TY  - THES
A1  - Sayago, Jhosnella
T1  - Late Paleozoic basin analysis of the Loppa High and Finnmark Platform in the Norwegian Barents Sea : integration of seismic attributes and seismic sequence stratigraphy
T1  - Jungpaläozoikum becken analyse der Loppa High und Finnmark Platform in der norwegischen Barentssee : Integration von seismischen Attributen und seismische Sequenzstratigraphie
N2  - The subsurface upper Palaeozoic sedimentary successions of the Loppa High half-graben and the Finnmark platform in the Norwegian Barents Sea (southwest Barents Sea) were investigated using 2D/3D seismic datasets combined with well and core data. These sedimentary successions represent a case of mixed siliciclastic-carbonates depositional systems, which formed during the earliest phase of the Atlantic rifting between Greenland and Norway. During the Carboniferous and Permian the southwest part of the Barents Sea was located along the northern margin of Pangaea, which experienced a northward drift at a speed of ~2–3 mm per year. This gradual shift in the paleolatitudinal position is reflected by changes in regional climatic conditions: from warm-humid in the early Carboniferous, changing to warm-arid in the middle to late Carboniferous and finally to colder conditions in the late Permian. Such changes in paleolatitude and climate have resulted in major changes in the style of sedimentation including variations in the type of carbonate factories. The upper Palaeozoic sedimentary succession is composed of four major depositional units comprising chronologically the Billefjorden Group dominated by siliciclastic deposition in extensional tectonic-controlled wedges, the Gipsdalen Group dominated by warm-water carbonates, stacked buildups and evaporites, the Bjarmeland Group characterized by cool-water carbonates as well as by the presence of buildup networks, and the Tempelfjorden Group characterized by fine-grained sedimentation dominated by biological silica production. In the Loppa High, the integration of a core study with multi-attribute seismic facies classification allowed highlighting the main sedimentary unconformities and mapping the spatial extent of a buried paleokarst terrain. This geological feature is interpreted to have formed during a protracted episode of subaerial exposure occurring between the late Palaeozoic and middle Triassic. Based on seismic sequence stratigraphy analysis the palaeogeography in time and space of the Loppa High basin was furthermore reconstructed and a new and more detailed tectono-sedimentary model for this area was proposed. In the Finnmark platform area, a detailed core analysis of two main exploration wells combined with key 2D seismic sections located along the main depositional profile, allowed the evaluation of depositional scenarios for the two main lithostratigraphic units: the Ørn Formation (Gipsdalen Group) and the Isbjørn Formation (Bjarmeland Group). During the mid-Sakmarian, two major changes were observed between the two formations including (1) the variation in the type of the carbonate factories, which is interpreted to be depth-controlled and (2) the change in platform morphology, which evolved from a distally steepened ramp to a homoclinal ramp. The results of this study may help supporting future reservoirs characterization of the upper Palaeozoic units in the Barents Sea, particularly in the Loppa High half-graben and the Finmmark platform area.
N2  - Die unterirdischen Sedimentabfolgen des oberen Paläozoikums des Loppa High Halbgrabens und der Finnmark-Plattform in der norwegischen Barentssee (südwestliche Barentssee) wurden mit 2D/3D-Seismik Datensätzen untersucht, welche mit Bohrungs-und Kerndaten kombiniert wurde. Diese Sedimentabfolgen stellen einen Fall von gemischten siliziklastischen-karbonatischen Ablagerungssystemen dar, die während der ersten Phase des Atlantiks-Riftings zwischen Grönland und Norwegen gebildet wurden. Während des Karbons und Perms war der südwestliche Teil der Barentssee entlang des Nordrand von Pangäa lokalisiert, der einen Drift nach Norden mit einer Geschwindigkeit von ~ 2-3 mm pro Jahr erlebte. Diese allmähliche Verschiebung in der paläolatitudinalen Position spiegelt sich durch Veränderungen in den regionalen klimatischen Bedingungen wider: von warm-feuchten im frühen Karbon, zu warm-ariden im mittleren bis späten Karbon und schließlich zu gemäßigten-kalten Bedingungen im späten Perm. Solche Änderungen in Paläolatitude und Klima führten zu größeren Veränderungen im Sedimentationsstil, einschließlich Variationen in der Karbonatausfällungsart. Die obere paläozoische Sedimentfolge umfasst vier Hauptablagerungseinheiten, in chronologischer Reihenfolge, die Billefjorden-Gruppe, welche von siliziklastischen Ablagerungen in durch extensionale Tektonik gesteuerten Keilen dominiert wird, die Gipsdalen-Gruppe, die von Warmwasser-Karbonaten, „stacked buildups“ und Evaporiten dominiert wird, die Bjarmeland-Gruppe, von Kaltwasser-Karbonaten als auch durch die Anwesenheit von „buildup-networks“ charakterisiert, und die Tempelfjorden-Gruppe, die durch feinkörnige Sedimentation, dominiert durch biologische Produktion von Kieselsäure, gekennzeichnet. In der Loppa High war es durch die Integration einer Kernstudie mit einer Multi-Attribut Klassifizierung der seismischen Fazien möglich, die wichtigsten sedimentären Diskordanzen hervorzuheben und die räumliche Ausdehnung eines verborgenen Paläokarstsystems zu kartieren. Diese geologische Besonderheit soll sich während einer lang-anhaltenden Episode der subaerischen Exposition gebildet haben, die zwischen dem späten Paläozoikum und mittleren Trias auftrat. Basierend auf der Analyse seismischer Sequenzstratigraphie, wurde die Paläogeographie des Loppa High Beckens im Hinblick auf Zeit und Raum weiterhin umgebaut und eine neue und es wurde ein detaillierteres tektonisch-sedimentäres Modell für diesen Bereich vorgeschlagen. Im Bereich der Finnmark-Plattform konnte durch eine detaillierte Bohrkernanalyse zweier Explorationsbohrungen in Kombination mit seismischen 2D-Schlüssel-Sektionen, die sich entlang des Hauptablagerungsprofils befindet, Ablagerungsszenarien für die beiden wichtigsten lithologischen Einheiten bewertet werden: die Ørn Formation (Gipsdalen Gruppe) und die Isbjørn Formation (Bjarmeland-Gruppe). Im mittleren Sakmarian wurden zwei wichtige Änderungen zwischen den beiden Formationen beobachtet, einschließlich (1) der Veränderung in der Art der Karbotausfällungen, welche als Tiefen-abhängig beschrieben wird, und (2) die Veränderung der Plattformmorphologie, die sich von einer distal steilen Rampe zu einer homoklinalen Rampe entwickelte. Die Ergebnisse dieser Studie können dazu beitragen, zukünftige Reservoir-Charakterisierungen der Einheiten des oberen Paläozoikum in der Barentssee zu unterstützen, vor allem im Loppa High Halbgraben und dem Finmmark Plattformbereich.
KW  - Loppa High
KW  - seismische Sequenzstratigraphie
KW  - seismische Attribute
KW  - Finnmark Platform
KW  - Paläogeographie
KW  - Loppa High
KW  - seismic sequence stratigraphy
KW  - seismic attributes
KW  - Finnmark Platform
KW  - paleogeography
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72576
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TY  - THES
A1  - Schollaen, Karina
T1  - Tracking climate signals in tropical trees
T1  - Klimasignale in tropischen Hölzern
BT  - new insights from Indonesian stable isotope records
BT  - neue Erkenntnisse von stabilen Isotopendaten aus Indonesien
N2  - The tropical warm pool waters surrounding Indonesia are one of the equatorial heat and moisture sources that are considered as a driving force of the global climate system. The climate in Indonesia is dominated by the equatorial monsoon system, and has been linked to El Niño-Southern Oscillation (ENSO) events, which often result in severe droughts or floods over Indonesia with profound societal and economic impacts on the populations living in the world's fourth most populated country. The latest IPCC report states that ENSO will remain the dominant mode in the tropical Pacific with global effects in the 21st century and ENSO-related precipitation extremes will intensify. However, no common agreement exists among climate simulation models for projected change in ENSO and the Australian-Indonesian Monsoon. Exploring high-resolution palaeoclimate archives, like tree rings or varved lake sediments, provide insights into the natural climate variability of the past, and thus helps improving and validating simulations of future climate changes. Centennial tree-ring stable isotope records | Within this doctoral thesis the main goal was to explore the potential of tropical tree rings to record climate signals and to use them as palaeoclimate proxies. In detail, stable carbon (δ13C) and oxygen (δ18O) isotopes were extracted from teak trees in order to establish the first well-replicated centennial (AD 1900-2007) stable isotope records for Java, Indonesia. Furthermore, different climatic variables were tested whether they show significant correlation with tree-ring proxies (ring-width, δ13C, δ18O). Moreover, highly resolved intra-annual oxygen isotope data were established to assess the transfer of the seasonal precipitation signal into the tree rings. Finally, the established oxygen isotope record was used to reveal possible correlations with ENSO events. Methodological achievements | A second goal of this thesis was to assess the applicability of novel techniques which facilitate and optimize high-resolution and high-throughput stable isotope analysis of tree rings. Two different UV-laser-based microscopic dissection systems were evaluated as a novel sampling tool for high-resolution stable isotope analysis. Furthermore, an improved procedure of tree-ring dissection from thin cellulose laths for stable isotope analysis was designed. The most important findings of this thesis are: I) The herein presented novel sampling techniques improve stable isotope analyses for tree-ring studies in terms of precision, efficiency and quality. The UV-laser-based microdissection serve as a valuable tool for sampling plant tissue at ultrahigh-resolution and for unprecedented precision. II) A guideline for a modified method of cellulose extraction from wholewood cross-sections and subsequent tree-ring dissection was established. The novel technique optimizes the stable isotope analysis process in two ways: faster and high-throughput cellulose extraction and precise tree-ring separation at annual to high-resolution scale. III) The centennial tree-ring stable isotope records reveal significant correlation with regional precipitation. High-resolution stable oxygen values, furthermore, allow distinguishing between dry and rainy season rainfall. IV) The δ18O record reveals significant correlation with different ENSO flavors and demonstrates the importance of considering ENSO flavors when interpreting palaeoclimatic data in the tropics. The findings of my dissertation show that seasonally resolved δ18O records from Indonesian teak trees are a valuable proxy for multi-centennial reconstructions of regional precipitation variability (monsoon signals) and large-scale ocean-atmosphere phenomena (ENSO) for the Indo-Pacific region. Furthermore, the novel methodological achievements offer many unexplored avenues for multidisciplinary research in high-resolution palaeoclimatology.
N2  - Die tropischen Gewässer um Indonesien sind eine der äquatorialen Wärme- und Feuchtigkeitsquellen, die als treibende Kraft des globalen Klimasystems betrachtet werden können. Das Klima in Indonesien ist geprägt durch das Australisch-Indonesische Monsunsystem. Weiterhin besteht eine Verknüpfung mit El Niño-Southern Oszillation (ENSO) Ereignissen, die oft zu schweren Dürren oder Überschwemmungen in der Region mit tiefgreifenden gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Folgen führen. Der neueste IPCC-Bericht legt dar, dass ENSO auch in den nächsten 100 Jahren das vorherrschende Klimaphänomen im tropischen Pazifik bleiben wird. Ferner wird davon ausgegangen, dass sich die ENSO-bezogenen Niederschlagsextrema intensivieren werden. Wenig Übereinstimmung herrscht jedoch bislang zwischen den Klimasimulationsmodellen in Bezug auf die voraussichtlichen Veränderungen von ENSO und dem Australisch-Indonesischen Monsunsystem. Hochaufgelöste Paläoklima-Archive, wie z.B. Jahrringe oder warvierte Seesedimente, geben Auskunft über die natürliche Klimavariabilität der Vergangenheit und können somit dazu beitragen, die Computersimulationen der künftigen Klimaentwicklung zu verbessern und zu validieren. Hundertjährige stabile Jahrring-Isotopenchronologien | Das Hauptziel dieser Doktorarbeit war es, dass Potenzial von tropischen Jahrringen zur Aufzeichnung von Klimasignalen herauszustellen und deren Evaluierung als Paläoklimaproxys. Im Detail wurden stabile Kohlenstoff- (δ13C) und Sauerstoff- (δ18O) Isotopenverhältnisse in Teakbäumen analysiert, und die ersten gut replizierten hundertjährigen (AD 1900-2007) stabilen Isotopenchronologien aus Java (Indonesien) erstellt. Dabei wurden verschiedene klimatische Einflussgrößen getestet, ob diese signifikante Korrelationen mit den Jahrringparametern aufzeigen. Weiterhin wurden hochaufgelöste intra-annuelle Sauerstoffisotopenzeitreihen erstellt, um den Transfer des saisonalen Niederschlagssignals in den jeweiligen Jahrring zu bemessen. Die ermittelte Sauerstoff-Isotopenchronologie wurde anschließend auf mögliche ENSO Signale hin untersucht. Methodische Errungenschaften | Ein zweites Ziel dieser Arbeit war es neue Verfahren zur Analyse stabiler Isotope in Baumjahrringen zu entwickeln und zu optimieren. Zwei verschiedene UV-Lasermikrodissektions-Systeme wurden getestet als neues präzises Präparationswerkzeug für stabile Isotopenstudien. Darüber hinaus wurde eine verbesserte Methode für die Probenaufbereitung stabiler Isotopenmessungen anhand von Zellulose-Dünnschnitten entwickelt. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Doktorarbeit sind: I) Die hier vorgestellten neuartigen Techniken zu Probenvorbereitung verbessern die Analyse stabiler Isotope für Jahrringstudien in Hinsicht auf Präzision, Effizienz und Qualität. Es wurde gezeigt, dass die UV-Lasermikrodissektion eine wertvolle Technik ist, um die Beprobung von Pflanzengewebe in höchster Auflösung und beispielloser Präzision durchzuführen. II) Es ist gelungen, einen Leitfaden für ein modifiziertes Verfahren der Zelluloseextraktion an Gesamtholz-Dünnschnitten und der anschließenden Jahrringaufbereitung zu erstellen. Diese neuartige Methode optimiert die Analyse stabiler Isotopenzeitreihen in zweierlei Hinsicht: schnellere und effiziente Zelluloseextraktion und präzise Trennung der Jahrringsequenzen in inter-annueller bis intra-annuelle Auflösung. III) Die hundertjährigen stabilen Jahrring-Isotopenchronologien weisen signifikante Korrelationen mit dem regionalen Niederschlag auf. In den hochaufgelösten stabilen Sauerstoffisotopenwerten spiegelt sich deutlich das Niederschlagssignal der Trocken- und der Regenzeit wieder. IV) Die stabile Sauerstoffisotopenzeitreihe zeigt signifikante Korrelationen mit verschiedenen ENSO Phasen. Dies betont, dass die verschiedenen ENSO Phasen bei der Interpretation von tropischen Paläodaten zu berücksichtigen sind. Die Ergebnisse der Dissertation zeigen, dass saisonal aufgelöste stabile Sauerstoffisotopenchronologien von indonesischen Teakbäumen ein geeigneter Proxy für mehrhundertjährige Rekonstruktionen der regionalen Niederschlagsvariabilität (Monsun-Signale) und großräumiger Ozean-Atmosphären-Systeme (ENSO) für den Indopazifik ist. Darüber hinaus bieten die neuartigen methodischen Errungenschaften viele neue Ansätze für multidisziplinäre hochaufgelöste Studien in der paläoklimatologischen Forschung.
KW  - Stabile Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope
KW  - Dendroklimatologie
KW  - Tectona grandis
KW  - Tropen
KW  - UV-Lasermikrodissektion
KW  - oxygen and carbon stable isotopes
KW  - dendroclimatology
KW  - Tectona grandis
KW  - tropics
KW  - UV-laser microdissection
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71947
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TY  - THES
A1  - Radeff, Giuditta
T1  - Geohistory of the Central Anatolian Plateau southern margin (southern Turkey)
T1  - Die geologische Entwicklung des südlichen zentralsanatolischen Plateaurandes (Süd-Türkei)
N2  - The Adana Basin of southern Turkey, situated at the SE margin of the Central Anatolian Plateau is ideally located to record Neogene topographic and tectonic changes in the easternmost Mediterranean realm. Using industry seismic reflection data we correlate 34 seismic profiles with corresponding exposed units in the Adana Basin. The time-depth conversion of the interpreted seismic profiles allows us to reconstruct the subsidence curve of the Adana Basin and to outline the occurrence of a major increase in both subsidence and sedimentation rates at 5.45 – 5.33 Ma, leading to the deposition of almost 1500 km3 of conglomerates and marls. Our provenance analysis of the conglomerates reveals that most of the sediment is derived from and north of the SE margin of the Central Anatolian Plateau. A comparison of these results with the composition of recent conglomerates and the present drainage basins indicates major changes between late Messinian and present-day source areas. We suggest that these changes in source areas result of uplift and ensuing erosion of the SE margin of the plateau. This hypothesis is supported by the comparison of the Adana Basin subsidence curve with the subsidence curve of the Mut Basin, a mainly Neogene basin located on top of the Central Anatolian Plateau southern margin, showing that the Adana Basin subsidence event is coeval with an uplift episode of the plateau southern margin. The collection of several fault measurements in the Adana region show different deformation styles for the NW and SE margins of the Adana Basin. The weakly seismic NW portion of the basin is characterized by extensional and transtensional structures cutting Neogene deposits, likely accomodating the differential uplift occurring between the basin and the SE margin of the plateau. We interpret the tectonic evolution of the southern flank of the Central Anatolian Plateau and the coeval subsidence and sedimentation in the Adana Basin to be related to deep lithospheric processes, particularly lithospheric delamination and slab break-off.
N2  - Il Bacino di Adana (Turchia meridionale) é situato in posizione esterna rispetto al margine sud-orientale del plateau anatolico centrale. Il bacino risulta ubicato in posizione strategica per registrare i principali cambiamenti della topografia e dell’assetto tettonico avvenuti durante il Neogene nel Mediterraneo orientale. Utilizzando dati sismici provenienti dall’industria petrolifera abbiamo correlato 34 profili sismici con le unitá corrispondenti affioranti nel Bacino di Adana. La conversione da tempi a profonditá dei profili sismici interpretati ci ha permesso di ricostruire la curva di subsidenza del Bacino di Adana e di individuare un evento caratterizato da un importante aumento della subsidenza associato ad un considerevole incremento del tasso di sedimentazione. Questo evento, avvenuto tra 5.45 e 5.33 Ma ha portato alla deposizione di quasi 1500 km3 di conglomerati e marne. La nostra analisi di provenienza della porzione conglomeratica mostra che la maggior parte del sedimento proviene dal margine sud-orientale del plateau anatolico centrale e dalle aree situate a nord di questo. La comparazione di questi risultati con la composizione litologica di conglomerati recenti e con le litologie affioranti nei bacini di drenaggio attuali mostra cambiamenti rilevanti tra le aree di provenienza del sedimento Messiniane e quelle attuali. Riteniamo che questi cambiamenti nelle aree sorgente siano il risultato del sollevamento e della successiva erosione del margine sud-orientale del plateau anatolico centrale. Questa ipotesi é supportata dal confronto delle curve di subsidenza del Bacino di Adana e del Bacino di Mut, un bacino principalmente neogenico situato sulla sommitá del margine meridionale del plateau. La comparazione delle due curve di subsidenza mostra che l’evento di forte subsidenza del Bacino di Adana é coevo ad un episodio di sollevamento del margine meridionale del plateau anatolico centrale. La raccolta di un fitto dataset strutturale acquisito nella regione di Adana mostra differenti stili deformativi per i margini nord-occidentale e sud-orientale del bacino. La porzione nord-occidentale del bacino, debolmente sismica, é caratterizzata da strutture estensionali e transtensive che tagliano I depositi neogenici, verosimilmente accomodando il sollevamento differenziale tra il bacino e il margine sud-orientale del plateau. Riteniamo che l’evoluzione tettonica del margine meridionale del plateau anatolico centrale e la contemporanea subsidenza e sedimentazione nel Bacino di Adana sia da ricondurre a processi litosferici profondi, in particolar modo delaminazione litosferica e slab break-off.
KW  - Hebung des Plateaus
KW  - Sedimentenabfolge
KW  - Subsidenzgeschichte
KW  - Adana Becken
KW  - Süd-Türkei
KW  - plateau uplift
KW  - sedimentary record
KW  - subsidence history
KW  - Adana Basin
KW  - southern Turkey
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71865
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TY  - THES
A1  - Bathke, Hannes
T1  - An investigation of complex deformation patterns detected by using InSAR at Llaima and Tendürek volcanoes
T1  - Eine Untersuchung von komplexen Erdoberflächenverformungen gemessen mit InSAR, an den Vulkanen Llaima und Tendürek
N2  - Surface displacement at volcanic edifices is related to subsurface processes associated with magma movements, fluid transfers within the volcano edifice and gravity-driven deformation processes. Understanding of associated ground displacements is of importance for assessment of volcanic hazards. For example, volcanic unrest is often preceded by surface uplift, caused by magma intrusion and followed by subsidence, after the withdrawal of magma. Continuous monitoring of the surface displacement at volcanoes therefore might allow the forecasting of upcoming eruptions to some extent. In geophysics, the measured surface displacements allow the parameters of possible deformation sources to be estimated through analytical or numerical modeling. This is one way to improve the understanding of subsurface processes acting at volcanoes. Although the monitoring of volcanoes has significantly improved in the last decades (in terms of technical advancements and number of monitored volcanoes), the forecasting of volcanic eruptions remains puzzling. In this work I contribute towards the understanding of the subsurface processes at volcanoes and thus to the improvement of volcano eruption forecasting. I have investigated the displacement field of Llaima volcano in Chile and of Tendürek volcano in East Turkey by using synthetic aperture radar interferometry (InSAR). Through modeling of the deformation sources with the extracted displacement data, it was possible to gain insights into potential subsurface processes occurring at these two volcanoes that had been barely studied before. The two volcanoes, although of very different origin, composition and geometry, both show a complexity of interacting deformation sources. At Llaima volcano, the InSAR technique was difficult to apply, due to the large decorrelation of the radar signal between the acquisition of images. I developed a model-based unwrapping scheme, which allows the production of reliable displacement maps at the volcano that I used for deformation source modeling. The modeling results show significant differences in pre- and post-eruptive magmatic deformation source parameters. Therefore, I conjecture that two magma chambers exist below Llaima volcano: a post-eruptive deep one and a shallow one possibly due to the pre-eruptive ascent of magma. Similar reservoir depths at Llaima have been confirmed by independent petrologic studies. These reservoirs are interpreted to be temporally coupled. At Tendürek volcano I have found long-term subsidence of the volcanic edifice, which can be described by a large, magmatic, sill-like source that is subject to cooling contraction. The displacement data in conjunction with high-resolution optical images, however, reveal arcuate fractures at the eastern and western flank of the volcano. These are most likely the surface expressions of concentric ring-faults around the volcanic edifice that show low magnitudes of slip over a long time. This might be an alternative mechanism for the development of large caldera structures, which are so far assumed to be generated during large catastrophic collapse events. To investigate the potential subsurface geometry and relation of the two proposed interacting sources at Tendürek, a sill-like magmatic source and ring-faults, I have performed a more sophisticated numerical modeling approach. The optimum source geometries show, that the size of the sill-like source was overestimated in the simple models and that it is difficult to determine the dip angle of the ring-faults with surface displacement data only. However, considering physical and geological criteria a combination of outward-dipping reverse faults in the west and inward-dipping normal faults in the east seem to be the most likely. Consequently, the underground structure at the Tendürek volcano consists of a small, sill-like, contracting, magmatic source below the western summit crater that causes a trapdoor-like faulting along the ring-faults around the volcanic edifice. Therefore, the magmatic source and the ring-faults are also interpreted to be temporally coupled. In addition, a method for data reduction has been improved. The modeling of subsurface deformation sources requires only a relatively small number of well distributed InSAR observations at the earth’s surface. Satellite radar images, however, consist of several millions of these observations. Therefore, the large amount of data needs to be reduced by several orders of magnitude for source modeling, to save computation time and increase model flexibility. I have introduced a model-based subsampling approach in particular for heterogeneously-distributed observations. It allows a fast calculation of the data error variance-covariance matrix, also supports the modeling of time dependent displacement data and is, therefore, an alternative to existing methods.
N2  - Oberflächenverschiebungen an Vulkanen können einerseits durch unterirdische Magmen- oder Fluidbewegungen oder andererseits durch Gravitation verursacht werden. So sind insbesondere vor Eruptionen oft Aufwölbungen an Vulkanen zu beobachten, verursacht durch Magmenintrusion in die Erdkruste. Nach Eruptionen hingegen sinkt das Vulkangebäude aufgrund von Magmenextrusion wieder. Kontinuierliche Messungen an Vulkanen ermöglichen es, Eruptionen teilweise bis auf wenige Tage vorherzusagen. Die gemessenen Oberflächenverschiebungen können in analytischen oder numerischen Modellierungen genutzt werden, um Parameter eines möglichen Quellprozesses abzuschätzen. Auf diese Art und Weise kann das Verständnis über die unterirdischen Prozesse, die an Vulkanen stattfinden, verbessert werden. Obwohl es in den letzten Jahrzehnten eine enorme Entwicklung und Verbesserung der Überwachung von Vulkanen gab, sind viele Vorhersagen sehr vage und ungenau. Mit dieser Arbeit möchte ich einen Beitrag zum Verständnis von unterirdischen Prozessen an Vulkanen und auf lange Sicht gesehen, zur Vorhersage von Eruptionen leisten. Ich habe die Vulkane, Llaima in Chile und Tendürek im Osten der Türkei, mit Hilfe der Interferometrie von Radardaten (InSAR) untersucht. Die somit gemessenen Verschiebungen an der Erdoberfläche ermöglichen es, durch Modellierung der möglichen Deformationsquellen, Informationen über die Untergrundstrukturen dieser beiden bisher kaum erforschten Vulkane zu bekommen. Obwohl unterschiedlich in Aufbau, Gesteinszusammensetzung und Entstehung, zeigen beide Vulkane Anzeichen dafür, dass jeweils mehrere interagierende Deformationsquellen im Untergrund existieren. Am Vulkan Llaima war es schwierig, aufgrund der starken Dekorrelation des Radarsignals zwischen den Satellitenaufnahmen, die InSAR Methode anzuwenden. Ich entwickelte eine Methode um die doppeldeutigen relativen Phasenwerte der Interferogramme modellbasiert in eindeutige relative Phasenwerte umzurechnen. Die damit erzeugten Oberflächenverschiebungskarten am Vulkan eigneten sich nun für eine anschließende Modellierung der Deformationsquelle. Die Modellierungsergebnisse zeigen signifikante Unterschiede zwischen den Parametern der präeruptiven- und posteruptiven Deformationsquellen. Demzufolge könnten zwei unterschiedliche, interagierende Magmenkammern unter Llaima existieren, eine tiefe, posteruptiv aktive Kammer und eine flache, durch den Aufstieg von Magma präeruptiv aktive Kammer. Am Vulkan Tendürek ist eine langfristige, kontinuierliche Senkung des Vulkangebäudes zu beobachten, die mit einem großen, aufgrund von Kühlung sich kontrahierenden, magmatischen Sill, erklärbar ist. Unter Hinzunahme von hochauflösenden, optischen Daten jedoch, sind bei genauerer Untersuchung bogenförmige Strukturen an der Erdoberfläche sichtbar. Diese sind Anzeichen dafür, dass Verwerfungen existieren, die das gesamte Vulkangebäude in einem elliptischen Ring umgeben. Dabei ist zu beobachten, dass die Ringstörungen über Jahrtausende, möglicherweise sogar kontinuierlich, geringe Magnituden von Versatz aufweisen. Bei langer, kontinuierlicher Aktivität über mehrere zehntausende von Jahren, könnte dies ein weiterer Mechanismus zur Entstehung von Calderastrukturen an Vulkanen darstellen, der jedoch sehr langsam verläuft. Im Gegensatz dazu ist die heutige weit verbreitete Auffassung, dass Calderen als Folge katastrophaler Einstürze von Vulkangebäuden entstehen. Um zu untersuchen welche Geometrie die vorgeschlagenen Strukturen Sill und Ringstörungen an Tendürek im Untergund haben könnten, vollführte ich eine weitaus komplexere numerische Modellierung. Diese zeigt, dass die Größe des Sills ohne Berücksichtigung der Ringstörung um ein Vielfaches überschätzt ist. Die Orientierung und Geometrie der Ringstörungen ist jedoch nicht eindeutig nur mit Oberflächenverschiebungsdaten auflösbar. Unter der Berücksichtigung von geologischen und physikalischen Gesichtspunkten sind nach Außen einfallende Aufschiebungen im Westen und nach Innen einfallende Abschiebungen im Osten die plausibelste Erklärung. Außerdem habe ich eine Methode zur Datenreduzierung entwickelt. Abhängig vom zu untersuchenden Prozess sind für die Modellierung von unterirdischen Deformationsquellen verhältnismäßig wenige gut verteilte Messpunkte an der Erdoberfläche ausreichend. Satelliten gestützte Radaraufnahmen haben jedoch oft mehrere Millionen dieser Punkte. Deshalb müssen diese riesigen Datensätze auf eine Art und Weise reduziert werden, dass keine oder nur möglichst wenige Informationen verloren gehen. Für diesen Zweck habe ich, ausgehend von einem existierenden Algorithmus, eine modellbasierte Methode zur Reduzierung von besonders heterogen verteilten Oberflächendaten entwickelt. Diese Methode ist besonders gut auf Zeitreihendatensätze anwendbar und stellt somit eine Alternative zu existierenden Algorithmen dar.
KW  - InSAR
KW  - Deformationsquellenmodellierung
KW  - Llaima Vulkan
KW  - Tendürek Vulkan
KW  - Ringstörungen
KW  - InSAR
KW  - deformation source modeling
KW  - Llaima volcano
KW  - Tendürek volcano
KW  - ring-fault
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70522
ER  - 
TY  - THES
A1  - Grigoli, Francesco
T1  - Automated seismic event location by waveform coherence analysis
T1  - Die automatische Lokalisierung von Mikroerdbeben durch die Wellenform Kohärenzanalyse
N2  - Automated location of seismic events is a very important task in microseismic monitoring operations as well for local and regional seismic monitoring. Since microseismic records are generally characterised by low signal-to-noise ratio, such methods are requested to be noise robust and sufficiently accurate. Most of the standard automated location routines are based on the automated picking, identification and association of the first arrivals of P and S waves and on the minimization of the residuals between theoretical and observed arrival times of the considered seismic phases. Although current methods can accurately pick P onsets, the automatic picking of the S onset is still problematic, especially when the P coda overlaps the S wave onset. In this thesis I developed a picking free automated method based on the Short-Term-Average/Long-Term-Average (STA/LTA) traces at different stations as observed data. I used the STA/LTA of several characteristic functions in order to increase the sensitiveness to the P wave and the S waves. For the P phases we use the STA/LTA traces of the vertical energy function, while for the S phases, we use the STA/LTA traces of the horizontal energy trace and then a more optimized characteristic function which is obtained using the principal component analysis technique. The orientation of the horizontal components can be retrieved by robust and linear approach of waveform comparison between stations within a network using seismic sources outside the network (chapter 2). To locate the seismic event, we scan the space of possible hypocentral locations and origin times, and stack the STA/LTA traces along the theoretical arrival time surface for both P and S phases. Iterating this procedure on a three-dimensional grid we retrieve a multidimensional matrix whose absolute maximum corresponds to the spatial and temporal coordinates of the seismic event. Location uncertainties are then estimated by perturbing the STA/LTA parameters (i.e the length of both long and short time windows) and relocating each event several times. In order to test the location method I firstly applied it to a set of 200 synthetic events. Then we applied it to two different real datasets. A first one related to mining induced microseismicity in a coal mine in the northern Germany (chapter 3). In this case we successfully located 391 microseismic event with magnitude range between 0.5 and 2.0 Ml. To further validate the location method I compared the retrieved locations with those obtained by manual picking procedure. The second dataset consist in a pilot application performed in the Campania-Lucania region (southern Italy) using a 33 stations seismic network (Irpinia Seismic Network) with an aperture of about 150 km (chapter 4). We located 196 crustal earthquakes (depth < 20 km) with magnitude range 1.1 < Ml < 2.7. A subset of these locations were compared with accurate locations retrieved by a manual location procedure based on the use of a double difference technique. In both cases results indicate good agreement with manual locations. Moreover, the waveform stacking location method results noise robust and performs better than classical location methods based on the automatic picking of the P and S waves first arrivals.
N2  - Die automatische Lokalisierung seismischer Ereignisse ist eine wichtige Aufgabe, sowohl im Bereich des Mikroseismischen Monitorings im Bergbau und von Untegrund Aktivitäten,  wie auch für die lokale und regionale Überwachung von natürlichen Erdbeben. Da mikroseismische Datensätze häufig ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis haben müssen die Lokalisierungsmethoden robust gegen Rauschsignale und trotzdem hinreichend genau sein. Aufgrund der in der Regel sehr hochfrequent aufgezeichneten Messreihen und der dadurch sehr umfangreichen Datensätze sind automatische Auswertungen erstrebenswert. Solche Methoden benutzen in der Regel automatisch gepickte und  den P und S Phasen zugeordnete Ersteinsätze und Minimieren die Summe der quadratischen Zeitdifferenz zwischen den beobachteten und theoretischen Einsatzzeiten. Obgleich das automatische Picken der P Phase in der Regel sehr genau möglich ist, hat man beim Picken der S Phasen häufig Probleme, z.B. wenn die Coda der P Phase sehr lang ist und in den Bereich der S Phase hineinreicht. In dieser Doktorarbeit wird eine Methode vollautomatische, Wellenform-basierte Lokalisierungsmethode entwickelt, die Funktionen des Verhältnisses "Short Term Average / Long Term Average"  (STA/LTA) verwendet und keine Pickzeiten invertiert. Die STA/LTA charakteristische Funktion wurde für unterschiedliche Wellenform Attribute getestet, um die Empfindlichkeit für P und S Phasen zu erhöhen. Für die P Phase wird die STA/LTA Funktion für die Energie der Vertikalkomponente der Bodenbewegung benutzt, wohingegen für die S Phase entweder die Energie der horizontalen Partikelbewegung oder eine optimierte Funktion auf Basis der Eigenwertzerlegung benutzt wird. Um die Ereignisse zu lokalisieren wird eine Gittersuche über alle möglichen Untergrundlokalisierungen durchgeführt. Für jeden räumlichen und zeitlichen Gitterpunkt werden die charakteristischen Funktionen entlang der theoretischen Einsatzkurve aufsummiert. Als Ergebnis erhält man eine 4-dimensionale Matrix über Ort und Zeit des Ereignisses, deren Maxima die wahrscheinlichsten Lokalisierungen darstellen. Um die Unsicherheiten der Lokalisierung abzuschätzen wurden die Parameter der STA/LTA Funktionen willkürlich verändert und das Ereignis relokalisiert. Die Punktwolke aller möglichen Lokalisierungen gibt ein Maß für die Unsicherheit des Ergebnisses. Die neu entwickelte Methode wurde an einem synthetischen Datensatz von 200 Ereignissen getestet und für zwei beobachtete Datensätze demonstriert. Der erste davon betrifft induzierte Seismizität in einem Kohlebergbau in Norddeutschland. Es wurden 391 Mikrobeben mit Magnituden zwischen Ml 0.5 und 2.0 erfolgreich lokalisiert und durch Vergleich mit manuell ausgewerteten Lokalisierungen verifziert.Der zweite Datensatz stammt von einem Anwednung auf des Regionale Überwachungsnetz in der Region Campania-Lucania (Süditalien)  mit 33 seismischen Stationen und einer Apertur von etwa 150 km. Wir konnten 196 Erdbeben mit Tiefen < 20 km und Magnituden zwischen Ml 1.1 und 2.7 lokalisieren. Eine Untergruppe der eigenen Lokalisierungen wurde mit den Lokalisierungen einer Standard Lokalisierung sowie einer  hochgenauen Relativlokalisierung verglichen. In beiden Fällen ist die Übereinstimmung mit den manuellen Lokalisierungen groß. Außerdem finden wir, dass die Wellenform Summations Lokalisierung ronbust gegen Rauschen ist und bessere Ergebnisse liefert als die Standard Lokalisierung, die auf dem automatischen Picken von Ersteinsatzzeiten alleine basiert.
KW  - earthquake location
KW  - induced seismicity
KW  - microseismicity
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70329
ER  -