Anwendung verschiedener Stapelmethoden auf reflexionsseismische Daten aus der Heimefrontfjella, Antarktis

Dargestellt werden die Ergebnisse, die im Rahmen dieser zwölfmonatigen Arbeit aufbauend auf der vorangegangenen sechsmonatigen Semesterarbeit erzielt wurden.

Das Ergebnis dieser Arbeit ist eine Weiterentwicklung des Superstacks (SS), mit dessen Unterstützung tiefe Reflexionsereignisse untersucht werden sowie eine Auswertung und Interpretation von ausgewählten Profilabschnitten.

Zur Interpretation der stark strukturierten Eisunterseite des Eisschildes wurde in dieser Arbeit außerdem die in sechs Monaten vor Beginn dieser Arbeit vom Autor entwickelte Theorie der Fresnelabschnitte herangezogen und eine praktisch anwendbare Formel hergeleitet, implementiert und angewendet (Verfahren der Fresnelabschnitte). Dabei handelt es sich um ein Verfahren, das allgemeiner und exakter ist, als das der herkömmlichen Fresnelzonen und das jede Reflektorneigung berücksichtigt.Einige rechnerische Beispiele zeigen die Bedeutung dieses neuen Verfahrens, insbesondere für Reflexionselemente im Eispaket.

Für die Bearbeitung und die speziellen graphischen Darstellungen war desweiteren die Neuentwicklung eines sehr umfangreichen, eigenständigen Programmpakets notwendig. Alle Entwicklungen wurden mit FORTRAN und C unter VAX/VMS und UNIX inklusiv einer eigenen graphischen Oberfläche mit diversen Graphikausgaben mit PV-WAVE unter dem X Window System durchgeführt. Für die rechenintensiven iterativen Verfahren wurde eine weitestgehende Vektorisierung auf dem Großrechner unter VMS durchgeführt. Für einen Teil des Processings der Daten wurden MicroMAX und ProMAX verwendet.

Zahlreiche der Entwicklungen in dieser Arbeit, insbesondere zum Superstack, Fresnelabschnitten, Diffraktionsamplituden und dem Programmpaket für graphische Darstellungen,basieren auf vorangegangenen Entwicklungen und Untersuchungen des Autors, aus dem Zeitraum vor Beginn dieser Arbeit.

Diese Arbeit vergleicht unterstützend zu den Auswertungen eine Vielzahl unterschiedlicher Stapelmethoden und untersucht ihre Wirkungsweise anhand ausgewählter Datensätze des vorliegenden Datenmaterials sowie anhand von synthetisch erzeugten Daten. Dies war insbesondere für die Festlegung von Prioritäten für die weiteren Bearbeitungen und ihre jeweilige Eignung von besonderer Bedeutung.Um eine Beurteilung bereits existierender seismischer Ergebnisse zu ermöglichen, werden die lokalen und großräumigen geologischen und tektonischen Verhältnisse hinsichtlich ihrer reflexionsseismischen Relevanz durch eine intensive Betrachtung der verfügbaren Literatur diskutiert. Aufgrund des hohen Geschwindigkeitsgradienten in den oberen Eisschichten und dessen starken Einfluß wird ein an die Daten angepaßtes Geschwindigkeitstiefenmodell vorgestellt.

Im Theorieteil werden spektrale Inhalte nach NMO-Korrektur und Stapelung, Unterdrückung von Oberflächenwellen in den vorliegenden Daten, Semblance-Analysen von Einzelschüssen, Vergleich von Daten mit unterschiedlichem Überdeckungsgrad, Geschwindigkeitsfeld zur NMO-Korrektur und die Abschätzung von Diffraktionsamplituden sowie relevante Aspekte seismischer Auflösung vorgestellt und diskutiert.

Das Datenmaterial, das dieser Arbeit zugrunde liegt, wurde vom Institut für Geophysik der Universität Münster während der Antarktisexpedition ANT VIII/5 im Südsommer 1989/1990 auf einem Profil senkrecht zum NO-SW verlaufenden Escarpment der Heimefrontfjella (Königin Maud Land)mit Hilfe eines Ice-Streamers unter tiefenreflexionsseismischen Voraussetzungen aufgezeichnet: Auslagenlänge 5700 m, Aufnehmerabstand 60 m, Abtastrate 2 ms, CDP-Abstand 30 m, damit 12- bis 24-fache Überdeckung.

Die besondere Motivation dieser Arbeit ergibt sich aus dem verhältnismäßig geringen Überdeckungsgrad der Daten, der einebesondere Berücksichtigung der redundanten Information der Mehrfachüberdeckung erfordert.Diese Arbeit zeigt die Möglichkeiten, aber auch Probleme bei der Behandlung und Interpretation gering überdeckender reflexionsseismischer Daten, die zum einen durch das Processing, zum anderen aber durch die Registrierung und die gegebenen geologischen und glaziologischen Verhältnisse bedingt sind.Schon nach den ersten detailierten Bearbeitungen des Datenmaterials zeigte sich die Notwendigkeit, die Auflösung möglicher Reflexionselemente im Bereich der Eisunterseitenreflexionen und für mögliche Kruste/Mantel-Reflexionen eingehender zu betrachten. Zu diesem Zweck wurde das entwickelte Verfahren der Fresnelabschnitte eingesetzt.

Die Untersuchungen ergeben eine besondere Eignung einer Kombination iterativer nichtlinearer Stapelmethoden mit Diversity Methoden.Resultierend aus den bisherigen Untersuchungen wird die Methode des Superstack umgesetzt und durch Möglichkeiten zur variablen Gewichtung unterschiedlicher Tiefenbereiche, durch eine flexibleKombination mit Fenstereigenschaften des Diversity Stacks über Amplitude oder Energieweiterentwickelt und ist so auch auf tiefe Reflexionselemente im Bereich der Kruste/Mantel-Grenze anwendbar. Verschiedene Migrationsverfahren wurden zu dieser Arbeit für das Datenmaterial erprobt. Die Ergebnisse einiger dieser Methoden werden in ihrem Einfluß auf die Abbildung von Reflexionselementen nach unterschiedlichen Stapelungen untersucht.

Für den im Profilabschnitt untersuchten Tiefenbereich können u.a. mittels des neuen Stapelverfahrens aus den korrelierbaren Signalen folgende geologisch/tektonische Ergebnisse in kompaktester Übersichtzusammengefaßt werden.

Die Arbeit enthält zahlreiche Abbildungen und alle wichtigen Seismogramme und Auswertungen, auch wenn es sich dabei nur eine kleine Auswahl zu den umfangreichen Untersuchungen handeln kann.

Neben diesen Ergebnissen haben sich die Weiterentwicklungen zum Superstack sowie das Verfahren der Fresnelabschnitte neben den Betrachtungen zu Diffraktionsamplituden als besonders wichtig für die Untersuchung des vorliegenden Datenmaterials herausgestellt.

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© 1994, 1996, 2001 Dr. Claus-Peter Rückemann, RRZN Hannover / E-Mail [--] / Tel. [--]