02 Fakultät Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
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Item Open Access Entwicklung und Validierung eines neuen Verfahrens zur Kartierung seismisch aktiver Verwerfungen durch Kurzzeit-Kleinstbebenmessungen(2009) Häge, Martin; Joswig, Manfred (Prof. Dr. rer. nat.)Erdbeben stellen neben Vulkanausbrüchen eine der bedeutendsten und zugleich zerstörerischsten Naturkatastrophen geologischen Ursprungs dar. Dabei sind die Erdbeben meist an Schwächezonen, sogenannten Verwerfungszonen gebunden. Die Kenntnis über den räumlichen Verlauf dieser Verwerfungszonen ist für die Erstellung von seismischen Gefährdungskarten sowie zum besseren Verständnis von seismotektonischen Prozessen von essentieller Bedeutung. Heutzutage wird die auftretende Seismizität routinemäßig von Erdbebenobservatorien registriert. Jedoch ist aufgrund der Detektionsschwellen dieser Netzwerke von ca. ML > 2.0 ein Beobachtungszeitraum von einigen Jahren bis Jahrhunderten notwendig, um eine Kartierung von Verwerfungszonen durchführen zu können. Die Herausforderung und das Ziel der vorliegenden Arbeit waren, innerhalb einer wenigen Tage dauernden Messkampagne so viele Kleinstbeben (ML < 0.0) zu detektieren und zu lokalisieren, um daraus Aussagen über die lokale Seismizität und den Verlauf von Verwerfungszonen ableiten zu können. Dies ist jedoch nur dann möglich, wenn zum einen Kleinstbeben überhaupt existieren und zum anderen eine entsprechend hohe Detektions- und Messempfindlichkeit erreicht wird. Hierfür wurde ein neues Verfahren für Kampagnenplanung und für die Bestimmung des räumlichen Verlaufs einer Verwerfungszone durch eine realitätsnahe Lokalisierung entwickelt und mittels exemplarischen Feldmessungen validiert. Es nutzt die Methode des Nanoseismic Monitorings, welche ursprünglich für Zwecke der internationalen Rüstungskontrolle zur Unterstützung der On-Site-Inspections der Preparatory Commission for the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization mit Sitz in Wien entwickelt wurde. Das Ziel dabei ist die Detektion und Lokalisierung von Nachbeben potentieller unterirdischer Kernexplosionen bis zu der politisch vorgegebenen Vollständigkeitsschwelle von ML = -2.0. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Methode erstmals bezüglich der Registrierung natürlicher Seismizität mit dem Ziel der Kartierung von seismisch aktiven Verwerfungen eingesetzt. Die Lokalisierung von Großbeben ist im Allgemeinen unproblematisch, da diese ein hohes Signal-Störverhältnis für eine genaue Phaseneinsatzzeitbestimmung aufweisen sowie von einer großen Anzahl von Stationen registriert werden. Die Herausforderung für die vorliegende Arbeit lag in der Auswertung und der genauen Lokalisierung von Kleinstbeben mit einem Signal-Störverhältnis von nahezu 0 dB. Aus diesem Grund war es notwendig, die in dieser Arbeit gewonnenen Ergebnisse mithilfe von Referenzdaten zu verifizieren. Ferner war zu untersuchen, ob Kleinstbeben an groß angelegte Verwerfungszonen gebunden sind oder z. B. auf Sekundäreffekte wie Setzungserscheinungen zurückzuführen sind. Deshalb war die Einbindung der gemessenen Seismizität in das jeweilige seismotektonische Regime von großer Bedeutung. Um diesen Fragestellungen nach zu gehen, wurden in unterschiedlichen geologisch-seismotektonischen Gebieten Messkampagnen durchgeführt. In der vorliegenden Arbeit werden folgende Feldmessungen ausführlich beschrieben: - zwei mikroseismische Untersuchungen in der Nähe von Bullas und Coy in Südost-Spanien - Registrierung von Nachbeben des Waldkirchbebens vom 05.12.2004 - Überwachung induzierter Seismizität in Basel (Deep Heat Mining-Projekt) - Mikroseismische Untersuchung der Hintergrundseismizität bei Nový Kostel (Tschechische Republik) Für die Datenerfassung wurden bis zu drei Kleinarrays, jeweils bestehend aus vier Seismometern, eingesetzt. Die Vorteile der Benutzung von Kleinarrays sind, im Vergleich zu permanenten oder auch anderen temporären Netzwerken, der geringe logistische Messaufwand, die Portabilität, die Flexibilität und der schnelle Aufbau. Dadurch ließen sich Feldmessungen in abgelegenen Gebieten mit geringer Bodenunruhe durchführen. Um eine Aussage über die räumliche Orientierung der registrierten Erdbeben treffen zu können, wurde ein neues, auf die Ähnlichkeit von Wellenformen basierendes, Verfahren entwickelt. Dies ermöglichte die Bestimmung von einzelnen Clustern. Die Individuen dieser Cluster wurden dann relativ lokalisiert, um die Lokalisierungsgenauigkeit zu erhöhen. Eine Analyse der Magnituden-Häufigkeitsbeziehung zwischen den registrierten Mikrobeben und den lokalen Katalogdaten zeigt bei linearer Näherung eine gute Übereinstimmung in der Anzahl von Ereignissen. Die dabei erreichte Detektionsschwelle liegt, wie den Ergebnissen der Messkampagne im Vogtland bei Nový Kostel zu entnehmen ist, ca. 1 Magnitude unterhalb der des permanenten lokalen Netzwerkes.