ALBERT

Description: In den letzten Jahren hat die Technik, die bei geophysikalischen Messungen eingesetzt wird, einen enormen Entwicklungsschub genommen. Hochempfindliche und -spezialisierte Meß- und Registrierapparaturen erhöhen die Genauigkeit der aus der Erde empfangenen Signale und ermöglichen damit das Vordringen in immer tiefere Bereiche der Erdkruste. Während das technische Equipment dem Prozeß einer ständigen Weiterentwicklung unterliegt, ist die Interpretation der gewonnenen Daten jedoch zumeist noch ein manuelles Problem. Zwar bedienen sich heute die Geowissenschaften, insbesondere die datenintensiven Bereiche wie Seismik, Gravimetrie, Magnetik usw., bereits hochentwickelter Computer zur Bearbeitung und Auswertung der Meßergebnisse; um den geophysikalisch-geologischen Interpretationsprozeß jedoch in eine neue Qualität zu überführen, muß die ihm zugrundeliegende Methodik grundlegend überdacht und erweitert werden. Da die konventionelle Datenauswertung im allgemeinen symbolisches Wissen nicht verarbeiten kann, während der Interpretation jedoch zum überwiegenden Teil mit solchem gearbeitet wird, ist es unumgänglich, neben den konventionellen Verfahren auch die wissensbasierte Methodik, die diesen Mangel beheben kann, einzubinden. Die Einbindung symbolischen Wissens bedeutet eine gründliche Analyse des abzubildenden Prozesses, der ihm zugrundeliegenden Prinzipien, Faktoren und Abläufe. In der vorliegenden Arbeit, die sich mit der Abbildung der manuellen Interpretationsmethodik in einem wissensbasierten System befaßt, nimmt dieser Analyseprozeß aufgrund seiner Komplexität und enormen Wichtigkeit einen breiten Raum ein. Kapitel 2 der Arbeit befaßt sich zunächst einleitend mit der Verknüpfung von Geowissenschaften und Informatik. Es gibt einen Überblick über die wissensbasierte Methodik und ordnet den geophysikalisch-geologischen Interpretationsprozeß in die Problematik der Wissensverarbeitung ein. Das übliche Interpretationsverfahren, seine Mängel und Schwachstellen werden im dritten Kapitel kurz erläutert. Die “Abstraktion des Interpretationsprozesses” setzt sich daran anschließend mit der Arbeitsweise des interpretierenden Wissenschaftlers auseinander und definiert somit den Funktionsumfang des zu entwickelnden Systems. Die wissensbasierte Methodik ist vielfältig; um die für die Interpretation geeigneten Ansätze auswählen zu können, faßt das Kapitel in den weiteren Ausführungen die allgemein üblichen Verfahren zusammen. Aus der Fülle der Methoden im zuvorliegenden Abschnitt werden nun die für die Geo-Interpretation geeigneten Verfahren ausgewählt (Kap. 5) und zu einem Interpretationssystem kombiniert. Das Kapitel begründet die Methodenauswahl und gibt einen Überblick über die interne Arbeitsweise des Prototypen, seine Funktionalität und seine Handhabung. Während der beschriebene Modellansatz das Werkzeug zur Interpretation darstellt, setzt sich das letzte und wesentlichste Kapitel (Kap.6) mit der Wissensformalisierung für die Geo-Interpretation auseinander Es beschreibt die Vorgehensweise und die Probleme bei der Entwicklung der Wissensbasis und führt eine detaillierte Untersuchung der einzubindenden Wissensgebiete und ihrer Parameter durch. Die Methodik wird anhand eines seismischen Profilabschnittes getestet und die Ergebnisse abschließend diskutiert. Alle Bestandteile des Prototypen wurden eigenständig entwickelt und programmiert. Das in Kapitel 5 beschriebene Werkzeug ist weitestgehend allgemein gehalten, so daß es nach Austausch der Wissensbasis auch für andere Bereiche nutzbar ist.

Description: In the last years, the technique which is used for geophysical measurements has developed enormously. Highly sensitive and specialized measuring and registration equipment increases the accuracy of the signals received from the earth thereby enabling a penetration into ever deeper areas of the earth's crust. While the technical equipment is subject to the process of constant advancement, the interpretation of the data, however, is mostly still a manual problem. Today the geosciences (in particular data-intensive areas such as seismology, gravimetry, magnetics) already use highly developed computers for the handling and analysis of measurement results; however in order to better the geophysical-geological interpretation process, its underlying methodology must be fundamentally revised and extended. Since conventional data evaluation cannot process generally symbolic knowledge which is mostly used during the interpretation process, it is absolutely necessary to use knowledge-based methodology in addition to the conventional procedures to eliminate this shortcoming. The integration of symbolic knowledge means a thorough analysis of the process which is to be modelled, its underlying principles, factors, and operational sequence. In the work presented here, which discusses the transfer of manual interpretation methodology into a knowledge-based system, the process of analysis takes much room due to its complexity and enormous importance. The introductory chapter 2 of the work describes the linkage of geosciences and computer science. This section gives an overview of the knowledge-based methodology and regards the geophysical-geological interpretation process under the criteria of knowledge processing. The usual interpretation procedure, its shortcomings and weak points are described briefly in the third section. Subsequently, the section "Abstraktion des Interpretationsprozesses" examines the methodology of the interpreting scientist and defines so the function range of the system which is to be developed. Knowledge-based methodology is multi-faceted; in order to be able to select the methods suitable for the interpretation, this section further summarizes the most important knowledge-based procedures. From the abundance of methods described in the past section, the procedures suitable for the geointerpretation are selected (chapter 5) and combined to form an interpretation system. This section justifies the method of selection and gives an overview of the internal structure of the prototype, its functionality and its use. While the described basic approach represents the tool for interpretation, the last and most substantial section (chapter 6) regards knowledge formalisation for geointerpretation. This section describes the methodology and the problems during the development of the knowledge base and analyzes thoroughly the fields of knowledge which are to be integrated and their parameters. Methodology is tested with a part of a seismic profile; and finally the results are discussed. All modules of the prototype were developed and programmed by myself. The tool described in chapter 5 is as far as possible general, so that it can also be used in other areas – after the exchange of the knowledge base.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Die mit der Drehwaage gemessenen Ableitungen des Schwerepotentials, insbesondere der Horizontalgradient und die Krümmungsgröße, begründeten ganz wesentlich den kommerziellen Erfolg der Geophysik bei der Suche nach Kohlenwasserstoffen. Die Bedeutung der Drehwaage - und damit die Weiterentwicklung der Auswertemethodik - nahm jedoch mit der weiten Verbreitung von Gravimetern seit etwa 1950 immer mehr ab. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Frage, mit welchen Methoden die Berechnung von Schwerewerten aus Drehwaagemessungen am besten gelingt und verfolgt den Ansatz, eine Synthese aus klassischen Verfahren mit computergestützten numerischen Methoden herzustellen. Bei Lösung dieser Aufgabe dienen die Horizontalgradienten Wxz und Wyz als Eingangsparameter, während die Krümmungsgrößen Wxy und Wyy-xx keine Verwendung finden. Die verschiedenen Methoden werden dazu zunächst an einem synthetischen Modell und später mit Drehwaagedaten von BEB Erdgas und Erdöl GmbH (Hannover) getestet. Dazu sind insgesamt 39 Meßtischblätter im Gebiet Soltau bzw. Wathlingen (Norddeutschland) mit 35000 Drehwaagemessungen digitalisiert worden. Das Verfahren von Haalck liefert trotz seines simplifizierten Ansatzes eine recht gute Übereinstimmung zwischen der aus den Gradienten berechneten Schwere und der Modellschwere (etwa 0.4 x 10-5 ms-2), reagiert jedoch sehr empfindlich auf Datenfehler, die sich in ausgeprägten Verbiegungen der Isolinien der Schwere äußern. Durch nachträgliche Glättung läßt sich jedoch eine Verbesserung erzielen. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die Abhängigkeit des Ergebnisses von der vorher durchzuführenden Interpolation der Gradienten auf ein regelmäßiges Gitter und die methodenbedingte Mittelwertbildung zweier unabhängig voneinander berechneten Schwerefelder. Diese Nachteile lassen vermeiden, wenn die Berechnung der Schwere aus den Horizontalgradienten als Ausgleichungsproblem formuliert wird, bei dem die vorherige Interpolation der Horizontalgradienten auf ein Gitter entfallen kann und eine gewisse Filterung von Fehlern in den Daten implizit durchgeführt wird. Die hiermit erreichbaren Genauigkeiten betragen bis zu 0.1 x 10-5 ms-2 und liegen in der Größenordnung der Genauigkeit einer Schweremessung. Eine noch flexiblere Berechnungsmethode bietet die Methode der kleinsten Quadrate, bei der sowohl „Rauschen“ in den Daten als auch die gleichzeitige Berücksichtigung von Horizontalgradienten und Schwerewerten möglich wäre. Die hiermit erreichte Genauigkeit beträgt etwa 0.5 x 10-5 ms-2. Die berechneten Schwerewerte lassen einfach sich in bestehende Datensätze integrieren, um Datenlücken zu füllen bzw. die Stationsdichte zu verdichten. In einem vier Meßtischblätter umfassenden Gebiet (Salzstock Wathlingen) konnte auf diese Weise für Teilgebiete eine verbesserte, detailreichere Schwerekarte generiert werden. Eine unmittelbare Verwendung der Horizontalgradienten - ohne vorherige Umrechnung in Schwerewerte - erlaubt die Modellierung von Dichte und Geometrie eines dreidimensionalen Untergrundmodells. Das aus der Modellierung über- und untertägiger Schweremessungen entstandene Dichtemodell des Salzstocks von Wathlingen zeigt auch eine prinzipielle Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Horizontalgradienten. Geringfügige Abweichungen sind durch Vernachlässigung von Strukturen in Oberfiächennähe zu erklären. Deren Berücksichtigung und die damit verbundene Modellierung der Horizontalgradienten könnte jedoch eine Verbesserung des bestehenden Modells erbringen.

Description: Torsion balance measurements of derivatives of gravitational potential - especially horizontal gradient and curvature - were a significant factor in the commercial success of exploration geophysics in detecting hydrocarbons. However, with the widespread use of gravimeters since about 1950, there has been a continuous decrease in the importance of the torsion balance and hence in the improvement of methods of analysis. This study aims to establish which are the best methods of determining gravity values from torsion balance measurements. Its approach is to synthesize classical procedures with computer-based numerical methods, taking horizontal gradients Wxz and Wyz as input parameters, but not using the curvature values Wxy and Wyy - xx . The various methods were first tested in a synthetic model and again using torsion balance data supplied by BEB Erdgas and Erdöl GmbH (Hanover). A total of 39 topographical maps (1:25,000) of the Soltau and Wathlingen areas (northern Germany) were digitzed with 35,000 torsion balance measurements. Despite its simplified approach, the Haalck procedure yields a good agreement between theoretical gravity and gravity calculated from gradients (about 0.4 x 10-5 ms-2 ); however it shows a highly sensitive response to data errors, expressed in pronounced deformations of the gravity contour lines. This can be improved by subsequent smoothing. The disadvantage of this procedure is that results depend on prior interpolation of the gradients to a regular grid and taking the mean of two independently calculated gravity fields. These disadvantages may be avoided by formulating the gravity calculation from the horizontal gradients as a least squares adjustment problem, leaving out the prior interpolation of the horizontal gradients to a grid and implicitly filtering errors in the data. Accuracies of 0.1 x 10-5 ms-2 may be obtained in this way and are in the order of magnitude of gravity measurement accuracy. A more flexible method of calculation is the method of least squares collocation by which both "noise” in the data and simultaneous allowance for horizontal gradients and gravity values are possible. Here the accuracy is about 0.5 x 10-5 ms-2. The computed gravity values can be readily integrated in existing datasets in order to fill data gaps or enhance station density. In the case of an area covered by four topographical maps (the Wathlingen salt dome) this method allowed us to create an improved, more detailed gravity map for specific sub-areas. The direct use of horizontal gradients - without prior conversion into gravity values - allows the modeling of density and geometry of a three-dimensional subsurface model. The density model of the Wathlingen salt dome generated by the modeling of surface and subsurface gravity measurements also shows a basic agreement between measured and computed horizontal gradients. Slight deviations are due to the disregard of near-surface structures. However, their inclusion and the simultaneous modeling of horizontal gradients could improve the existing model.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Diese Arbeit beruht auf der Nachbebenserie des Antofagasta-Bebens vom 30.07.1995. Die Nachbebenserie wurde während des CINCA ’95 Projektes in einer Zusammenarbeit zwischen den Instituten der Freien Universität Berlin und des GFZ Potsdam, im Rahmen des Sonderforschungsbereich 267, der BGR (Hannover), und des GEOMAR (Kiel) gemessen. Dazu wurde ein Netzwerk aus 50 Stationen on- und offshore im Zeitraum zwischen dem 10.08.1995 und dem 11.10.1995 betrieben. Das Netzwerk überdeckte insgesamt 310 km (22°10'S - 25°S) in Nord-Süd und 185 km (71°10'W - 69°20'W) in Ost- West-Richtung. Aus den gepickten P-und S-Einsätzen der Beben wurde mit dem Programm simulpsl2 ein 3D Geschwindigkeitsmodell berechnet. Das Modell zeigt Strukturen, die bereits früher mit aktiver Seismik gemessen wurden. So konnte entlang der Küste eine Hochgeschwindigkeitszone (vP ≈ 7.0 km/s) in 20 km, und eine Niedriggeschwindigkeitszone (vP ≈ 6.25 km/s) in 30 km Tiefe gemessen werden. Die Hochgeschwindigkeitszone wird als jurassische Unterkruste, die postjurassisch gehoben wurde, interpretiert. Im unteren Bereich kann die Hochgeschwindigkeitszone auch aus teilserpentinisierten jurassischen Mantelgestein bestehen. Als Interpretation für die Niedriggeschwindigkeitszone wird hydraulic fracturing favorisiert. Die Niedriggeschwindigkeitszone ist nicht durchgehend vorhanden. Bei 24°S befindet sich stattdessen ein Block hoher Geschwindigkeiten, der im oberen Bereich mit der Hochgeschwindigkeitszone verbunden ist. Der ozeanische Mantel konnte zwar in den Inversionen modelliert werden, jedoch war hier die Durchstrahlung nicht hinreichend, um genauere Angaben über seine Geschwindigkeit, oder seine Oberkante zu erhalten. Auch die oberen Bereiche der kontinentalen Kruste konnten nur unzureichend aufgelöst werden, da sich die Strahlen hier kaum kreuzten. Zusammen mit dem vP-Geschwindigkeitsmodell wurde auch das vP/vS- Verhältnis berechnet. Dabei konnte die Hochgeschwindigkeitszone mit einem vP/vS- Verhältnis von 1.76 - 1.81 korreliert werden. Die Niedriggeschwindigkeitszone kann mit einem vP/vS- Verhältnis von 1.67 - 1.76 korreliert werden. Mit dem 3D-Modell konnten fast alle Beben mit einer besseren Tiefengenauigkeit als 1 km lokalisiert werden. Der Hauptteil der Beben befindet sich in einem schmalen Bereich zwischen kontinentaler und ozeanischer Platte. Jedoch wurden auch einige krustale Beben detektiert. Desweiteren konnten einige Beben im ozeanischen Mantel gemessen werden. Die Bereiche, in denen das Modell gut bzw. schlecht bestimmt ist, wurden durch einen Vergleich verschiedener Modelle klassifiziert. Bei dieser Methode wurden Modelle mit verschiedenen Knotenebenen berechnet. Bereiche, in denen sich diese Modelle stark unterschieden, wurden über die Geometrische Spreizung als „schlecht aufgelöst“ klassifiziert. Weiterhin wurde die Wirkung verrauschter Daten auf die Inversion betrachtet, um den Einfluß ungenauer Picks auf das Modell zu erhalten. Zusätzlich wurden die Magnituden-Häufigkeits-Parameter für die Bebengebiete in ≈ 40 km, ≈ 100 km, sowie ≈ 200 km aus Daten verschiedener Kataloge berechnet. Es zeigte sich, daß die Beben in 100 km Tiefe nicht durch einen einzigen Magnituden-Häufigkeits-Gradienten („b-Wert“) beschreibbar sind. Dazu wurde vorgeschlagen, daß sich die tektonische Spannung hier aufbaut, und bei einer Magnitude von etwa 5.6 entlädt. Für die Beben in etwa 40 km Tiefe wurde weiterhin die zeitliche Änderung der Magnituden-Häufigkeits-Parameter zwischen 1973 und 1998 untersucht. Dabei konnte zum einen ein Trend von kleinen zu großen b- Werten zwischen 1977 und 1983 festgestellt werden. Für die nachfolgenden Jahre, bis 1995, wichen die Magnituden-Häufigkeits-Kurven fast immer so stark von einer Geraden ab, daß die Parameter nicht berechnet werden konnten. Als problematisch erwies sich die Umrechnung der Parameter zwischen den Lokalmagnituden (CINCA ’95) und den Raumwellenmagnituden (PDE-Katalog). Hier reichten die Beben, die in beiden Katalogen verzeichnet sind nicht aus, um eine Regressionsgerade zu erstellen. In Anbetracht dieser Problematik wurde in der Arbeit auch eine Methode formuliert, die Magnituden mittels der Magnituden-Häufigkeits-Parameter ineinander umzurechnen.

Description: This work is based on aftershock series of the Antofagasta event (30.07.1995). The aftershocks were recorded within the project CINCA ’95, as a collaboration between the Freie Universität Berlin and the GFZ Potsdam (within the frame of the collaborative research center 267), the BGR (Hannover) and the Geomar (Kiel). The seismological part of CINCA ’95 was performed with a network of 50 stations (on- and offshore) 10.08.95 and 11.10.95. The itself network covered an area of 310 km (22°10'S – 25°S) by 185 km (71°10'W – 69°20'W). A 3D velocity model has been obtained with the use of the program simulpsl2 from the P- and S-onsets of the events. Several structures which were known from previous active seismic experiments were resolved by the 3D model: a high velocity zone (vP ≈ 7.0 km/s) at a depth of 20 km and a low velocity zone ( vP ≈ 6.25 km/s) at a depth of 30 km. Generally, the high velocity zone is corellated to a vP/vS-ratio of 1.76 - 1.81, whereas he low velocity zone is corellated to a vP/vS-ratio of 1.67 - 1.76. The high velocity zone was explained as jurassic lower crust which was elevated in post Jurassic times. In its lower parts the high velocity zone possibly consists of former mantle material which was partly serpentinized. The low velocity zone was interpreted as material which is modified by upwelling fluids (hydraulic fracturing). In the southern part of the model (24°S) the low velocity zone is absent. In this region a block of high velocities was found which is connected to the high velocity zone. The oceanic mantle was computed within the 2D inversion step. However, the ray density was not adequate to gain sufficient information from the 3D inversion about the seismic velocity or the upper edge of the oceanic mantle. The upper regions of the continental crust were not sufficiently resolved as well. The majority of earthquakes was localized with a precision higher than 1 km. Most earthquakes were found in a small region between the continental and the oceanic plate. However, several crustal events were detected in the continental plate. Moreover, several events were detected within the oceanic mantle. A comparison of models obtained from different inversions was used to classify the quality of the regions of the model. This method included the computation of models with varying grids. Regions where the seismic velocities varied strongly with respect to the different models were classified as “low resolved“. From this classification a threshold value of the geometrical spread was determined. The influence of inexact picks on the model was investigated by inversions with noisy data. Additionally, the magnitude - frequency parameters were computed for earthquakes at ≈ 40 km, ~ 100 km and ≈ 200 km depth. As a single straight line is not adequate to describe the magnitude - frequency distribution in ≈ 100 km depth, it was proposed that the tectonic stress in this region rarely exceeds values which generate earthquakes with a magnitude of roughly 5.6. For the region of ≈ 40 km depth the temporal (1973 to 1998) variation of the magnitude - frequency parameters was investigated. It was found that the b-values increase between 1977 and 1983. In subsequent times the magnitude - frequency distribution can not be described by a straight line. The large quantity of events which were recorded within CINCA ’95 lead to accurate magnitude - frequency parameters. However, only a few events were listed in both, the PDE and the CINCA catalogue. Thus, the local - magnitudes (CINCA) could not be transformed sufficiently to body wave magnitudes by the use of regression. A formula was derived which transforms the magnitudes if all events belong to the same set of magnitude frequency parameters.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zur Gezeitenforschung im allgemeinen, und zur Überprüfung von Meeresgezeitenmodellen in Südskandinavien im speziellen dar. Die relativ gut bekannten Krusten- Mantelstrukturen im Bereich Dänemarks ermöglichen die Interpretation von beobachteten ozeanischen Auflasteffekten, hinsichtlich der Beurteilung verschiedener Meeresgezeitenmodelle. Mit zwei ASKANIA Gravimetern und einem LaCoste & Romberg Erdgezeitengravimeter wurden Gezeitenregistrierungen an sieben verschiedenen Orten in Dänemark durchgeführt. Der Auflasteffekt für die Hauptpartialtide M2 liegt zwischen 0.75 μgal und 1.40 μgal, sowie 52° und 87°, wobei die größten Amplituden in Südwest - Jütland beobachtet wurden. Der Effekt klingt nach Norden und Osten, mit zunehmender Entfernung von der Deutschen Bucht ab. Neben der Gezeitenanalyse wurden die Registrierungen auf nicht lineare Einflüsse des Wattgebietes und auf Effekte von windfeld verursachten Auflasten untersucht. In den küstennahen Stationen Varde und Møgeltdnder lassen sind keine signifikanten "höheren Harmonischen" der Hauptgezeitenwellen nachweisen. Allerdings kann der spektrale Nachweis eines periodischen Signals (3 Stunden, 15 Minuten) in der Registrierung aus Møgeltdnder erbracht werden. Für drei Sturmfluten mit extremen Wasserständen wurden die Einflüsse auf die Gravimeterregistrierungen untersucht. Mit der Einschränkung, daß die Gerätedrift nicht genau genug bekannt ist, lassen sich größere Driftgradienten ca. einen Tag vor und einen Tag nach den maximalen Wasserständen feststellen. Die theoretischen Auflasteffekte wurden nach dem Algorithmus von FARRELL (1972) berechnet. Vor den Modellrechnungen wurde untersucht, in welchem Maße die Ergebnisse von der Wahl des Erdmodells und der Modellierung der regionalen und lokalen Geologie abhängen. Der Einfluß des Erdmodells ebenso wie der Krusten- Mantelstruktur auf den theoretischen Auflasteffekt ist mit ca. 5 % äußerst gering. Für die Überprüfung der Meeresgezeitenmodelle wurden theoretische Auflasteffekte mit den Modellen von Schwiderski, Mathisen, Flather und des Deutschen Hydrographischen Instituts (DHI) berechnet und mit den beobachteten Auflasteffekten verglichen. Es zeigt sich, daß bei der Verknüpfung, Modifikation und Erweiterung von Meeresgezeitenmodellen die Konservierung der modellierten Wassermasse eine wesentliche Rolle spielt. Der regionalen Fragestellung entsprechend wurde die Massenkonservierung der adaptierten Meeresgezeitenmodelle als Normierung auf Schwiderski’s Modell der Nordsee realisiert. Dies bewirkt eine deutlich bessere Übereinstimmung von modelliertem und beobachtetem Auflasteffekt. Die Modellrechnungen bestätigen vor allem das vom DHI verwendete Meeresgezeitenmodell für die Deutsche Bucht. Eine Modellerweiterung für den Skagerrak, Kattegat, Beltsee und südliche Ostsee, sowie eine Verfeinerung der Gridstruktur an der Nordseeküste erhöhen zusätzlich die Korrelation von theoretischem und beobachtetem Auflasteffekt. Dieses Meeresgezeitenmodell ist in Kapitel 6.4.6 beschrieben und im Anhang (Kapitel 13.6) in dem von Schwiderski verwendeten Format wiedergegeben und kann für Auflastberechnungen in Südskandinavien, auch hinsichtlich der Korrektur geodätischer Messungen, herangezogen werden. Bei der Interpretation der Ergebnisse wurde versucht, Hinweise über die Richtung möglicher Verbesserungen der Meeresgezeitenmodelle der Deutschen Bucht und der östlichen Nordsee heraus zuarbeiten. Hierbei ist einerseits die Methode zur Ausgleichung von Restvektordifferenzen zwischen den Stationen eingesetzt worden, andererseits wurden ca. 150 Modellrechnungen mit schrittweise modifizierten Amplituden und Phasen der Meeresgezeitenmodelle für die genannten Meeresgebiete gerechnet. Die Ausgleichung führt bei unveränderten Phasen der Modelle zu einer Vergrößerung der Amplituden in der Deutschen Bucht und einer Amplitudenverminderung in der östlichen Nordsee. Die Summe der Restvektordifferenzen zwischen den Stationen wird dabei von 0.5 pgal auf 0.2 pgal reduziert. Die systematische Variation der Amplituden und Phasen der Meeresgezeitenmodelle der Deutschen Bucht, der östlichen Nordsee und des Nordsee Küstenbereichs ergibt eine Verringerung der mittleren Restvektoramplitude von 0.22 μgal auf 0.15 μgal bei größeren Phasen der Modelle (Östliche Nordsee und Schelfgebiet +20°, Deutsche Bucht +10°) und einer Verringerung der Modellamplituden (östliche Nordsee -5 cm, Schelf -20 cm und Deutsche Bucht -10 cm). Diese Resultate können als Randbedingungen für ozeanographische Überlegungen zur Verbesserung der Meeresgezeitenmodelle genutzt werden.

Description: This work is a contribution to general tidal research and specially to the investigation of ocean tide models in the area of South Scandinavia. The relatively well known crust - mantel structures in the region of Denmark enable the interpretation of observed ocean load effects with regard to view of different ocean tide models. Earth tide measurements were carried out with two ASKANIA gravimeters and one LaCoste & Romberg Earth tide gravimeter at seven different stations in Denmark. The load effect of the main tidal wave M2 is between 0.75 μgal and 1.40 μgal, with 52° to 87° phase; highest amplitudes were observed in Southwest Jutland. The effect is decreasing to north and east with larger distance to the German Bight. In addition to the Earth tide analysis, the recordings were investigated with regard to non-linear influences, due to tidal water level changes in the coastal area, and to loading effects during storms and windfields. For the coastal stations Varde and M0gelt0nder no significant higher harmonicals of the main tidal waves were found. But the spectral investigation of the record at M0gelt0nder shows a periodical signal of 3 hours and 15 minutes. The theoretical load effect was calculated according to the method of FARRELL (1972). Before the model calculations, the influence of the chosen earthmodel and the modelled regional and local geology was investigated. The effect due to changes in the earthmodel or to the structure of the crust to the theoretical load effect is very small with about 5 %. For reviewing the ocean tide models, the theoretical load effects of the models from Schwiderski, Mathisen, Flather and the German Hydrographical Institute (DHI) were calculated and compared with the observed load effects. It was shown that for the adaption, modification and extension of ocean tide models, the conservation of water, moved by tides, playes a decisive role. Corresponding to the regional question the massconservation of the adapted ocean tide models were realized as normalisation to Schwiderski’s model for the North Sea. This produces an increased agreement of the theoretical and the observed load effect. The model calculations confirm especially the ocean tide model of the DHI. The extension of the model for the Skagerrak, Kattegat, Belt Sea and South Baltic Sea and the refined gridstructure of the North Sea coast leads to further improvement of correlation between theoretical and observed load effects. This model is described in chapter 6.4.6 and reproduced in the appendix (chapter 13.6) in the format applied by Schwiderski. The ocean tide model can be used for load calculations in South Scandinavia and for correction of geodetical precise measuremants. The interpretation of the results was carried out in order to find out the requirements of possible improvements for the ocean tide model (M2) of the German Bight and the East North Sea. On the one side the method for the adjustment of the rest vectors between the stations was used, on the other side 150 model calculations were carried out by varying the amplitudes and phases of the ocean tide models for the mentioned sea areas. The adjustement leads with constant model phases to increased amplitudes in the German Bight and decreased amplitudes in the East North Sea. The sum of the restvector differences between the stations was reduced from 0.5 μgal to 0.2 μgal. But the systematical variation of the amplitudes and phases for the ocean tide models of the German Bight, the East North Sea and the coastal area at the North Sea leads to a reduced mean restvector amplitude from 0.22 pgal to 0.15 pgal with increased model phases (East North Sea and Shelf Area +20°, German Bight +10°) and decreased amplitudes (East North Sea -5 cm, Shelf Area -20 cm and German Bight -10 cm). These results can be used as boundary conditions of oceanographical considerations for the improvement of ocean tide models.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Im Vulkanfeld der Westeifel wurden 11 weitere Maare geomagnetisch vermessen. Hochwertige magnetische Störfelder deuten auf zusedimentierte oder wieder freierodierte Schlackenkegel in den ehemaligen Kraterböden der Maare hin (finale Schlackenförderung). Wenn keine Schlackenkegel oder keine Intrusionen in den Maardiafremen auftrefen, dann weisen junge, mit mächtigen Kratersedimenten aufgefüllte Maare niedrige Störfelder mit schwachen Randgradienten auf. Etwas ältere Maare, bei denen ein Großteil der gering magnetisierten Kratersedimente bereits erodiert ist, zeigen höhere magnetische Anomalien mit hohen Randgradienfen und deutlichen Randminima.

Description: Abstract: 11 maars of the Westeifel volcanic field were surveyed geomagnetically. High magnetic anomalies indicate the existence of scoria cones covered by Sediment or already revealed by erosion, within the former crater bottoms of the maars (final scoria production). If scoria cones and intrusions are absent from the maar diatremes then young maars with a thick pile of crater Sediments show small anomalies with low border gradients. Older maars are characterized by high border gradients and significant border minima, because most of the lowly magnetized crater Sediments have already been eroded.

Description: 1. Einleitung 2. Geomagnetische Untersuchungen 2.1. Dürres Maar und Hitsche 2.2. Westliches Booser Maar 2.3. Mosbrucher Maar 2.4. Immerather Risch 2.5. Oberwinkeier Maar 2.6. Eilscheider Maar 2.7. Geeser Maar 2.8. Laach-Maar 2.9. Duppacher Weiher 2.10. Duppacher Maar 3. Synthese Schriften

Description: research

Description: Geophysikalische Sensoren wie Erdgezeitengravimeter und Bohrlochneigungsmesser gehören zu den empfindlichsten mechanischen Meßgeräten, die gebaut werden. Sie zeichnen sich durch große Dynamik bei gleichzeitig extremer Breitbandigkeit aus. Vor allem diesen beiden Aspekten kann bei der konventionellen analogen Registrierung nicht immer Rechnung getragen werden. Deshalb wird mit dieser Arbeit die Einführung eines digitalen Registriersystems für diese Sensoren beschrieben, das moderne Konzepte der digitalen Datenerfassung und -Verarbeitung einsetzt. Bei zwei aktuellen Projekten in Skandinavien werden drei Askania Bohrlochneigungsmesser und ein LaCoste & Romberg Erdgezeitengravimeter betrieben. Bei der Installation in Norwegen geht es mit dem Einsatz von zwei Neigungsmessern um die Registrierung von Auflastsignalen durch einen Stausee und in Finnland soll mit der 3 Komponentenstation das gesamte Spektrum der Krustendynamik von Eigenschwingungen des Erdkörpers bis zu rezenten Deformationen auf gezeichnet werden. Es wird zunächst der Aufbau der Bohrlochneigungsmesser beschrieben und diskutiert, welche Signale in welchem Frequenzbereich gemessen werden können. Für die Vorbereitung dieser Arbeit wurden Modellrechnungen durchgeführt um über das tatsächliche Übertragungsverhalten im Bereich der Eigenperiode des Pendels mit und ohne Fesselung Auskunft zu erhalten. Die Überholung der Bohrlochneigungsmesser mit dem Ersatz des empfindlichen Original Vorverstärkers bilden den Abschluß der Pendelbeschreibung. Die Grundlagen des Meßprinzips der LaCoste & Romberg Gravimeter werden beschrieben und der analoge Eigenschwingungsfilter des Gravimeters untersucht. Für einen breitbandigen Datenkanal stellt sich bei einer Auflösung der Eigenschwingungssignale mit 72dB die Forderung nach einer Gesamtdynamik von 130dB. Bei der Darstellung der Grundlagen der digitalen Datenerfassung wird der Schwerpunkt auf die Beschreibung des Abtasttheorems gelegt und das Prinzip des Oversampling beschrieben. Die Umsetzung dieser Theorie in ein digitales Registriersystem mit einer Dynamik von 130dB bei einer Frequenzauflösung von .02 Hertz und dessen Einsatz im Gelände werden vorgestellt. Dabei wurde eine flexible Lösung gefunden, die sich ohne Probleme als Einkanalstation beim Gravimeter, oder als Mehrkanalsystem mit den Neigungsmessern konfigurieren läßt. Darüber hinaus werden zusätzliche Kanäle für meteorologischen Meßdaten bereitgestellt. Kurze Registrierbeispiele geben einen Eindruck von der Qualität der Rohdaten, und die Berechnung einiger Rauschspektren bestätigt, dass die geforderte Auflösung erreicht werden konnte. Beim Gravimeter konnten im Bereich von 102 bis 104 Sekunden

Description: Geophysical sensors like earth tide gravity meters and borehole tilt meters belong to the group of most sensitive mechanical devices, being available today. Their main features include wide dynamic range and extreme broadband resolution. These aspects are not always taken into consideration when dealing with analogue recording systems. Therefore, this work introduces a digital recording system for the above mentioned sensors which includes the modern concept of data acquisition and data processing. Within the scope of two projects being carried out in Scandinavia, three Askania borehole tilt meters and one LaCoste & Romberg earth tide gravity meter have been put into operation. In Norway two tilt meters are recording the loading signal of a reservoir. In Finland, a three component station is recording the whole spectrum of crusta dynamics, ranging from free mode signals of the earth to active crustal deformation. After the mechanical construction of the tilt meter has been discussed and the expected signal- and frequency range evaluated, model calculations are presented in order to determine the true transfer property of the pendulum around its natural resonance frequency. The introduction of an improved preamplifier stage for the borehole tilt meter then terminates the chapter on tilt meters. In the following the principle of operation of the LaCoste & Romberg gravity meter and the analogue free mode filter are being discussed in detail. For a broadband data stream dissolving the free mode signal at 72dB, the total dynamic range requires 130dB. For a broader understanding the basics of digital data acquisition, the sampling theorem and what is called oversampling are discussed in more detail. Furthermore, a digital recording system with a dynamic range of 130dB (at a frequency resolution of .02Hz) and its performance under field conditions is described. In conclusion, the configuration of the system as single channel station (gravity meter) or multichannel station (tilt meter) is demonstrated. In addition to the already existing data channels other channels are available to include meteorological data. Finally, a few original recordings are presented to demonstrate the quality of the raw data sets. The computation of the noise spectra shows, it was possible to achieve the necessary resolution. The noise amplitudes of the gravity meter at the range of 102 - 104 seconds were less than 2 ngal/√Hz and about 10 ngal/√Hz for the pendula.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen

Description: Mit Hilfe geomagnetischer Messungen in Kesseltälern im Vulkanfeld der Westeifel konnten 15 bisher weitgehend unbekannte Maare nachgewiesen werden. Der Vergleich mit magnetischen Anomalien von acht jungen Maaren (mit Kraterseen) aus dem Vulkanfeld der Westeifel sowie mit der Anomalie des 1977 entstandenen Ukinrek-Ost- Maares (Alaska) ergab, daß hochwertige magnetische Störfelder auf zusedimentierte Schlackenkegel in den ehemaligen Kraterböden bzw. auf Randintrusionen im Schlot hinweisen. Danach sind fast die Hälfte der untersuchten Maare nicht rein phreatomagmatisch entstanden, sondern weisen während den Eruptionen oder am Ende der Eruptionstätigkeit „normal" entgasenden Magmenaufstieg auf.

Description: Abstract: In the volcanic area of the Westeifel the results of geomagnetic surveys within local crater-shaped enlargements of valleys prove the existence of 15 maars which have been unknown so far. Taking into account the magnetic anomalies of eight young Westeifelian maars (with crater lakes) and the anomaly of Eastern Ukinrek Maar, which was formed in 1977, it can be inferred that strong magnetic anomalies are associated with sediment- covered scoria cones on the former crater bottom and/or with marginal intrusions within the diatremes. This leads to the conclusion that almost half of the investigated maars do not have a solely phreatomagmatic origin, but exhibit normally' degassing rising magma during the eruptions or during the final stages of eruption activity.

Description: Inhalt 1. Einleitung 2. Geomagnetische Untersuchungen 2.1. Neu erfaßte Maare 2.1.1. Schönfelder Maar 2.1.2. Dehner Maar 2.1.3. Merscheider Maar 2.1.4. Aueler Maar 2.1.5. Rother Maar 2.1.6. Maar am Römerhof 2.1.7. Kirchweiler Maar 2.1.8. Brücker Maar 2.1.9. In der Boos. 2.1.10. Steinborner Maar 2.1.11. Wallenborner Maar 2.1.12. Oberstadtfelder Maar 2.1.13. Niederstadtfelder Maar 2.1.15. Wispelter Maar 2.2. Maare mit Kraterseen 2.2.1. Meerfelder Maar 2.2.2. Pulvermaar 2.2.3. Ulmener Maar 2.2.4. Dauner Maare 2.2.5. Holzmaar 2.2.6. Immerather Maar 2.3. Ukinrek-Ost-Maar (Alaska) 3. Synthese Schrifte

Description: research

Description: Fennoskandien ist seit jeher ein Gebiet, auf das sich die geowissenschaftlichen Interessen konzentrierten. Ein Grund dafür ist die seit langem bekannte Landhebung von ca. 10 mm pro Jahr im Zentrum, das im nördlichen Teil des Bottnischen Meerbusens liegt. Neben den seismischen Untersuchungen der Struktur der Lithosphäre wird seit 1966 mit Hilfe der Präzisionsgravimetrie entlang der sog. Landhebungslinien versucht, durch wiederholte Schweremessungen den Effekt der Landhebung zu erfassen und dadurch, neben den Präzisionsnivellements, auch Hinweise auf den Mechanismus zu erhalten. Parallel dazu wurden an vielen Orten gravimetrische Gezeitenbeobachtungen durchgeführt, um realistische Gezeitenparameter für die Korrektur der Präzisionsgravimetrie zu ermitteln. Dabei stellte sich heraus, daß im Bereich der norwegischen Küste eine starke Anomalie der Parameter von bis zu 35% in der Amplitude und mehr als 20° in der Phase festzustellen ist, die man auf die Wirkung der ozeanischen Auf lastgezeiten zurückführen kann. Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit den gravimetrischen Gezeitenregistrierungen entlang der Geotraverse "Blaue Straße". Dieses Profil beginnt an der norwegischen Küste in der Nähe des Polarkreises und läuft mit etwa 125° in südöstlicher Richtung bis an den Finnischen Meerbusen nahe der sowjetischen Grenze. Die Besonderheit der Stationsauswahl liegt in der Verdichtung der Meßorte im Bereich der Küste: Hierdurch ist es möglich, das Abklingen des Effektes der ozeanischen Auflast zu erfassen. Dies erlaubt gezielte Mode 11 Untersuchungen zur Überprüfung von lokalen Meeresgezeitenmodellen mit einer unabhängigen Methode: Neben den elastischen Eigenschaften der Lithosphäre, insbesondere der Tiefe der Krusten-/Mantelgrenze gehen lediglich die Verteilung der Amplituden und Phasen der Meeresgezeit in die Rechnung ein, nicht aber die Parameter und die Randbedingungen, die zu ihrer Modellierung benötigt werden. Durch die Verdichtung der Stationen im Küstenbereich können auch Aufschlüsse über die Struktur der Lithosphäre, vor allem die Moho - Tiefe, gewonnen werden. Es standen für die Messungen in den Jahren 1980 bis 1983 fünf Gravimeter zur Verfügung, mit denen insgesamt sieben Stationen vermessen wurden. Die Registrierzeiträume lagen zwischen 10 und 26 Monaten. Im Folgenden werden die bisherigen geowissenschaftlichen Befunde für Fennoskandien und für das Pof il "Blaue Staße" im Besonderen zusammengefaßt, die Methoden der Auflastberechnung diskutiert und die Problematik der Modellierung der Meeresgezeiten dargestellt. Die Messungen schließen intensive experimentelle Arbeiten wie auch Überlegungen zur Datenbearbeitung und Analyse ein. Besonderer Wert war dabei auf die Kalibrierung der Gravimeter zu legen, die im Berliner Gezeitenobservatorium (Insulaner) erfolgte. Die Interpretation der Residuen der Welle M2 hinsichtlich der Auf lastgezeiten ergab schließlich, daß die Schelfgezeiten bei der Modellierung in der Phase um 15 bis 20° verzögert werden müßten, um der Beobachtung zu entsprechen. Hierdurch wird natürlich das Meeresgezeitenmodell nicht korrigiert, die gefundenen Abweichungen sind aber ein Hinweis für die Berechnung der Modelle. Überdies ergab sich eine besonders gute Übereinstimmung für eine flache Kruste. Dies steht im Einklang mit seismischen Ergebnissen aus dem Küstenbereich und bestätigt das Fehlen einer Gebirgswurzel unter den Kaledoniden. Auch für das Residuum der Welle 01 wird eine Inkonsistenz mit dem Meeresgezeitenmodell festgestellt, die sich hier allerdings nicht aus der Modellierung der Schelfgezeiten erklären läßt: Die Amplituden von 01 liegen bei 3 bis 5 cm. Die lokale Wirkung ist demnach gegenüber M2 (80 bis 100 cm) zu klein. Für die Korrekturen der Präzisionsschweremessungen komplettiert dieses Profil das bereits vorhandene Stationsnetz und ermöglicht die flächenhafe Interpolation. Daraus lassen sich dann später unter Hinzuziehung der anderen Hauptwellen realistische Gezeitenkorrekturen für alle Stationen ermitteln.

Description: Fennoscandia has always been an area of special interest for geoscientists. One reason for that ist certainly the well known land uplift of about 10mm/yr in its center, which is located in the northern part of the Gulf of Bothnia. Besides the seismic research of the structure of the Lithosphere since 1966 precise gravity surveys are carried out along the so called land uplift lines. By repetition of these measurements it is hoped to monitor the effect of land uplift, and to get indications of its mechanism. In addition tidal gravity observations were carried out at many places to achieve realistic tidal parameters for the correction of the precise gravity surveys. It was found that esp. adjacent to the sea there is a strong anomaly of the parameters of up to 35% in amplitude and more than 20° in phase. This can be allocated to the effect of the ocean tides. The present work deals with the tidal gravity measurements along the geotraverse 'Blue Road'. This profile starts at the Norwegian coast close to the polar circle running about 125° south-east till the Gulf of Finland, close to the Sowjet border. The speciality of the choice of the station locations is in their concentration near the coast. By these means it is possible to monitor the decrease of the effect of the ocean loading. This enables the check of local ocean tide models by an independent method: In addition to the elastic properties of the Lithosphere, esp. the depth of the crust/mantle boundary, only the distribution of the calculated ocean tidal amplitudes and phases are included into the calculations; the parameters and boundary conditions necessary for the calculation of these models are not used. By concentration of the stations near the coast also hints on the structure of the Lithosphere, esp. the depth of the Moho can be achieved. The measurements were carried out during a period from 1980 to 1983, and five gravimeters were available to measure at seven stations. The recording intervals were between 10 and 23 months each. In the following the geoscientif ic findings obtained up to now for Fennoscandia are put together, in detail for the 'Blue Road' profile. The methods of loading calculations and the problem of modelling the ocean tides are reviewed. The preparations of the measurements include intense experimental work as well as efforts in data treatment and analysis. Special care was necessary for the calibration of the gravimeters which was performed at the Tidal Observatory Berlin (Insulaner). The interpretation of the tidal residuals of the constituent M2 resulted in the fact, that the shelf tides should be retarded by 15 to 20° to fit the observations. Of course, this is no way to correct the tidal chart, but it provides boundary conditions for the calculation of these models. In addition, the best fit was achieved assuming a fairly thin crust in the coastal area. This corresponds to seismic results and confirms the lack of a mountain root below the Caledonides. For the residual of 01 the interpretation showed a significant restvector, too. But here it is not possible to use the shelf area for an explanation: In contrary to M2 (amplitudes of up to 100 cm) the 01 amplitudes of the shelf tides are only in the order of 3 to 5 cm, which is too small. These profile measurements complete the Fennoscandian net of tidal results. This enables the spatial interpolation of the values and, by addition of the other main tidal constituents, it will be possible to derive realistic tidal corections for the repeated precise gravity surveys.

Description: thesis

Description: DFG, SUB Göttingen