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

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Krüger
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2007
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5377111

• Erstellungsjahr: 2007

Zusammenfassung der Projektergebnisse

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.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Mälek, J., Jansky, J., Novotny, O., Rößler, D., 2004, Vertically inhomogeneous models of the upper crustal structure in the west bohemian seismoactive region inferred from the Celebration 2000 refraction data, Stud. Geophys. Geod. 48(4),709-730. (Siehe online unter: doi:10.1023/B:SGEG.0000045478.42945.6a)
  
  
• Mälek, L, Jansky, J., Novotny, O., Rößler, D., 2003, Vertically inhomogeneous models of the upper crust for the seismoactive region of western Bohemia, EGS - AGU - EUG Joint Assembly, 06. - 11. April, Nizza/Frankreich
  
  
• Rößler, D., 2006, Retrieval of Earthquake Source Parameters in Inhomogeneous Anisotropie Media with Application to Swarm Events in West Bohemia in 2000, Band STR06/09 von Scientific Technical Report, GeoForschungsZentrum Potsdam, Potsdam, ISSN 1610-0956. (Siehe online unter: doi:10.2312/GFZ.b!03-06093 ; http://nbnresolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:kobv:bl03-06093 )
  
  
• Rößler, D., Hammer, C, Krüger, F., Rümpker, G., 2005, Quellinversion im Vogtland - Fallstudie, AG Seismologie, 31. Sitzung, 21. - 23. September, Stuttgart
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., PSencfk, L, Rümpker, G., 2007, Retrieval of source parameters of an event of the West Bohemia earthquake swarm in 2000 assuming anisotropy, Stud. Geophys. Geod., 51, 231-254. (Siehe online unter: doi:10.1007/sl 1200-007-0012-9)
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., Rümpker, G., 2004, Effects of seismic anisotropy on moment tensors and their invrsion under isotroic assumptions, ESC Tagung, 13. - 17. September, Potsdam
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., Rümpker, G., 2004, Effekte inhomogener Anisotropie auf die Momententensorinversion mittels isotroper Standardmethoden, DGG-Tagung, 8. -12. März, Berlin
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., Rümpker, G., 2004, Einfluss seismischer Anisotropie auf modellierte und invertierte Momententensorlösungen, Ableitung elastischer Parameter in der Quellregion (Effects of seismic anisotropy on moment tensors and derivation of elastic constants), AG Seismologie, 30. Sitzung, 27. - 29. September, Bochum
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., Rümpker, G., 2005, Quellinversion in anisotropen Medien - Anwendung auf Sehwarmereignisse im Vogtland/W-Böhmen, AG Seismologie, 31. Sitzung, 21. - 23. September, Stuttgart
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., Rümpker, G., 2006, Tensile source components of swarm events in West Bohemia, Central Europe, in 2000 retrieved by considering seismisc anisotropy, First ECEES, 3. - 8. September, Genf, Schweiz
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., Rümpker, G., 2007, Inversion for seismic moment tensors in anisotropic media using standard techniques for isotropic media, Geophys. J. Int., 169, 136-148. (Siehe online unter: doi:10.1111/j.l365-246X.2006.03243.x)
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., Rümpker, G., Ps'enc'ik, L, 2006, Tensile Source Components for Swarm Events in West Bohemia in 2000 Considering Anisotropy, AGU Herbsttagung 11. -15. Dezember, San Francisco/USA
  
  
• Rößler, D., Krüger, F., Rümpker, G., PSencik, L, 2005, Retrieval of Source Parameters in anisotropic Media, EGU Tagung, 25. - 29. April, Wien / Österreich
  
  
• Rößler, D., Ps'enc'ik, L, Krüger, F., Rümpker, G., 2005, Retrieval of source parameters for local earthquakes in anisotropic media, In: Seismic Waves in Complex 3-D Structures, Report 15, Dep. Geophys., Charles Univ., Prague
  
  
• Rößler, D., Rümpker, G-, Krüger, F., 2004, Seismic moment tensors in anisotropic media computed with standard isotropic techniques and anisotr opic elastic source properities, AGU Herbsttagung 13. - 17. Dezember, San FranciscoAJSA
  
  
• Rößler, D., Rümpker, G., Krüger, E, G., Ps'enc'ik, I., 2005, Retrieval of Earthquake Source Parameters in Anisotropic Media - Application to Swarm Events in W-Bohemia, Central Europe, , AGU Herbsttagung 5. - 10. Dezember, San Francisco/USA
  
  
• Rößler, D., Rümpker, G., Krüger, F., 2003, Ambiguous Source Radiation in Anisotropic Media and Consequences for the Interpretation of Earthquake Source Mechanisms, AGU Herbsttagung, 08. -12. Dezember, San FranciscoAJSA
  
  
• Rößler, D., Rümpker, G., Krüger, F., 2003, Mehrdeutige Herdabstrahlungen in anisotropen Medien und Konsequenzen für die Interpretation von Erdbebenmechanismen, AG Seismologie, 29. Sitzung, 17. - 19. September, Fürstenfeldbruch
  
  
• 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