
Effektder
derPorosität
PorositätΦΦauf
aufdie
die
seismische
seismischeGeschwindigkeit
Geschwindigkeitund
unddie
dieDichte
Dichte
bestimmen.
bestimmen.Mit
Mitρρbbder
derWichte,
Wichte,ρρffder
derDichte
Dichteder
derinin
den
denPoren
Porenenthaltenen
enthaltenenFlüssigkeit,
Flüssigkeit,und
undρρmmder
der
Gesteinsmatrixdichte:
Gesteinsmatrixdichte:
ρb = ρ f Φ+(1− Φ)ρm
......eine
eineentsprechende
entsprechendeFormel
Formelgibt
gibtes
esfür
fürdie
die
P-Geschwindigkeit
P-Geschwindigkeit
1 Φ (1− Φ)
= +
vb v f
vm
Seismische
Geschwindigkeiten und
und Dichte
Dichte
Porosität
Porosität
Dämpfung
Dämpfung
Sich
Sichausbreitende
ausbreitendeWellen
Wellenverlieren
verlierenEnergie
Energieaufgrund
aufgrund.......
.......
••geometrischer
geometrischerDivergenz
Divergenz
z.B.
z.B.die
dieEnergie
Energieeiner
einersphärischen
sphärischenWellenfront,
Wellenfront,die
dievon
voneiner
einerPunktquelle
Punktquelleausgeht,
ausgeht,
ist
über
die
kugelförmige
Oberfläche
verteilt,
die
immer
größer
wird.
ist über die kugelförmige Oberfläche verteilt, die immer größer wird.
Amplitudenabnahme
Amplitudenabnahmeumgekehrt
umgekehrtproportional
proportionalzur
zurDistanz.
Distanz.
••intrinsische
intrinsischeDämpfung
Dämpfung
Wellenausbreitung
Wellenausbreitungbeinhaltet
beinhalteteine
einepermanentes
permanentesWechseln
Wechselnzwischen
zwischenpotentiellerpotentieller(Verschiebung)
und
kinetischerEnergie
(Geschwindigkeit).
Dieser
Prozess
(Verschiebung) und kinetischer- Energie (Geschwindigkeit). Dieser Prozessist
ist
nicht
komplett
reversibel.
Es
gibt
einen
Energieverlust
aufgrund
von
nicht komplett reversibel. Es gibt einen Energieverlust aufgrund von
Wärmeentwicklung
Wärmeentwicklung(durch
(durchScherung)
Scherung)an
anden
denKorngrenzen,
Korngrenzen,Mineralübergänge
Mineralübergängeetc.
etc.
••Streudämpfung
Streudämpfung
Bei
BeiDurchlaufen
Durchlaufenvon
vonMaterialänderungen
Materialänderungenwird
wirddie
dieEnergie
Energieeines
einesWellenfeldes
Wellenfeldesinin
verschiedene
verschiedenePhasen
Phasengestreut.
gestreut.Abhängig
Abhängigvon
vonden
denMaterialeigenschaften
Materialeigenschaftenführt
führt
dies
zu
Amplitudenabfall
und
Dispersionseffekten.
dies zu Amplitudenabfall und Dispersionseffekten.
Geometrische
Geometrische Divergenz
Divergenz
Verlust
Verlustder
derWellenfrontWellenfrontamplitude/energie
amplitude/energiebei
bei
sphärischen
sphärischenWellen:
Wellen:
••Energie
Energie
2
Der
DerVerlust
Verlustist
istproportional
proportionalzu
zu1/r
1/r2
••Amplitude
Amplitude
Der
DerVerlust
Verlustist
istproportional
proportionalzu
zu1/r
1/r
Dämpfung
Dämpfung // Attenuation
Attenuation Q
Q
Die
DieDämpfung
Dämpfungseismischer
seismischerWellen
Wellenwird
wirdnormalerweise
normalerweisedurch
durchden
den
angegeben.
Q
ist
der
Energieverlust
pro
Wellenzyklus.
Q-Faktor
Q-Faktor angegeben. Q ist der Energieverlust pro Wellenzyklus.
Für
FürPP-und
undSS-Wellen
Wellenist
istQ
Qnormalerweise
normalerweiseunterschiedlich.
unterschiedlich.
--Warum?
Warum?
A(x) = A0 e
− ωx
2 cQ
A(x)
A(x)ist
istdie
dieAmplitude
Amplitudeder
derWelle,
Welle,geschrieben
geschrieben
zur
Quelle
als
Funktion
des
Abstands
als Funktion des Abstands zur Quellex,x,der
der
Kreisfrequenz
ω
,
Ausbreitungsgeschwindigkeit
Kreisfrequenz ω , Ausbreitungsgeschwindigkeit
ccund
undQ.
Q.
Gesteins Art
Qp
QS
Schiefer
30
10
Sandstein
58
31
Granite
250
70-250
Peridotite
650
360
1200
8000
280
200
520
0
Midmantle
Lowermantle
Outer Core
Streuung
Streuung
Random
Random
velocity
velocity
model
model
Seismogramme
Seismogramme
vom
vom Mond
Mond
Streuung im Mantel
Elastische
Elastische Anisotropie
Anisotropie -- Daten
Daten
Azimutale
AzimutaleÄnderung
Änderungder
derPPGeschwindigkeit
Geschwindigkeitim
imoberen
oberen
Mantel,
Mantel,beobachtet
beobachtetunter
unterdem
dem
Pazifischen
PazifischenOzean.
Ozean.
Was
Wasverursacht
verursachtAnisotropie?
Anisotropie?
••Ausrichtung
Ausrichtungvon
vonKristallen
Kristallen
••Fließ-Vorgänge
Fließ-Vorgänge
Elastische
Elastische Anisotropie
Anisotropie -- Olivin
Olivin
Erklärung
Erklärungder
derbeobachteten
beobachteten
Effekte
Effektemit
mitOlivin
OlivinKristallen,
Kristallen,
die
dieentlang
entlangder
derFlußrichtung
Flußrichtung
im
imoberen
oberenMantel
Mantel
ausgerichtet
ausgerichtetsind.
sind.
Scherwellen-Doppelbrechung
Scherwellen-Doppelbrechung
Anisotrope
Anisotrope Wellenfronten
Wellenfronten
Aus Brietzke, Diplomarbeit
Seismische
Seismische Strahlen
Strahlen
Huygens
HuygensGesetz
Gesetzbesagt,
besagt,dass
dassjeder
jederPunkt
Punktder
derWellenfront
Wellenfront
selbst
selbstals
alsPunktquelle
Punktquelleanzusehen
anzusehenist.
ist.Die
DieTangenten
Tangentendieser
dieser
ausbreitenden
ausbreitendenWellen
Wellenbilden
bildendie
dieWellenfront.
Wellenfront.Strahlen
Strahlensind
sind
Trajektoren
Trajektorensenkrecht
senkrechtzu
zuden
denWellenfronten.
Wellenfronten.
Fermat‘sches
Fermat‘sches Prinzip
Prinzip und
und
Snell‘sches
Snell‘sches Gesetz
Gesetz
Strahlen
Strahlen
Das
DasFermat’sche
Fermat’schePrinzip
Prinzipbeschreibt
beschreibtden
denWeg
Wegeines
einesStrahls.
Strahls.Der
Der
Strahl
Strahlwird
wirdden
denWeg
Wegwählen,
wählen,auf
aufdem
demer
erein
einMinimum
Minimuman
anZeit
Zeit
benötigt.
benötigt.Aus
Ausdem
demFermat’schen
Fermat’schenPrinzip
Prinzipfolgt
folgtdirekt
direktdas
das
Snell’sche
Snell’scheGesetz
Gesetz
sin i 1 sin i 2
=
v1
v2
v1
i1
Snell’sche
Snell’scheGesetz
Gesetz
VV22>>VV11
v2
i2
Reflektion
Reflektion und
und Transmission
Transmission an
an Grenzflächen
Grenzflächen
vertikale
vertikale Einstrahlung
Einstrahlung
Ein
Einwichtiger
wichtigerBegriff
Begrifffür
fürdie
dieseismische
seismischeReflektion
Reflektionist
istdie
die
Impedanz.
Impedanz.Es
Esist
istdas
dasProdukt
Produktder
derDichte
Dichteρρund
undder
derP-WellenP-Wellen(bzw.
(bzw.S-Wellen-)
S-Wellen-)Geschwindigkeit
GeschwindigkeitvvP/S. .Sie
Sieist
istdefiniert
definiertals:
als:
P/S
ZZ==ρρ**vvP
P
Die
DieReflektionReflektion-(Transmission-)
(Transmission-)Koeffizienten
Koeffizienten
am
amÜbergang
Übergangsind
sindgegeben
gegebendurch
durchdas
dasVerhältnis
Verhältnis A
in
von
vonreflektierter
reflektierter(transmittierter)
(transmittierter)zu
zu
einstrahlender
einstrahlenderWellenamplitude.
Wellenamplitude.
R=A
/Ain
R=Arefl
refl/A
in
T=A
/Ain
T=Atrans
trans/A
in
Arefl
Schichtgrenze
Atrans
Reflektion
Reflektion und
und Transmission
Transmission an
an Grenzflächen
Grenzflächen
vertikale
vertikale Einstrahlung
Einstrahlung
Für
Fürnormale
normale(vertikale)
(vertikale)Einstrahlung
Einstrahlungist
ist
der
derReflektionskoeffizient
Reflektionskoeffizientgegeben
gegebenals:
als:
ρ2v2 − ρ1v1 Z2 − Z1
R=
=
ρ2v2 + ρ1v1 Z2 + Z1
der
derTransmissionskoeffizient
Transmissionskoeffizientals:
als:
Ain
Arefl
Atrans
2ρ1v1
2Z1
T=
=
ρ2v2 + ρ1v1 Z2 + Z1
Reflektion
Reflektion und
und Transmission
Transmission an
an Grenzflächen
Grenzflächen
beliebige
beliebige Einstrahlung
Einstrahlung -- Umwandlung
Umwandlung
P-Wellen
P-Wellenkönnen
könnenininS-Wellen
S-Wellenumgewandelt/
umgewandelt/konvertiert
konvertiertwerden,
werden,
und
undumgekehrt.
umgekehrt.Dies
Diesbringt
bringtein
einziemlich
ziemlichkomplexes
komplexesVerhalten
Verhalten
der
derWellenamplituden
Wellenamplitudenund
undWellenformen
Wellenformenan
anÜbergängen
Übergängenmit
mit
sich.
sich.Dieses
DiesesVerhalten
Verhaltenkann
kanndazu
dazubenutzt
benutztwerden
werdendie
die
Eigenschaften
Eigenschaftendes
desMaterielübergangs
Materielübergangszu
zubestimmen.
bestimmen.
incoming P-wave
P
SVr P
r
Reflektionen
Material 1
Interface
Material 2
Transmissionen
P-SV Fall
SVt Pt
SH-Wellenausbreitung
In geschichteten Medien breiten sich SH Wellen
unabhängig von P- und SV-Wellen aus. Polarisation
senkrecht zur Ausbreitungsrichtung und senkrecht zur
Ebene durch Quelle und Empfänger.
SH
SHr
SHt
⎛ Su S d
S = ⎜⎜
⎝ Su S d
Keine Konversion an der Schichtgrenze!
Su S d ⎞
⎟⎟
Su S d ⎠
Streumatrix
Seismogramme
Snapshots
Raum
Zeit
Snapshots
Snapshots und
und Seismogramme:
Seismogramme:
homogenes
homogenes Medium
Medium
Snapshots
Snapshots und
und Seismogramme:
Seismogramme:
Niedriggeschwindigkeitsschicht
Niedriggeschwindigkeitsschicht
Snapshots
Snapshots und
und Seismogramme:
Seismogramme:
Störungszone
Störungszone (Verwerfung)
(Verwerfung)
Snapshots
Snapshots und
und Seismogramme:
Seismogramme:
Punktstreuung
Punktstreuung
Ray Paths in the Earth - Names
PP
SS
small
smallpp
small
smallss
cc
KK
ii
II
diff
diff
PPwaves
waves
SSwaves
waves
depth
depthphases
phases(P)
(P)
depth
depthphases
phases(S)
(S)
Reflection
Reflectionfrom
fromCMB
CMB
wave
waveinside
insidecore
core
Reflection
from
Reflection fromInner
Innercore
coreboundary
boundary
wave
wavethrough
throughinner
innercore
core
diffractions
diffractionsat
atCMB
CMB
Examples:
Examples:
PcP,
PcP,pPcS,
pPcS,SKS,
SKS,PKKKP,
PKKKP,PKiKP,
PKiKP,PKIKP,
PKIKP,sSS,
sSS,pSSS,
pSSS,
sPcS,
sPcS,etc.
etc.
Wavefields in the Earth: SH waves
Red and yellow
color denote
positive and
negative
displacement,
respectively.
Wavefield for
earthquake at
600km depth.
Red and yellow
color denote
positive and
negative
displacement,
respectively.
Wavefield for
earthquake at
600km depth.
Red and yellow
color denote
positive and
negative
displacement,
respectively.
Wavefield for
earthquake at
600km depth.
Red and yellow
color denote
positive and
negative
displacement,
respectively.
Wavefield for
earthquake at
600km depth.
SH waves: seismograms
SH-seismograms
for a source at
600km depth
Wavefields in the Earth: P-SV
waves
Red and yellow color denote positive and negative vertical displacement,
respectively. Left: homogeneous mantle, right: realistic spherically symmetric
model (Preliminary Reference Earth Model, PREM)
Wavefield for explosion at 600km depth.
waves
respectively. Left: homogeneous mantle, right: realistic spherically symmetric
model (Preliminary Reference Earth Model, PREM)
waves
respectively. Left: homogeneous mantle, right: realistic spherically
symmetric model (Preliminary Reference Earth Model, PREM)
Seismische
Seismische Quellen
Quellen
Seismische
SeismischeQuellen:
Quellen:
••
••
••
••
Erzeugen
Erzeugenvon
vongenügend
genügendEnergie
Energieim
imgewünschten
gewünschten
Frequenzband
Frequenzband
Energie
Energiesoll
sollkonzentriert
konzentriertauf
aufeinen
einenbestimmten
bestimmten
Wellentyp
Wellentypsein
sein(P
(Poder
oderS)
S)
Wiederholbare
WiederholbareQuelle
Quelle
Sicher,
Sicher,effizient,
effizient,für
fürdie
dieUmwelt
Umwelterträglich
erträglich
Typische
TypischeQuellen
Quellensind:
sind:
••
••
••
Sprengungen
Sprengungen(z.B
(z.BininBohrlöchern
Bohrlöchernoder
oderininGewässern)
Gewässern)
Vibroseis®
Vibroseis®
Druckluftkanonen
Druckluftkanonen(Marine
(MarineSeismik)
Seismik)
Seismometer
Seismometer
••
Seismometer
Seismometermessen
messendie
diedrei
drei
Komponenten
Komponentender
derBodenbewegung.
Bodenbewegung.
(normalerweise
(normalerweisedie
dieGeschwindigkeiten
Geschwindigkeiten
oder
oderBeschleunigungen
Beschleunigungendes
desBodens).
Bodens).
••
Hydrophone
Hydrophonewerden
werdenininder
dermarinen
marinen
Seismik
benutzt
und
messen
Seismik benutzt und messenDruck.
Druck.
••
OBSs
OBSs(ocean
(oceanbottom
bottomseismometers)
seismometers)sind
sind
oft
oftKombinationen
Kombinationenaus
ausHydrophonen
Hydrophonenund
und
Seismometern
Seismometern(Meeresboden)
(Meeresboden)
Zusammenfassung
Zusammenfassung
••
Seismische
SeismischeWellen
Wellenbreiten
breitensich
sichininder
derErde
Erdeaufgrund
aufgrundder
der
elastischen
elastischenEigenschaften
Eigenschaftendes
desMediums
Mediumsaus.
aus.
••
Für
Fürdie
dieseismische
seismischeExploration
Explorationsind
sinddie
diewichtigsten
wichtigstenWellentypen
Wellentypen
die
diePP-und
undS-Wellen.
S-Wellen.
••
Wellen
Wellenwerden
werdenan
aninternen
internenÜbergängen
Übergängenreflektiert
reflektiertund
und
transmittiert,
transmittiert,Konversion
Konversionvon
vonPPnach
nachSSund
undSSnach
nachPPist
istmöglich.
möglich.
In
Ingeschichteten
geschichtetenMedien
Medienunterscheidet
unterscheidetman
manP-SV
P-SVund
undSH-Fall.
SH-Fall.
••
Seismische
SeismischeWellengeschwindigkeiten
Wellengeschwindigkeitensind
sindwichtig
wichtigzur
zur
Bestimmung
Bestimmungvon
vonGesteinsarten
Gesteinsartenund
undVariationen
Variationender
derLithologie
Lithologie
••
Wellengeschwindigkeiten
Wellengeschwindigkeitensind
sindbeeinflusst
beeinflusstdurch
durchDichte,
Dichte,
Gesteinsart,
Gesteinsart,Porosität,
Porosität,Poreninhalt,
Poreninhalt,anisotrope
anisotropeStrukturen
Strukturen
••
Seismische
SeismischeWellen
Wellenverlieren
verlierenEnergie
Energiedurch
durchgeometrische
geometrische
Divergenz,
Absorption
und
Streuung
Divergenz, Absorption und Streuung

seismische welle

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