@phdthesis{Platz2018,
  author    = {Platz, Anna},
  title     = {Novel pre-stack data confinement and selection for magnetotelluric data processing and its application to data of the Eastern Karoo Basin, South Africa},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-415087},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xx, 1131},
  year      = {2018},
  abstract  = {Magnetotellurics (MT) is a geophysical method that is able to image the electrical conductivity structure of the subsurface by recording time series of natural electromagnetic (EM) field variations. During the data processing these time series are divided into small segments and for each segment spectral values are computed which are typically averaged in a statistical manner to obtain MT transfer functions. Unfortunately, the presence of man-made EM noise sources often deteriorates a significant amount of the recorded time series resulting in disturbed transfer functions. Many advanced processing techniques, e.g. robust statistics, pre-stack data selection or remote reference, have been developed to tackle this problem. The first two techniques reduce the amount of outliers and noise in the data whereas the latter approach removes noise by using data from another MT station. However, especially in populated regions the data processing is still quite challenging even with these approaches. In this thesis, I present two novel pre-stack data confinement and selection criteria for the detection of outliers and noise affected data based on (i) a distance measure of each data segment with regard to the entire sample distribution and (ii) the evaluation of the magnetic polarisation direction of all segments. The first criterion is able to remove data points that scatter around the desired MT distribution and furthermore it can, under some circumstances, even reject complete data cluster originating from noise sources. The second criterion eliminates data points caused by a strongly polarised magnetic signal. Both criteria have been successfully applied to many stations with different noise contaminations showing that they can significantly improve the transfer function estimation. The novel criteria were used to evaluate a MT data set from the Eastern Karoo Basin in South Africa. The corresponding field experiment is part of an extensive research programme to collect information of the current e.g. geological setting in this region prior to a potential shale gas exploitation. The aim was to investigate whether a three-dimensional (3D) inversion of the newly measured data fosters a more realistic mapping of physical properties of the target horizon. For this purpose, a comprehensive 3D model was derived by using all available data. In a second step, I analysed parameters of the target horizon, e.g. its conductivity, that are proxies for physical properties such as thermal maturity and porosity.},
  language  = {en}
}
@article{StankiewiczMunozRitteretal.2011,
  author    = {Stankiewicz, Jacek and Munoz, G. and Ritter, Oliver and Bedrosian, Paul A. and Ryberg, Trond and Weckmann, Ute and Weber, Michael H.},
  title     = {Shallow lithological structure across the Dead Sea Transform derived from geophysical experiments},
  series = {Geochemistry, geophysics, geosystems},
  volume    = {12},
  journal   = {Geochemistry, geophysics, geosystems},
  number    = {3-4},
  publisher = {American Geophysical Union},
  address   = {Washington},
  issn      = {1525-2027},
  doi       = {10.1029/2011GC003678},
  pages     = {15},
  year      = {2011},
  abstract  = {In the framework of the DEad SEa Rift Transect (DESERT) project a 150 km magnetotelluric profile consisting of 154 sites was carried out across the Dead Sea Transform. The resistivity model presented shows conductive structures in the western section of the study area terminating abruptly at the Arava Fault. For a more detailed analysis we performed a joint interpretation of the resistivity model with a P wave velocity model from a partially coincident seismic experiment. The technique used is a statistical correlation of resistivity and velocity values in parameter space. Regions of high probability of a coexisting pair of values for the two parameters are mapped back into the spatial domain, illustrating the geographical location of lithological classes. In this study, four regions of enhanced probability have been identified, and are remapped as four lithological classes. This technique confirms the Arava Fault marks the boundary of a highly conductive lithological class down to a depth of similar to 3 km. That the fault acts as an impermeable barrier to fluid flow is unusual for large fault zone, which often exhibit a fault zone characterized by high conductivity and low seismic velocity. At greater depths it is possible to resolve the Precambrian basement into two classes characterized by vastly different resistivity values but similar seismic velocities. The boundary between these classes is approximately coincident with the Al Quweira Fault, with higher resistivities observed east of the fault. This is interpreted as evidence for the original deformation along the DST originally taking place at the Al Quweira Fault, before being shifted to the Arava Fault.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kuetter2015,
  author    = {K{\"u}tter, Sissy},
  title     = {Magnetotelluric measurements across the southern Barberton Greenstone Belt, South Africa},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-83198},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {xix, 156},
  year      = {2015},
  abstract  = {Der Barberton Gr{\"u}nsteing{\"u}rtel (BGB) in S{\"u}dafrika geh{\"o}rt zu den wenigen Regionen mit noch gut erhaltener Archaischer Kruste. Seit Jahrhunderten wurde der BGB eingehend untersucht und seine geologischen und tektonischen Strukturen detailliert kartiert. {\"U}ber die tiefere Struktur des BGB ist hingegen wenig bekannt. Zahlreiche Evolutionsmodelle, die auf Altersbestimmungsdaten und strukturellen Informationen beruhen wurden {\"u}ber die Jahre aufgestellt. Diese Theorien sind zumeist widerspr{\"u}chlich. Sie konzentrieren sich im Wesentlichen auf die Frage, ob plattentektonische Prozesse bereits bei der Entwicklung der fr{\"u}hen Erde eine Rolle spielten oder ob vertikale Tektonik, angetrieben durch die im Archaikum h{\"o}heren Temperaturen, die Bildung der heutigen Kontinente bestimmt hat. Um neue Erkenntnisse {\"u}ber die interne Struktur und Entwicklungsgeschichte des BGB zu erhalten, wurden im Rahmen der Deutsch-S{\"u}dafrikanischen Forschungsinitiative Inkaba yeAfrica magnetotellurische (MT) Messungen durchgef{\"u}hrt. Entlang von sechs Profilen, die den gesamten s{\"u}dlichen Teil des BGB's {\"u}berdecken, wurden nahezu 200 MT-Stationen installiert. Tektonische Strukturen wie z. B. (fossile) Verwerfungszonen k{\"o}nnen erh{\"o}hte Leitf{\"a}higigkeiten haben, wenn sich leitf{\"a}hige Mineralisationen innerhalb der Scherzonen gebildet haben. Durch die Abbildung der elektrischen Leitf{\"a}higkeitsverteilung des Untergrundes mit Hilfe von MT Messungen kann der Verlauf tektonischer Strukturen nachvollzogen werden, woraus Schl{\"u}sse {\"u}ber m{\"o}glicherweise abgelaufene tektonische Prozesse gezogen werden k{\"o}nnen. Der gesamte MT Datensatz weist starke St{\"o}reinfl{\"u}sse durch k{\"u}nstliche elektromagnetische Signale auf, die bspw. von Stromleitungen und elektrischen Z{\"a}unen stammen. Insbesondere langperiodische Daten (>1 s) sind davon betroffen, die f{\"u}r die Aufl{\"o}sung tieferer Strukturen notwendig sind. Die Anwendung etablierter Ans{\"a}tze wie Verschiebungsfiltern und der Remote Reference-Methode, f{\"u}hrte zu Verbesserungen vorrangig f{\"u}r Perioden < 1 s. Der langperiodische Bereich ist durch impulsartige St{\"o}rsignale in den magnetischen und dazugeh{\"o}rigen Stufen in den elektrischen Feldkomponenten gepr{\"a}gt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuartiger Zeitbereichs-Filter entwickelt, welcher auf einer abgewandelten Form des Wiener Filters beruht und diese Art von St{\"o}rsignalen aus den Daten entfernt. Durch den Vergleich der Datenvarianz einer lokalen Station mit der einer Referenzstation k{\"o}nnen gest{\"o}rte Zeitsegmente identifiziert werden. Anschließend wird ein Wiener-Filter-Algorithmus angewendet, um f{\"u}r diese Segmente mithilfe der Referenzdaten physikalisch sinnvolle Zeitreihen zu berechnen, mit denen die Daten der lokalen Station ersetzt werden. W{\"a}hrend impulsartige St{\"o}rsignale in den magnetischen Datenkan{\"a}len relativ einfach erfasst werden k{\"o}nnen, ist die Detektion von Vers{\"a}tzen in den elektrischen Zeitreihen je nach Versatzh{\"o}he problematischer. Um dieses Problem zu umgehen, habe ich einen Algorithmus entwickelt, bei dem die Zeitreihen differenziert, gefiltert und im letzten Schritt integriert werden. In einer zweiten von mir entwickelten Filtermethode werden die St{\"o}rsignale durch den Vergleich des kurzzeitigen und des langzeitigen Datenmittelwerts ausfindig gemacht. Bei diesem Filter werden die St{\"o}rsignale aus den Zeitreihen entfernt und durch eine lineare Interpolation ersetzt. Durch die beiden Filtermethoden wurde eine deutliche Verbesserung der Datenqualit{\"a}t bis zu 10 und teilweise 100 s erreicht. Zur Interpretation des MT-Datensatzes wurden 2D und 3D Inversionen durchgef{\"u}hrt. Die so erhaltenen elektrischen Leitf{\"a}higkeitsmodelle zeigen eine gute {\"U}bereinstimmung mit den kartierten, geologischen Strukturen. Die Gesteine des BGB weisen in den Modellen hohe Widerst{\"a}nde auf und sind deutlich von leitf{\"a}higen benachbarten geologischen Strukturen abgegrenzt. Verwerfungszonen korrelieren mit leitf{\"a}higen Strukturen, die sich bis in eine Tiefe von 5 bis 10 km erstrecken. Eine Fortsetzung der Verwerfungszonen {\"u}ber die s{\"u}dliche Grenze des BGB wird in den 2D-Ergebnissen angedeutet. Insgesamt zeigen die Inversionsmodelle, dass vermutlich sowohl plattentektonische als auch vertikaltektonische Prozesse bei der Entstehung des BGB eine wichtige Rolle spielten.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Maercklin2004,
  author    = {Maercklin, Nils},
  title     = {Seismic structure of the Arava Fault, Dead Sea Transform},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0001469},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2004},
  abstract  = {Ein transversales St{\"o}rungssystem im Nahen Osten, die Dead Sea Transform (DST), trennt die Arabische Platte von der Sinai-Mikroplatte und erstreckt sich von S{\"u}den nach Norden vom Extensionsgebiet im Roten Meer {\"u}ber das Tote Meer bis zur Taurus-Zagros Kollisionszone. Die sinistrale DST bildete sich im Mioz{\"a}n vor etwa 17 Ma und steht mit dem Aufbrechen des Afro-Arabischen Kontinents in Verbindung. Das Untersuchungsgebiet liegt im Arava Tal zwischen Totem und Rotem Meer, mittig {\"u}ber der Arava St{\"o}rung (Arava Fault, AF), die hier den Hauptast der DST bildet. Eine Reihe seismischer Experimente, aufgebaut aus k{\"u}nstlichen Quellen, linearen Profilen {\"u}ber die St{\"o}rung und entsprechend entworfenen Empf{\"a}nger-Arrays, zeigt die Untergrundstruktur in der Umgebung der AF und der Verwerfungszone selbst bis in eine Tiefe von 3-4 km. Ein tomographisch bestimmtes Modell der seismischen Geschwindigkeiten von P-Wellen zeigt einen starken Kontrast nahe der AF mit niedrigeren Geschwindigkeiten auf der westlichen Seite als im Osten. Scherwellen lokaler Erdbeben liefern ein mittleres P-zu-S Geschwindigkeitsverh{\"a}ltnis und es gibt Anzeichen f{\"u}r {\"A}nderungen {\"u}ber die St{\"o}rung hinweg. Hoch aufgel{\"o}ste tomographische Geschwindigkeitsmodelle best{\"a}tigen der Verlauf der AF und stimmen gut mit der Oberfl{\"a}chengeologie {\"u}berein. Modelle des elektrischen Widerstands aus magnetotellurischen Messungen im selben Gebiet zeigen eine leitf{\"a}hige Schicht westlich der AF, schlecht leitendes Material {\"o}stlich davon und einen starken Kontrast nahe der AF, die den Fluss von Fluiden von einer Seite zur anderen zu verhindern scheint. Die Korrelation seismischer Geschwindigkeiten und elektrischer Widerst{\"a}nde erlaubt eine Charakterisierung verschiedener Lithologien im Untergrund aus deren physikalischen Eigenschaften. Die westliche Seite l{\"a}sst sich durch eine geschichtete Struktur beschreiben, wogegen die {\"o}stliche Seite eher einheitlich erscheint. Die senkrechte Grenze zwischen den westlichen Einheiten und der {\"o}stlichen scheint gegen{\"u}ber der Oberfl{\"a}chenauspr{\"a}gung der AF nach Osten verschoben zu sein. Eine Modellierung von seismischen Reflexionen an einer St{\"o}rung deutet an, dass die Grenze zwischen niedrigen und hohen Geschwindigkeiten eher scharf ist, sich aber durch eine raue Oberfl{\"a}che auf der L{\"a}ngenskala einiger hundert Meter auszeichnen kann, was die Streuung seismischer Wellen beg{\"u}nstigte. Das verwendete Abbildungsverfahren (Migrationsverfahren) f{\"u}r seismische Streuk{\"o}rper basiert auf Array Beamforming und der Koh{\"a}renzanalyse P-zu-P gestreuter seismischer Phasen. Eine sorgf{\"a}ltige Bestimmung der Aufl{\"o}sung sichert zuverl{\"a}ssige Abbildungsergebnisse. Die niedrigen Geschwindigkeiten im Westen entsprechen der jungen sediment{\"a}ren F{\"u}llung im Arava Tal, und die hohen Geschwindigkeiten stehen mit den dortigen pr{\"a}kambrischen Magmatiten in Verbindung. Eine 7 km lange Zone seismischer Streuung (Reflektor) ist gegen{\"u}ber der an der Oberfl{\"a}che sichtbaren AF um 1 km nach Osten verschoben und l{\"a}sst sich im Tiefenbereich von 1 km bis 4 km abbilden. Dieser Reflektor markiert die Grenze zwischen zwei lithologischen Bl{\"o}cken, die vermutlich wegen des horizontalen Versatzes entlang der DST nebeneinander zu liegen kamen. Diese Interpretation als lithologische Grenze wird durch die gemeinsame Auswertung der seismischen und magnetotellurischen Modelle gest{\"u}tzt. Die Grenze ist m{\"o}glicherweise ein Ast der AF, der versetzt gegen{\"u}ber des heutigen, aktiven Asts verl{\"a}uft. Der Gesamtversatz der DST k{\"o}nnte r{\"a}umlich und zeitlich auf diese beiden {\"A}ste und m{\"o}glicherweise auch auf andere St{\"o}rungen in dem Gebiet verteilt sein.},
  language  = {en}
}