Polarisationsanalyse refraktionsseismischer Daten vom Vulkan Merapi, Indonesien

Im Rahmen des indonesisch-deutschen Forschungsprojektes MERAPI ist am Hochrisikovulkan Merapi, Java/Indonesien, mittels eines Aktiven Seismischen Experiments (ASE) dessen Untergrundstruktur untersucht worden. Dieses Experiment nutzt künstliche, genau wiederholbare seismische Quellen und radial zum Gipfel verlaufende Profile, die aus Dreikomponenten-Seismometern aufgebaut sind. Ziel dieser Arbeit ist es, die Vektoreigenschaften des aufgezeichneten Wellenfeldes zu analysieren, ausgewählte Polarisationsparameter in einem Mehrkomponentenfilter zur Hervorhebung späterer Einsätze zu nutzen und diese zu interpretieren. Weitgehend konzentriert sich die Arbeit auf die Daten eines Profils im Süden des Merapi. Das Prozessing der Vertikalkomponente dieses Profils beinhaltet die Stapelung der Einzelschüsse, die Frequenzanalyse im Vergleich mit natürlichen Signalen und die Berechnung des Frequenz-Wellenzahl-Spektrums (FK-Spektrums). Mit einem FK-Filter können sich vorwärts und rückwärts ausbreitende Wellenfelder teilweise getrennt werden. Die Polarisationsanalyse liefert für den Ersteinsatz einen hohen Grad linearer Polarisation, während vor allem die stark ausgeprägten Coda-Wellen ein eher diffuses Bild zeigen. Die Polarisationsrichtung ist ein Parameter, der spätere, reflektierte Einsätze gegenüber dem übrigen Wellenfeld unterscheidet. Der aus einem Maß für den Grad linearer Polarisation und der Polarisationsrichtung aufgebaute Filter hebt auf den quellnahen Profilen bis 4 km Entfernung neben dem Ersteinsatz die vorhandenen späteren Einsätze deutlich hervor. Die Anwendung des Polarisationsfilters auf Daten der Durchschallung eines größeren Teils des Vulkans (bis etwa 7.5 km) verstärkt den Ersteinsatz und ermöglicht damit die verbesserte Auswertung der Laufzeiten. Sogar auf diesem Profil zeigen sich noch reflektierte Einsätze. Die Reflexionen lassen sich mit einem einfachen strahlentheoretischen 2D-Modell erklären, und es zeigt sich, daß sie durch offene Kluftzonen hervorgerufen werden.

Within the Indonesian-German research project MERAPI the subsurface structure of the high risk volcano Mt. Merapi, Java/Indonesia, is investigated with an Active Seismic Experiment (ASE). This experiment uses artificial sources with a high repitition accuracy and seismometer lines arranged radially with respect to the summit. Only three component seismometers are included in the spread. The objective of this thesis is to analyze the vector properties of the recorded wave field, to make use of selected polarisation parameters in a multicomponent digital filter and to interpret the resulting travel time curves. The thesis mainly focusses on the data of one seismic profile in the south of Mt. Merapi. The processing of the vertical component of that profile includes the stacking of single shots, the frequency analysis with a comparison of artificial and volcanic signals, and the calculation of the frequency-wavenumber spectrum (f-k spectrum). A f-k filter can partly separate waves propagating forward and backwards. The polarisation analysis yields a high degree of linear polarisation for the first arrival, while the strong coda waves show diffuse results. The direction of polarisation is found out to be a parameter distinguishing later, reflected onsets from the remaining wave field. The polarisation filter combines a measure of rectilinearity and the direction of polarisation, and it emphasizes later onsets of reflected waves at profiles with an offset up to 4 km. The application of the filter to data of one far offset profile (up to about 7.5 km) amplifies the first onset and enables an improved evaluation of the travel times. Also at this profile reflected waves become visible. The reflections can be explained with a simple two dimensional model based on the ray theory, and it is shown that they are caused by open fracture zones.