[Zurück]

M. Behm:
"Accuracy and Resolution of a 3D Seismic Model of the Eastern Alps";
Betreuer/in(nen), Begutachter/in(nen): E. Brückl, H. Thybo; INSTITUT FÜR GEODÄSIE UND GEOPHYSIK, 2006.

Die Entwicklung der Ostalpen in den letzten 130 Millionen Jahren sowie ihre Einbettung in ihr großtektonisches Umfeld (Böhmische Masse, Pannonische Region, Südalpen und Dinariden) sind das Ergebnis komplexer Prozesse. In den letzten Jahren wurden in Zentraleuropa unter der Beteiligung von 17 Nationen mehrere seismische Großexperimente zur Erkundung der Erdkruste und des oberen Erdmantels durchgeführt.

Die vorliegende Dissertation widmet sich der Erstellung eines seismischen 3D Modells der östlichen Ostalpen und ihres Umfeldes, abgeleitet aus Daten der eingangs erwähnten seismischen 3-D Weitwinkel - Refraktions- und Reflexionsmessungen (englische Abkürzung: WAR/R). Eine neue Methodik wird angewandt, welche darauf abzielt, das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Analog zur Vorgangsweise in der Explorationsseismik dient dazu als Grundlage die Stapelung im Zeit - Offset - Bereich. Für die Anwendung auf 3D WAR/R - Daten müssen jedoch spezielle Algorithmen für die Stapelung selbst sowie für die anschließende Inversion entwickelt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D - Verfahren verändern sich im Zuge der Stapelung das Wavelet sowie die Beobachtungsgeometrie. Die gestapelten Daten sind daher eine alternative Darstellung des Datensatzes, zusätzlich zu den Original-Seismogrammen und darin interpretierten Laufzeiten.

Die Ergebnisse der Stapeltechnik sind die dreidimensionale Verteilung der P-Wellen-Geschwindigkeit der Kruste, die Geschwindkeitsverteilung im obersten Mantel sowie Darstellungen der Krusten - Mantelgrenze (Moho) im Zeitbereich als Zwei-Weg-Laufzeiten und Delayzeiten. Diese Modelle werden auf ihre Auflösung und Genauigkeit untersucht. Zusätzlich werden zu Vergleichszwecken ähnliche Modelle aus Laufzeiten der Original-Seismogramme generiert.

Die Modelle aus beiden Ansätzen weisen eine gute Übereinstimmung auf. Die Inversion der gestapelten Daten führt zu robusten Modellen und zu höherer Überdeckung. Letztere resultiert aus dem erhöhten Signal-Rausch-Verhältnis sowie einer besseren Ausschöpfung des 3D Datensatzes. Andererseits ist die Genauigkeit und Auflösung der gestapelten Daten geringer, insbesondere in oberflächennahen Schichten. Letztendlich werden die Modelle aus beiden Ansätzen zusammengeführt, um von den Vorteilen beider Methoden zu profitieren.

Das endgültige seismische Modell korreliert mit bekannten tektonischen und geologischen Strukturen, aber weist auch auf etliche neue Merkmale hin. Die Krustengeschwindigkeit variiert stark und erlaubt neue Einblicke in die mittlere und tiefe Kruste. Die Moho-Tiefen im Untersuchungsgebiet bewegen sich zwischen 24 km in der Pannonischen Region und 51 km in den Zentralalpen. Am wichtigsten erscheint jedoch die Feststellung einer Fragmentierung der gesamtem Krusten- und Moho-Struktur im Untersuchungsgebiet in vier Teile. Ein neues Fragment stellt dabei "Pannonia" dar, welches in der Region des östlichen Sloweniens und angrenzender Gebiete auszumachen ist. "Pannonia" könnte eine wesentliche Rolle in der geodynamischen Entwicklung des ostalpinen Raumes zukommen.

The Eastern Alps and their relation to the neighbouring tectonic provinces (Bohemian Massif, Pannonian Domain, Southern Alps/Dinarides) record a complicated orogeny, which started approximately 130 million years ago. Recently, an unprecedented series of large-scale seismic experiments were carried out to provide new insight into the structure of the crust and uppermost mantle of the earth in Central Europe.
This thesis introduces a 3D seismic model for the eastern part of the Eastern Alps and their surroundings based on data from those experiments. A new approach for processing 3D WAR/R data is presented. The method aims to increase the signal to-noise (S/N) ratio and is based on stacking of the seismic traces in the time-offset domain. For the application to 3D WAR/R data new algorithms were implemented for stacking and in particular, for the inversion of these stacked data.
A 3D model of the P-wave velocity of the crust has been calculated by inversion of the stacked data. Further, a velocity map of uppermost mantle and maps of the crust - mantle boundary have been compiled. These models are compared to models derived by traditional 3D inversion methods based on travel times obtained from single-fold traces.
The comparison as well as other analyses show that the models based on stacked data are robust and provide an improved coverage compared to models based on travel times from single-fold traces, but they have a relatively low resolution, particularly near the surface. Models from both approaches are combined in order to benefit from the advantages of both representations of the data.
The results correlate with geological structures and show new prominent features in the Eastern Alps and their surroundings. The velocity distribution in the crust varies significantly. It correlates with tectonic units on different scales and provides new images at mid and lower crustal levels. The Moho depth varies strongly in the range between 24 km in the western Pannonian Domain to 51 km in the central part of the Eastern Alps. The crustal structure in the investigated area appears to be fragmented into four distinctive parts, and the new fragment "Pannonia" is introduced. Its existence may be an important factor for a better understanding of the geodynamic history of the Eastern Alps.

Projektleitung Ewald Brückl:
ALP 2002 - Ein seismisches 3D-Modell der Ostalpen