Institut für Geophysik der TU Clausthal

deutsch english Angewandte Geophysik : Seismik


Das Huygenssche Prinzip


Applet    ( in separatem Fenster, ca. 390 x 275 Pixel )


Das Applet simuliert eine vereinfachte Demonstration des Huygensschen Prinzips :

In einem separaten Fenster werden
ein Vertikalschnitt durch ein 2-dimensionales Untergrundmodell mit 1 Grenzfläche,
eine Auslage von 24 gleichabständigen Geophonen an Erdoberfläche
und
die entsprechenden seismischen Spuren
graphisch dargestellt.

Zwei Messanordnungen sind implementiert :
1 Schusspunkt an ( nahezu ) beliebiger Position oberhalb der Grenzfläche ( SHOT RECORD ),
und
24 Schuss- / Empfägerpaare an identischen Oberflächenpositionen ( ZERO OFFSET ).


Inhalt


Erläuterungen
HOWTO
Beispiele
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Erläuterungen


Die Grenzfläche besteht aus max. 281 diskreten Punkten ( = parallele Geraden im 2-d Modell ), die beim Auftreffen der direkten Welle Elementarwellen abstrahlen.

Jede seismische Spur wird berechnet als Überlagerung aller Elementarwellen, die am entsprechenden Empfänger eitreffen.
Die Stützwerte einer Spur werden in konstanten Zeitschritten ( Stützwertabstand Δt ) berechnet, die durch den min. Punktabstand ( aus ALL PNTS = 281 Punkte ) entlang der Grenzfläche und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen bestimmt sind.

Um die Herausbildung des Endergebnisses für ALL PNTS zu beobachten, kann in beiden Messanordnungen die jeweilige seismische Sektion für eine Untermenge ( 71 PNTS ... 1 POINT ) von Interfacepunkten berechnet werden.

Für Kompressionswellen können
die VertikalkomponenteVER (P-WAVE) )
oder
die horizontale InlinekomponenteHOR (P-WAVE) )
der Bodenverschiebung dargestellt werden,

für horizontal ( senkrecht zum Modellschnitt ) polarisierte Scherwellen
die transversale Horizontalkomponente.

! Beide Wellentypen gelten jeweils für direkte Welle und Elementarwellen, d.h. keine Konversion an der Grenzfläche ! )

In der seismischen Sektion gilt für die Amplitudenskalierung der direkten Welle ( rel. willkürlich ) :
max. Amp ( DIR ) aller Spuren = max. Amp ( RFL ) aller Spuren.

! Die Simulation beschränkt sich auf Primärwellen,
d.h. nur die direkte Welle kann Elementarwellen anregen !
! Kein Geschwindigkeitskontrast an der Grenzfläche,
d.h. Impedanzkontrast = Dichtekontrast, => keine Brechung !
! Randbedingungen an der freien Oberfläche und an der Grenzfläche werden vernachlässigt,
d.h. "Reflexionskoeffizient" +1 an der Grenzfläche.

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HOWTO


Dialogfenster
( Screenshot )


SHOW / HIDE
SHOW startet das Applet und die graph. Darstellung von Modell + seism. Sektion,
HIDE schließt das Graphikfenster ( und gibt die Resourcen frei ).

INFO
gibt Informationen zur aktuellen Cursorpostion aus :
X [m] / Z [m] ( im Modellfenster ) und X [m] / T [ms]  ( in der seim. Sektion ).

HELP
gibt Hinweise zu den aktuell möglichen Mausaktivitäten :

im Modellfenster
horizontaler Ausschnitt der Graphik,
Justierung von Position und Geometrie der Grenzfläche und der Empfänerauslage,
Justierung der Schussposition
und
der "Wellenlänge" des Quellsignals.

in der seimischen Sektion
vertikaler ( =TWT ) Ausschnitt der Graphik,
Justierung der Länge des AGC-Fensters.

Im Dialogfeld INTERFACE werden Geometrie und Skalierung des Modells festgelegt :

VELOCITY n.nn [km/s] :

SIGNAL :

TRACES :

SECTION :

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Das Dialogfeld TRACE DISPLAY bezieht auf die Parameter der graph. Darstellung der seismischen Sektion :

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HOR ZOOM  ( im Modellfenster ) :

Die linke Maustaste setzt ein horizontales Zoomfenster für die Darstellung von Modell und seism. Spuren
( Rechteck cyan, Start im aktuellen Fenster, Ende ggf. außerhalb ),

die rechte Taste setzt den Horizontalausschnitt zurück auf einen Bereich, der die Geophonauslage und ggf. den Schusspunkt ( SHOT RECORD ) umfaßt.

Der Vertikalausschnitt der Modelldarstellung wird automatisch festgelegt
( Oberfläche, Z=0 [m], bis zur Maximaltiefe der Grenzfläche oder Länge des Quellsignals ).

TWT ZOOM  ( im Sektionsfenster ) :

Die linke Maustaste setzt einen Laufzeitbereich für die Spurdarstellung
( min. Anfang = 0 [ms], max. Ende = 2 × max. TWT ),

die rechte Taste ( od. der Start eines neuen Registrierzyklus ) setzt den Bereich zurück
( 0 [ms] ... max. TWT ).

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Beispiele


Gemeinsame Parameter aller Beispiele :

Model :
Synklinale ( 1 - COS ),
hor. -100 [m] ... +100 [m], ver. 50 [m] ... 130 [m],
Gesamtausdehnung des Modells -280 [m]  ... +280 [m] ( SCAL × ;1.0 )
=> Punktabstand ca. 2 [m] fiür ALL PNTS, ca. 28 [m] für 21 PNTS.

Velocity :
2.00 [km/s] => Delta-T = 1 [ms]

Quellsignal :
Kueppers, Ordnung 2, L-Sig = 20 [ms] = 40 [m], SHOW SOURCE SIG

Spuren :
Vertikalkomponente, CYL. SPREADING

Spurdarstellung :
Wiggle + Area, D-TRC × 1.0, DEFL × 1.0, SHOW DIRECT WAVE

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ZERO OFFSET Sektion und SHOT RECORD,
mit dem typischen Reflexionsbild einer "Schlipsfigur".

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Momentaufnahmen des Registrierzyklus für TWT = 60 [ms] und TWT = 80 [ms]
( Interface = 21 Punkte, zur Verbesserung der Übersichtlichkeit durch eine entsprechend geringe Anzahl von Wellenfronten ).

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ZERO OFFSET Sektion und SHOT RECORD,
Horizontalausschnitt = Gesamtausdehnung des Modells,
Interface = 3 Punkte => typische Diffraktionshyberbeln.

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SHOT RECORD ( Parameter wie erstes Beispiel ).
Die AGC-Skalierung hebt die Effekte der endlichen Horizontalaudehnung des Modells ( ±280 [m] ) hervor.

Unterhalb 180 [ms] :
Diffraktionssignale kleiner Ammplitude von beiden Enden des Modells,
trotz einer Cosinus-Taperung des Impedanzkontrastes über je ca. 20 Punkte an beiden Enden des Interfaces ( ! nur bei ALL PNTS ! ).

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Download

Die für eine lokale Installation des Applets benötigten Class- und Html-Files sind verfügbar als zip-File und als tar.gz-File.

Weitere Applets : Homepage des Authors


Rev. 29-Jul-2006

Kommentare bitte an Fritz Keller
( ned gschempfd isch globd gnueg )

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