Seismologische Verfahren

Seismologische Verfahren nutzen unter anderem Erdbeben zur akkustischen Durchschallung der Erdkruste. Die in der BGR eingesetzten Verfahren gliedern sich in:

• Array-Seismologie
  
  Die Zusammenschaltung mehrerer gleichartiger, nicht zu weit voneinander entfernten seismologischen Messstationen (Seismometer) bezeichnet man als Array. Ein Array ist in der Lage, seismische Signale (Erdbebenwellen) zu peilen, d.h. ähnlich zu einer Antenne die Richtung der ankommenden Wellen zu bestimmen und das natürliche Rauschen, das die Erdbebensignale überlagert, zu reduzieren. Die Eigenschaft der Rauschunterdrückung wird zur Detektion schwacher Signale genutzt, die Richtungsinformation dient der Zuordnung der gemessenen Signale zu den auslösenden seismischen Ereignissen.

• Breitband-Seismologie

  
  Seismische Signale von Erdbeben und anderen natürlichen und künstlichen Quellen können seismische Wellen in einem sehr breiten Frequenzbereich von weniger als einem tausendstel Hz bis ungefähr 100 Hz erzeugen. Seismometer, die in der Lage sind diesen Frequenzbereich aufzuzeichnen, werden als Breitbandseismometer bezeichnet. Unter Breitbandseismologie allgemein versteht man die Erfassung und Nutzung dieser Breitbandsignale für wissenschaftliche Zwecke. Dazu gehört u.a. die Untersuchung der inneren Struktur der Erde, die Bestimmung von seismischen Herdparametern und die Erforschung des Einflusses von externen seismischen Quellen (z.B. atmosphärischen Störungen) auf die feste Erde.
  
  Neben dem Frequenzbereich spielt der Dynamikumfang, d.h. der Bereich der kleinsten bis zur größten messbaren Bodenbewegung eine wesentliche Rolle in der Breitbandseismologie. Bei modernen Breitbandseismometern reicht dieser von ungefähr einem Nanometer bis zu einigen Zentimetern. Mit heute verfügbaren 24 bit Analog-Digitalwandlern kann der für die Breitbandseismologie geforderte Dynamik– und Frequenzbereich kontinuierlich erfasst und in Massenspeichern archiviert werden.

Die Seismologie untersucht Eigenschaften der Beben und der Kruste:

• Herdmechanik

  
  Untersucht wird der Erdbebenherd, d.h. welcher Vorgang hat das Erdbeben ausgelöst. Das einfachste Modell ist die Annahme einer ebenen Bruchfläche, wobei sich die durch die Bruchfläche getrennten Seiten in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Bestimmungsparameter sind dabei die Lage der Fläche und die freigesetzte Energie der Bewegung. Aus der Energie kann die Momenten-Magnitude Mw berechnet werden. Kompliziertere Modelle berücksichtigen Überlagerungen mehrerer solcher Bewegungen und schließen Volumenänderungen (Explosion, Einsturzbeben) mit ein. Moderne Methoden erlauben auch Aussagen über die Größe und Geometrie der Bruchfläche und über Einzelheiten der Verschiebungsbewegung.

• Strukturerkundung

  
  Die Seismologie liefert die wichtigsten Werkzeuge zur Erforschung der inneren Struktur der Erde. Erdbebenwellen, angeregt durch natürliche wie auch künstliche seismische Prozesse, dienen als primäre Datenquelle. Sie breiten sich durch die Erde aus oder laufen entlang der Erdoberfläche und werden auf ihrem Weg durch strukturelle Inhomogenitäten beeinflusst. Werden diese Wellen von möglichst vielen, gleichmäßig über der Erdoberfläche verteilten Seimometern aufgezeichnet, können mittels modernen Methoden der Breitbandseimologie Erkenntnisse über seismische Geschwindigkeiten, Dichte- und Temperaturinhomogenitäten, strukturelle Grenzflächen, anisotrope Bereiche und ganz allgemein Informationen über den inneren Aufbau der Erde gewonnen werden. So ist die Methode der seismischen Tomografie zur Abbildung der inneren Struktur der Erde entfernt vergleichbar mit der Röntgentomografie.

  
  Erschwerend bei der seismischen Tomografie ist aber die ungleichmäßige Verteilung von seismischen Quellen (Erdbeben) und Empfängern (Seismometern). Durch gezielte Großexperimente können diese Nachteile teilweise kompensiert werden.