Inversion von Momententensoren in anisotropen Medien mit Anwendung auf Schwarmereignisse in der Vogtland Region

• Applicant: Professor Dr. Frank Krüger
• Subject Area: Geophysics
• Term: from 2002 to 2007
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5377111

• Final Report Year: 2007

Final Report Abstract

In der Regel treten Erdbeben tektonischen Ursprungs als plötzlichen Scherbruch entlang einer Bruchfläche auf. Daneben werden z.B. in vulkanisch aktiven Gebieten und/oder Schwarmbebengebieten auch Erdbeben mit anscheinend davon abweichenden Merkmalen beobachtet. Erklärt werden diese u.a. durch tensile Erdbeben (Erdbeben mit Öffnungs- oder Schließungen der Bruchfläche) im Zusammenhang mit Porendruckänderungen durch Fluide (Jost und Herrmann* 1989). Tensile Anteile wurden im Vogtland an der deutsch-tschechischen Grenze im Jahr 1997 beobachtet (Horälek et al,, 2000). Standardverfahren zur Bestimmung von Momententensoren zur Beschreibung von Herdvorgängen gehen von isotropen Gesteinseigenschaften aus. Allerdings wird Anisotropie häufig beobachtet. So auch im Vogtland. Daher wurde im Verlauf des Projektes zuerst der Einfluß seismischer Anisotropie auf wahre oder anscheinend auftretende tensile Quellanteile untersucht. Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass das abgestrahlte Wellenfeld eines Erdbebens durch Anisotropie stark beeinflußt wird. Die Untersuchung des Einflusses von Anisotropie auf Momententensoren und die Identifizierung tensiler Anteile von Erdbeben unter Berücksichtigung von Anisotropie war Gegenstand des Projektes. Es zeigen sich Mehrdeutigkeiten bei der Interpretation hinsichtlich tensiler Quellanteile auf Grund von Ähnlichkeiten der Wellenfelder, die durch Scherbrüche und tensile Erdbeben in anisotropen Medium erzeugt werden. Solche Effekte sind von der Bruchorientierung und den elastischen Eigenschaften des Mediums abhänig . Außerdem wird die Stärke des Bebens durch Anisotropie beeinflußt. Beispiele belegen, dass die tensilen Quellanteile der Schwarmbeben 1997 im Vogtland nicht allein durch moderate Anisotropie erklärt werden können (Rößter et al., 2004). Orientierungen von Herdflächen können auch dann genau bestimmt werden, wenn Isotropie statt Anisotropie angenommen und Kompressionswellen verwenden werden. Bei Hinzunahme von Scherwellen können größere Problem auftreten (Rößler et al., 2007b). Die elastischen Eigenschaften in der Umgebung der Quelle können aus akkuraten Momententensoren verschieden orientierter Beben bestimmt werden (Rößler et al, 2007b). Beobachtete Momententensoren induzierter Beben an der kontinentalen Tiefbohrung (KTB) (Jost et al., 1998) wurden mittels eines anisotropen Modells (Rabbel etal, 2004) reinterpretiert. Obwohl diese scheinbar tensile Anteile beeinhalten, können die Beben als Scherbrüche auf verschiedenen Bruchflächen interpretiert werden (Rößler et al, 2007b). Daher sollte Anisotropie berücksichtigt werden, um tensile Erdbeben eindeutig zu identifizieren und zu interpretieren. Mit einem neuen Algorithmus, der dem Rechnung trägt, wird die Slip Inklination (Winkel zwischen Richtungen des Bruchs und der Bruchfläche) zusammen mit dem Momententensor, zur Quantifizierung tensiler Anteile abgeleitet (Rößler et al., 2007a). Das Verfahren wurde erfolgreich auf 112 Schwarmbeben aus dem Vogtland im Jahr 2000 angewandt (Rößler, 2006). Die Magnituden der Beben (ML) variieren zwischen 1.6 und 3.2. Die Herdflächenlösungen sind ähnlich und durch linkslateralen Versatz auf steilen, Nord-Süd orientierten Bruchflächen charakterisiert. Es werden besonders zu Beginn des Schwarms sowie in Tiefen unterhalb 8,4km signifikante tensile Quellanteile beobachtet, die im späteren zeitlichen Verlauf an Bedeutung verlieren. Abgeleitete Orientierungen der Hauptrichtungen des lokalen Spannungsfeldes sind denen früherer Beobachtungen und in Mitteleuropa ähnlich (Wirthetai, 2000; Hinzen, 2003; Pleneßsch und Klinge, 2003). Allerdings werden tiefenabhängige Fallwinkel festgestellt. Diese ändern sich für die Richtung maximaler Kompression graduell, jedoch abrupt bei einer Tiefe von etwa18,4 km von fast horizontal zu steil einfallend für die Richtung maximaler Dilatation. Gemeinsam mit anderen Beobachtungen (Hainzl und Fischer, 2002; Bräuer et al, 2005; Geissler et al, 2005; Hainzl und Ogata, 2005; Parotidis et al, 2005) deuten die Beobachtungen darauf hin, dass die beobachteten tensilen Quellanteile im Zusammenhang mit migrierenden Fluide stehen, die zu Änderungen des Porendrucks führen. Herr D. Rößler wurde 2007 für die erzielten Ergebnisse von der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft mit dem Karl-Zoeppritz-Preis geehrt.

Publications

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• Rößler, D., Rümpker, G., Krüger, F., 2004, Ambiguous moment tensors and radiation patterns in anisotropic media with applications to the modeling of earthquake mechanisms in W-Bohemia, Stud. Geophys. Geod., 48, 233-250. (Siehe online unter: doi:10.1023/B:SGEG.0000015594.11070.21)
  
  
• Rößler, D., Rümpker, G., Krüger, F., 2005, Bestimmung von Herdparametern in anisotropen Medien, DGG Tagung, 21. - 25. Februar, Graz/Österreich
  
  
• Rößler, D., Rümpker, G., Krüger, F., G., PSencik, L, 2005, Retrieval of source mechanisms in anisotropic media, Workshop Meeting on SEISMIC WAVES IN LATERALLY INHOMOGENEOUS MEDIA VI, 20. - 24. Juni, Hruba Skala, Tschechische Republik