deutsch english Institut für Geophysik der TU Clausthal


Magnetisches Profil über eine 2D-Struktur

Gelände-Praktikum am Institut für Geophysik der TU Clausthal


Applet   ( in separatem Fenster )


Bedienungsanleitung


DEMO-Version : Keine Ein- / Ausgabe, nur Beispiel Daten oder Mess- / Modelldaten als Appletparameter

VOLL-Version : Ein- / Ausgabe eigener Daten möglich
( Funktioniert mit dem Appletviewer aus einem JDK_1.1.x, wenn in .hotjava/properties mit acl.read= und acl.write= der Pfad für die Daten- / Modell-Files angegeben wird. )

Die Sicherheitseinschränkungen von Applets, insbesondere unter einem Browser wie Netscape, Explorer etc., entfallen bei einer Application, die unter einem Java Runtime System ( JRE ) abläuft.
s. Download


Das Applet simuliert eine geomagnetische Feldaufnahme auf einem Profil beliebiger Richtung über ein zweidimensionales Untergrundmodell beliebiger Streichrichtung.
Das Modell besteht aus der Oberfläche eines Halbraums, in den bis zu sechs 2-d Strukturen ( 2-d Körper beliebigen Querschnitts / Liniendipole ) eingelagert sind.

Die Modellrechnung basiert auf Talwani's Algorithmus für homogen magnetisierte, zweidimensionale Körper.

Die 2-d Näherung deckt zahlreiche praktische Fälle ab, bei denen die Erstreckung geologischer Strukturen in Streichrichtung sehr viel größer ist als die Dimensionen eines vertikalen Querschnitts.
Die Annahme einer homogenen Magnetisierung kann zwar nur bei elliptischen Querschnitten exakt erfüllt sein, führt aber zu tolerablen Fehlern, zumindest bei "schwach" magnetisierten Körpern, d.h. wenn das innere Magnetfeld wesentlich schwächer ist als das lokale Erdfeld.

Neben den 2-d Körpern kann ein Modell auch Liniendipole umfassen,
- um die Erfassung von 2-d Strukturen zu vereinfachen, deren Querschnittsdimensionen wesentlich geringer sind als ihr Abstand von den Beobachtungspunkten auf dem Profil,
und
- um durch eine Darstellung der Feldlinien die Zerlegung des Feldvektors in Komponenten eines lokalen Koordinatensystems und die Überlagerung von Erd- und Störfeld zu verdeutlichen.

Die Topographie entlang eines Messprofils kann durch die Modellierung einer Erdoberfläche berücksichtigt werden.

Praktikumsversuch :
Messung der Vertikal- und Horizontalkomponente mit einem Fluxgate-Magnetometer auf einem 38 [m] langen NS-Profil über einen ca. 10 [m] langen, EW-streichenden "Störkörper" ( eine Reihe von Heizkörpern aus Gußeisen, Oberkante ca. 0.7 [m] unter der Erdoberfläche ).


Inhalt

Erläuterungen :

Modellrechnung
Koordinaten
Komponenten

HOWTO :

Applet / Dialog-Fenster
Messhöhe ...
Dialog DATA I/O
Dialog MODEL I/O

Graphik :

Fenster SRV
Fenster MAP
Fenster MOD
Fenster PRO

Download

Datenformate


Modellrechnung :

Das Magnetfeld einer Untergrundstruktur wird verursacht durch deren Magnetisierung, die sich zusammensetz aus

einem remanenten Anteil beliebiger Stärke und Richtung, der abhängt von der mineralischen Zusammensetzung und vor allem von der thermischen und / oder tektonischen Geschichte einer geologischen Formation sowie von dem Magnetfeld, dem eine Formation während verschiedener Stadien ihrer Entwicklung ausgesetzt war,
und
einem induzierten Anteil, parallel zum aktuellen lokalen Erdfeld, und beschrieben durch die Volumensuszeptibilität des Materials, die das Verhältnis von iduzierter zu induzierender Feldstärke im Inneren eines Körpers angibt und ebenfalls keine "Materialkonstante" ist, da sie von der Stärke des induzierenden Feldes und von der Entsehungsgeschichte einer geologischen Formation abhängt.

Zur Berechnung des Magnetfeldes in einem Aufpunkt außerhalb eines magnetisch wirksamen Körpers muß über die Beiträge aller infinitesimalen Volumenelemente des Körpers summiert ( integriert ) werden.
Im Falle einer homogenen, d.h. im gesamten Körper konstanten, Magnetisierung und für einen Aufpunkt außerhalb des Körpers kann diese Rechnung stark vereifacht werden durch die Annäherung der Oberfläche des Körpers durch ebene Dreiecke, und eine Transformation des Volumenintegrals in ein Integral über die Oberfläche, und schließlich in ein Linienintegral über die Dreiecksseiten.
Diese, für dreidimensionale Strukturen anwendbare, und je nach räumlicher Auflösung einer Struktur immer noch sehr zeitaufwendige Rechnung, kann für zweidimensionale Körper weiter vereinfacht werden, wenn deren Querschnitt durch ein Polygon angenähert werden kann, über dessen stückweise geradlinigen Umfang die Integration zu erstrecken ist.

Als Ergebnis der impliziten Integration über die ( unendliche ) Erstreckung in Streichrichtung einer 2-d Struktur heben sich Beiträge von Komponenten der Magnetisierung sowie Feldkomponenten parallel zum Streichen auf,
d.h. die Felvektoren liegen in einer Ebene senkrecht zum Streichen der Struktur, und
lediglich die Projektion der Magnetisierung in diese Ebene ( = Bildebene des Fensters MOD, s. unten ) liefert einen Beitrag zum Ergebnis.

Im Falle eines Liniendipols bezeichnet "remanent" ( REM ) ein magnetisches Moment beliebiger Amplitude und Richtung ( in einer Ebene sekrecht zum Streichen ), "induziert" ( IND ) ein Moment parallel zum lokalen Erdfeld und proportional zu dessen Feldstärke, wobei auch hier lediglich die Projektion in eine Ebene senkrecht zum Streichen zu berücksichtigen ist.

Für die induzierte Magnetisierung und die Überlagerung von Normal- und Anomaliefeld wird das lokale Erdfeld innerhalb der Dimensionen von Modell und Messgebiet als konstant angenommen.

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Koordinaten :

Die Lage des Messgebietes, maßgeblich für das lokale Erdfeld, wird festgelegt in geographischen Koordinaten
LängeLON [deg], Bezugsmeridian = Greenwich ) und
BreiteLAT [deg], positiv auf der Nordhalbkugel ).

Längen werden in Meter[m] ) gemessen,
in einer Horizontalebene :
S, S_PRO = parallel und
Q, Q_PRO = senkrecht zum Profil,
und in einer Vertikalebene senkrecht zum Streichen des Modells :
X = horizontal und
Z = positiv nach unten.

Winkel werden in Grad[deg] ) gemessen
horizontal von geographisch Nord ( = lokaler Meridian ) positiv nach Osten ( Deklination, DEC und Azimuth, AZIM ),
vertikal von einer lokalen Horizontalebene positiv nach unten ( Inklination, INC ).

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Komponenten des Magnetfeldes :

Das Magnetfeld wird beschrieben durch seinen
Betrag der Feldstärke ( T, TOT, Einheiten : nanoTesla, [nT] ),
InklinationswinkelINC ) gegen die lokale Horizontalebene, und
DeklinationswinkelDEC ) gegen geographisch Nord.

Dem entspricht eine Vertikalkomponente von

Z = T * sin(INC), positiv n. unten,

und eine Horizontalkomponente von

H = T * cos(INC), nach magnetisch Nord zeigend.

Die Horizontalkomponente kann in eine ( geographische ) Nord- und eine Ost-Komponente zerlegt werden

N = H * cos(DEC) und E = H * sin(DEC),

was in der praktischen Anwendung eine sehr genaue absolute Ausrichtung des Messgerätes erfordert ( bei H = 20000 [nT] muß das Gerät auf ca. 10 Bogensekunden genau augerichtet werden, um den Fehler in der Ostkomponente kleiner als 1 [nT] zu halten ).

Innerhalb der Dimensionen eines Messgegiets wird das lokale Erdfeld als konstant angenommen, und die Abnahme des Betrages mit der Höhe von ca. -15 [nT/km] am magnetischen Äquator, ca. -30 [nT/km] an den magnetischen Polen, sowie die Zunahme mit der magnetischen Breite von ca. +4.5 [nT/km] ( in mittleren Breiten ) werden vernachlässigt.

Bei Geländemessungen in der Angewandten Geophysik wird meistens der Betrag des Feldes ( Totalintesität, T, ! ohne Information über die Orientierung des Feldvektors ! ) beobachtet, und / oder die Änderung der Vertikalkomponente DEL_Z bezüglich eines Basispunktes ( was für jeden Messpunkt lediglich die über Libellen vergleichsweise einfach und schnell durchzuführende Horizontierung des Gerätes erfordert ).

Zur Messung von Änderungen DEL_H der Horizontalkomponente wird das Messgerät meist nach magnetisch Nord ( z.B. Kompass ) ausgerichtet, wobei geringe lokale Variationen dieser Richtung aufgrund des überlagerten Feldes eines Störkörpers im Untergrund vernachlässigt werden.

Bei Messungen zur Erfassung sehr oberflächennaher Strukturen können "langsame" zeitliche Schwankungen des Erdfeldes ( Tagesgang ) und großräumige regionale Feldänderungen weitgehend eliminiert werden durch die Bildung eines räumlichen Differenzenquotienten als Näherung für den Gradienten des Feldes :

Die Totalintensität T kann gleichzeitig oder innerhalb weniger Sekunden ( typisch 3 - 4 [sec] ) gemessen werden

in zwei unterschiedlichen Messhöhen
Vertikalgradient, DT/DZ )
oder
in zwei Punkten mit konstantem Abstand in Profilrichtung
Horizontalgradient, DT/DS ).

Die Gradienten der Vertikal- und der Horizontalkomponente können im Appletmenue zwar zur Information angewählt werden, haben aber wegen der aufwendigen Geräteausrichtung nur geringe praktische Bedeutung.
Lediglich der Horizontalgradient in Profilrichtung kann ggf. nach einer hinreichend genauen Tagesgangkorrektur und bei hinreichender Punktdichte aus den Profildaten berechnet werden.

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HOWTO :


Applet / Dialog-Fenster ( Screenshot )  :

DATA I/O öffnet / schließt ein Dialogfenster zum Einlesen und Auflisten der Geometriedaten und der Messwerte eines Profils.

Mit NO INP / CMP 1 ... wird eine von max. 3 Komponenten des Datensatzes ausgewählt zur graphischen Darstellung und zum Vergleich mit für ein Untergrundmodell brechneten Werten.

Die beiden Textfelder rechts daneben beschreiben den eingelesenen Datensatz ( Filename / Beispiel xx / Applet Param. ) und die ausgewählte Komponente ( Name, Messhöhe etc. ).

MODEL I/O öffnet / schließt ein Dialogfenster zum Einlesen und Auflisten von Geometriedaten und magnetischen Eigenschaften eines Untergrundmodells aus der Erdoberfäche und max. sechs Teilstrukturen ( 2-d Körpern / Liniendipolen ).

Mit SAVE ACT / REST SVD MOD kann der aktuelle Zustand eines Modells gesichert und ein zuvor gesicherter Zustand restauriert werden.

In den beiden Dialogfeldern SENSOR / GRADIENT COMPONENT können max. drei Komponenten des berechneten Feldes zur Darstellung im Fenster PRO (s. unten ) ausgewählt werden.

In der Zeile SCALING lassen sich drei Skalierungsfaktoren für die Profilkoordinaten, die Modelldimensionen und die Messhöhe einstellen.

Die Zeile SHOW ( gelb hinterlegt ) öffnet / schließt vier separate Fenster zur graphischen Darstellung und Parameterjustierung für Messgebiet, Profil und Modell :

SRV = geographische Koordinaten des Messgebiets und daraus abgeleitetes lokales Erdfeld,
MAP = Orientierung und Ausdehnung der 2-d Strukturen und des Messprofils in einer Horizontalebene,
MOD = Lage, Querschnitt und magnetische Eigenschaften der Modellstrukturen in einem Vertikalschnitt,

und zur graphischen Darstellung gemessener und berechneter magnetischer Profile :

PRO = gemessene Werte und Ergebnisse der Modellrechnung mit aktuellen Parametern für Messgebiet, Profil und Untergrundmodell.

HELP und INFO beziehen sich auf die Fenster MAP, MOD und PRO :

HELP zeigt Hinweise auf die jeweils möglichen Mausaktionen,
und
INFO gibt die aktuelle Position des Mauszeigers aus.

STOP ( im Applet ) schließt alle Fenster,

EXIT ( in der Application ) beendet das Programm.

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Panel H_SENSOR / Menue SENSOR / GRADIENT COMPONENT :

Die Modellrechnung wird an jedem Aufpunkt für 5 unterschiedliche Sensorpositionen durchgeführt :

die Zentralposition ( Höhe = MIDDLE ),

zwei Positionen gleichabständig darüberUPPER ) und darunterLOWER ),
und
zwei Positionen ( Höhe = MIDDLE ), im gleichen Abstand in positiver"vorwärts" ) und negativer Profilrichtung ( "rückwärts" ).

Messhöhe und Sensorabstand sind im Panel H_SENSOR graphisch dargestellt und mit der Maus justierbar :

an der M-Position wird die gesamte Messanordnung unter Beibehaltung des vertikalen und horizontalen Sensorabstandes vertikal verschoben,
und
an U / L wird der Sensorabstand ( symmetrisch zu M = fest ) verändert,
linke Maustaste )

die L-Position kann unter Beibehaltung der U-Position verändert werden und umgekehrt.
rechte Maustaste )

! L, M und U liegen immer sekrecht über dem Messpunkt auf dem Profil, L und U sowie die Positionen in positiver und negativer Profilrichtung symmetrisch zu M !

Der VertikalgradientD/DZ ) wird angenähert
durch die Differenz LOWER - UPPER ( ! z = pos. n. unten ! ),
der HorizontalgradientD/DS )
durch die Differenz "vorwärts" - "rückwärts",
jeweils dividiert durch den Sensorabstand.
Beide Werte werden der Zentralposition ( Messhöhe = M ) zugeordnet.

Um eine graphische Darstellung mehrerer Komponenten in gleicher Skalierung zu ermöglichen ( im Fenster PRO ) werden nur die Abweichungen ( DEL_T, DEL_Z und DEL_H ) vom ungestörten lokalen Erdfeld dargestellt, und die Auswahl im Menue SENSOR / GRADIENT COMPONENT ist auf die Komponenten einer Zeile oder einer Spalte beschränkt.

Die Berechnung der Horizontalkomponente kann für unterschiedliche horizontale "Geräteausrichtungen" durchgeführt werden :
H = MAG N parallel zum lokalen Erdfeld,
H = GEO N nach geographisch Nord,
H = S_PRO parallel oder
H = Q_PRO senkrecht zum Profil.

Dabei geben DEL_Z und DEL_H direkt die entprechenden Komponenten des Feldes einer Untergrundstruktur wieder, während DEL_T als Differenz des Betrages der Vektorsumme aus Erdfeld und Störkörperfeld und des Betrages des ungestörten Erdfeldes ( Totalintensität, T ) brechnet wird.
Die Absolutwerte können durch Addition der im Fenster SRV aufgelisteten Bezugswerte ( Lokalfeld ) abgeschätzt werden.

! Nach dem Einlesen von Messdaten und der Auswahl einer der gemessenen Komponenten ( s. DATA I/O und CMP 1 ... ) sind das Panel H_SENSOR, die Dialogfelder SENSOR / GRADIENT COMPONENT und die Skalierung von Profil und Messhöhe inaktiv, da die dort einstellbaren Parameter durch die Messdaten festgelegt sind !

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Dialog DATA I/O :

Ein Dialogfeld ermöglicht

das Löschen, Einlesen und Ausgeben von Messdaten
mit Informationen zum Messgebiet und zur Geometrie eines Profils sowie mit Messwerten für bis zu drei auf dem Profil beobachteten Komponenten :
CLEAR DATA
Löschen aller Messdaten,
EXAMPLE OBS
"Einlesen" von Beispieldaten,
INP APPL PARAM
( nur Applet und nur, wenn im HTML-File enthalten )
"Einlesen" von Messdaten als Applet Parameter,
INP FROM FILE
( nur VOLL-Version, Applet oder Aplication )
Einlesen von Messdaten als Textfile,
OUTPUT OBS / REG / O - R
Ausgabe der Messdaten, eines ggf. berechnten Regionalfeldes und der Differenz OBS - REG.

! Falls ein Schreibzugriff auf die lokale Platte unzulässig ist, z.B. in der DEMO-Version, werden bei OUTPUT ... die Daten auf dem Bildschirm / der JAVA-Console gelistet. !

und
das Auflisten von Parametern des Datensatzes und der Messwerte in einem Textfeld
( CLR TEXT / STATUS / SURVEY / HEADER / DATA, bei sehr umfangreichen Datensätzen werden mit DSP NXT / SKP FWD / SKP BWD jeweils 500 Zeilen gelistet ).

Mit COMP 1 / 2 / 3
werden die auszugebenden Komponenten ausgewählt,

mit TRC I/O
werden im Textfeld die Ein- / Ausgaben protokolliert,

und

mit HIDE
wird das Fenster DATA I/O geschlossen.

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Dialog MODEL I/O :

Ein Dialogfeld ermöglicht

das Einlesen und Ausgeben von Modell-Parametern :
DEFAULT MODEL
"Einlesen" eines Startmodells,
( Erdoberfläche = SURFACE = 2 Punkte mit Z = 0 [m] 
1 Modell-Körper = STRUCT 1 mit quadratischem Querschnitt )
EXAMPLE MOD xx
"Einlesen" von Beispielmodellen,
INP APPL PARAM
( nur Applet und nur, wenn im HTML-File enthalten )
"Einlesen" von Modell-Parametern als Applet Parameter,
INP FROM FILE
( nur VOLL-Version, Applet oder Aplication )
Einlesen von Modell-Parametern als Textfile,
OUT ACT / SVD MODEL
Ausgabe des aktuellen / des mit SAVE ACT MOD ( im Appletmenue ) zuletzt gesicherten Modells.

! Falls ein Schreibzugriff auf die lokale Platte unzulässig ist, z.B. in der DEMO-Version, werden bei OUT ... die Daten auf dem Bildschirm / der JAVA-Console gelistet !

und
das Auflisten von aktuellen und mit SAVE ACT MOD zuletzt gesicherten Modellparametern im Textfeld.
( CLR TEXT / ACT MOD / SVD MOD ).

Mit TRC I/O
werden im Textfeld die Ein- / Ausgaben protokilliert,

und

mit HIDE
wird das Fenster MODEL I/O gesclossen.

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Fenster SRV :

Für die geographischen Koordinaten und die Höhe des Messgebietes und das Datum der Feldaufnahme wird das lokale Magnetfeld durch eine Reihenentwicklung nach Kugelflächenfunktionen ( max. Grad / Ordnung = 10 ) angenähert.
Die hier benutzten Koeffizienten des Referenzmodells ( International Geomagnetic Reference Field, IGRF ) der International Association of Geomagnetism and Aeronomy, ( IAGA ) werden bereigestellt vom National Geophysical Data Center ( NGDC ), USA.

Die Lage des Messgebiets wird mit der Maus eingestellt an den Enden der blau eingezeichneten Radien :
die geographishe Länge in einem Äquatorialschnitt der Erde ( oben links ),
die geographishe Breite in einem lokalen Meridianschnitt ( oben rechts ).

In einem Menuefeld am unteren Bildrand werden
das Datum ( 01-Jan-1900 bis 31-Dez-2009 )
und
die Höhe des Messgebietes ( 200 [m] unter NN bis 2000 [m] über NN )
angewählt,

und unter MODE

erlaubt DIA die freie Wahl aller Parameter ( Koordinaten, Datum und Höhe ) zur Berechnung des lokalen Normalfeldes,

setzt CLZ Koordinaten und Höhe auf die entsprechenden Werte für Clausthal und das Normalfeld ( unabhängig vom Datum ) auf im Programmcode vorgegebene Werte,

setzt OBS Parameter und ggf. Normalfeld auf mit Messdaten eingelesene Werte, erlaubt die Wahl nicht gesetzter Parameter und berechnet daraus ggf. ein lokales Normalfeld.

Im unteren Teil der Abbildung sind Richtung und Betrag des lokalen Feldes aufgelistet und in einer lokalen Horizontalebene ( links ) und einer lokalen Vertikalebene ( rechts ) graphisch dargestellt.

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Fenster MAP :

Ein Lageplan des Messgebiets in einem lokalen rechwinkligen Koordinatensystemgeogr. E [m], geogr. N [m] ) zeigt die Projektion in eine lokale Horizontalebne von
Messprofil ( blau )
und
Modell2-d Körper als gelbe Flächen + grüne Referenzlinien, Liniendipole als grüne Linien ).
Strukturen, deren Beitrag zum aktuell dargestellten Feld nicht berücksichtigt wurde, sind als graue Flächen / kurze Referenzlinien dargestellt.
( Referenzlinie = Projektion des "Schwerpunktes" einer Struktur im Vertikalschnitt, s. Fenster MOD.)

! Der Plan soll lediglich horizontale Ausdehnung und Orientierung von Profil und Modell verdeutlichen, d.h. die Tiefenlage von in der Projektion überlappenden Strukturen ist nicht berücksichtigt und der Effekt, daß eine Struktur ggf. eine andere vedeckt, spiegelt lediglich deren Positionen in einer Tabelle wieder, die nach aufsteigendem Index abgearbeitet wird !

Die Referenzlinie für das gesamte Modell ( magenta ) entspricht dessen "Schwerpunkt" im Vertikalschnitt und ein Pfeil ( +X, magenta ) zeigt in die pos. x-Richtung des Modellquerschnitts ( Fenster MOD ).

Der Ursprung des Koordinatensystems ( = 0 [m] E, 0 [m] N ) entspricht der geographischen Länge ( LON ) und Breite ( LAT ) des Messgebiets, die zusammen mit der Deklination ( DEC ) des Lokalfeldes in einer Überschrift aufgelistet sind.

Mit dem Mauszeiger über den Buchstaben DEC werden die aktuellen Werte für Totalintensität, Horizontal- und Vertikalkomponente des ungestörten lokalen Erdfeldes angezeigt,
die linke Maustaste zeigt einen einen roten Nord-Pfeil ( mag. N = Richtung der Horizontalkomponente des ungestörten Erdfeldes ),
die rechte Taste löscht den Pfeil.

Befindet sich der Mauszeiger über dem Schnittpunkt von Profil und Referenzlinie des Modells, werden aktuelle Parameter von Profil und Modell aufgelistet :
die Koordinaten des Schnittpunktes ( E/N_REF [m] und S_MOD [m] ) sowie Azimuth des Profils und Streichrichtung des Modells.

Menue-Feld ( am oberen Bildrand ) :

Mit MODEL, PROFILE und ROT BOTH
werden die erlaubten Mausaktivitäten angewählt :

Modell und Profil können einzeln und gemeinsam gdreht werden,
das Profil kann an den Enden verlängert / vekürzt ( linke Maustaste ) und verschoben ( rechte Taste ) werdrn.

UNDO
macht die letzte Änderung rückgängig.

! Nach dem Einlesen von Messdaten und der Auswahl einer gemessenen Komponente ( s. DATA I/O und CMP 1 ... ) ist das Profil durch die Messdaten festgelegt und kann nicht mehr verändert werden !

Zoom ist immer aktiviert :
die linke Maustaste wählt einen Ausschnitt ( graues Rechteck ), und
die rechte Taste setzt auf autom. Slalierung zurück.

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Fenster MOD :

Ein Vertikalschnitt entlang der x-Achse des Modells ( +X, magenta, im Fenster MAP, senkrecht zum Streichen ) zeigt
die Querschnitte der Modellstrukturen ( i.A. z >= 0 [m] ),
die Erdoberfläche ( i.A. z = 0 [m] oder Relief ),
die Messhöhen ( blaue Linien, i.A. z < 0 [m] oder oberhalb Relief )
und
die Projektion des Profils ( blau ) in die Schnittebene.

Der Schnitt durch einen 2-d Körper ist als ausgefülltes Polygon dargestellt :
gelb mit magenta Umrandung, wenn der Beitrag des Körpers zum Anomaliefeld in die Rechnung einbezogen ist,
grau und schwarz, wenn der Körper nicht berücksichtigt wird,
( s. unten : INCLUDE / EXCLUDE STRUCTURE ).

Der "Schwerpunkt" eines 2-d Körpers / die Position eines Liniendipols ist grün markiert durch
den Schnittpunkt zweier Linien ( "Fadenkreuz" ), wenn die jeweilige Struktur "angewählt" ist und ihr Beitrag zum Feld berücksichtigt wird,
und
ein kleines Kreuz, wenn nicht "angewählt" oder nicht berücksichtigt (s. unten : STRUCTURE 1 ... und INCLUDE / EXCLUDE ).

Der "Schwerpunkt" des gesamten Modells ist magenta markiert durch
ein "Fadenkreuz", wenn kein 2-d Körper / Liniendipol "angewählt" ist,
und
ein kleines Kreuz, wenn eine der Einzelstrukturen "angwählt" ist ( s. unten : STRUCTURE 1 ... ).

Die horizontalen Positionen der "Schwerpunkte" sind auf der x-Achse des Vertikalschnittes sowie auf der Projektion des Profils markiert und entprechen den Referenzlinien im Lageplan ( s. Fenster MAP ).

Induzierte Magnetisierung und "induziertes" Dipolmoment
sind grün dargestellt ( Ursprung = "Schwerpunkt" ),
remanente Magnetisierung und "remanentes" Dipolmoment
sind rot dargestellt ( Urprung = Endpunkt der grünen Linie ).
! Magnetisierung und Dipolmoment sind willkürlich skaliert, jedoch einheitlich für alle Magnetisierungen / alle Momente !

In einem Dialogfeld am oberen Rand des Fensters sind verschiedene Mausaktivitäten wählbar, die dann Parameter des gesamten Modells ( M O D E L ) oder eines anwählbaren 2-d Körpers / Liniendipols ( STRUCT 1 ... ) betreffen :
ZOOM ONLY
keine Parameteränderungen möglich.
MOVE MOD / STR
das Modell oder eine angewählte Teilstruktur kann vertikal oder horizontal verschoben werden am entsprechenden "Balken" oder am Zentrum ( ver. + hor. ) des jeweiligen "Fadenkreuzes".
ROTATE / SHEAR
das Modell oder ein angwählter 2-d Körper kann
gedreht werden ( linke Maustaste ),
horizontal oder vertikal geschert werden ( rechte Taste )
an einem "Balken" des jeweiligen "Fadenkreuzes"
( Fixpunkt = Zentrum des "Fadenkreuzes" ).
Horizontale und vertikale Scherung ermöglichen es, bei shräg einfallenden Strukturen mit relativ gut bekannter horizontaler Oberkante oder in verikalem Kontakt zu einer Nachbarstruktur den Einfallswinkel zu variieren, ohne deren Volumen ( hier Fläche des Querschnitts ) und horizontale / vertikale Begrenzung zu verändern.
MODIFY POINT
die Eckpunkte des angewählten Polygons ( 2-d Körpers ) lassen sich mit der Maus
vershieben
und
eliminieren ( min = 3 Punkte/Körper ), wenn sie exakt über einen ihrer Nachbarn positioniert werden.
Ein neuer Eckpunkt kann auf einer Polygonseite hinzugefügt werden ( max = 32 Punkte/Körper ).
MAGNETIZATION
der Betrag von iduzierter oder remanenter Magnetisierung / von "induziertem" oder "remanentem" Dipolmoment kann verändert werden,
die remanente Magnetisierung / das "remanente" Dipolmoment kann in der Vertkalebene gedreht werden.
Die Änderung betrifft die angewählte Teilstruktur oder alle Strukturen gleichen Typs ( 2-d Körper / Liniendipole ).
EXCLUDE / INCLUDE STRUCT
der Beitrag aller Teilstrukturen oder einer angewählten Teilstruktur wird bei der Modellrechnung ausgenommen / eigeschlossen,
um den Beitrag einzelner 2-d Körper / Liniendipole zum Gesamtfeld des Modells besser überschaubar zu machen.
( Beim Anwählen einer Teistruktur mit STRUCTURE 1 ... wird diese automatisch in die Berechnung eingeschlossen, SURFACE muß explizit mit INCLUDE eingeschlossen werden. )
COPY STRUCT
kopiert eine angewählte Struktur rechts neben das bereits existierende Modell.
ADD NEW BODY / DIPOLE
fügt dem Modell einen weiteren 2-d Körper / Liniendipol mit "default" Parametern hinzu.
REMOVE STRUCT
entfernt ( ! endgültig ! ) eine angewählte Teilstruktur aus der Strukturtabelle des Modells.

UNDO
macht die letzte Änderung rückgängig.

FIELD
zeigt die Feldlinien ( hellgrau ) und das effektive magnetische Moment ( = ind. + rem., magenta ) des angewählten Liniendipols.

Topographie :

Mit SURFACE wird die Erdoberfläche angewählt.

Mit den Menuepunkten MOVE MOD / STR ( nur horizontal ) und MODIFY POINT kann eine 2-d Topographie modelliert werden, der die Aufpunkte der Modellrechnung mit konstantem Vertikalabstand ( = Messhöhe ) folgen ( PRO=SRF ).

Mit MAGNETIZATION und INCLUDE / EXCLUDE STRUCT kann der Beitrag der Topographie zum berechneten Magnetfeld berücksichtigt / unterdrückt werden.
( Die i.A. sehr geringe Magnetisierung des Halbraums wird für die graph. Darstellung getrennt skaliert ).

Unabhängig von der jeweiligen Betriebsart der Maus ist die ZOOM Funktion immer aktiviert :

mit der linken Maustaste wird ein neuer Bildauschnitt festgelegt,
und
mit der rechten Taste wird die Skalierung zurückgesetzt ( das gesamte Modell und die Markierungen der Messhöhen sind sichtbar ).

Befindet sich der Mauszeiger über dem "Schwerpunkt" des Modells oder einer Teilstruktur, werden dessen Koordinaten ( Z / X_REF in der Bildenene, S_PRO = Schnittpunkt der entspechenden Referenzlinie im Fenster MAP mit dem Profil ) und magnetische Eigenschaften ( MAG / MOM und INC = Betrag und Inklination der effektiven Magnetisierung / des effektiven Moments  ) angezeigt.

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Fenster PRO :

Das Fenster zeigt eine graphische Darstellung von Messdaten und / oder von Daten, berechnet mit den aktuellen Parametern von Messgebiet, Profil und Modell.

Wenn keine Messdaten für die graphische Darstellung ausgewählt sind ( s. DATA I/O und CMP 1 ... ), können bis zu drei berechnete Komponenten aus dem Menue SENSOR / GRADIENT COMPONENT dargestellt werden.

Menue-Feld oben :

ADJ MOD
ermöglicht das Verschieben des Modells ( d.h. seines Schnittpunkts mit dem Profil ) längs des Profils,
und
aktiviert die Menuepunkte AUTO und APPLY, wenn zum berechneten Feld nur eine Teilstruktur beiträgt ( s. STRUCT 1 ... / SURFACE und EXCLUDE / INCLUDE STRUCT im Fenster MOD ) :

AUTO passt im dargestellten Profilausschnitt ( s. Zoom ) die berechnete Komponente an die Messwerte an, und bestimmt einen Betrag der Magnetisierung / des magn. Moments, der mit
APPLY auf die Teilstruktur angewandt wird
( Skalierung von ind. und rem. Anteil ).

UNDO
macht die letzte Änderung rückgängig.

Wenn Messdaten eigelesen sind und eine der gemessenen Komponenten ausgewählt ist, erscheint ein zweites

Menue-Feld unten :

Mit OBS / CALC DATA / OBS + CALC werden
Messdaten als blaue Rechtecke
und/oder
berechnete Werte als rote Kurve
dargestellt.

Ein den Messwerten evtl. überlagertes Regionalfeld, verursacht durch großräumige / tiefer liegende Strukturen, kann durch ein Polynom max. 6. Grades ( REG FIELD POLYNOME NONE / DEG 0 ... ) angenähert werden.

Die Eingangswerte für die Bestimmung der Polynomkoeffizienten werden mit der linken Maustaste ausgewählt ( graues Rechteck ) und durch ausgefüllte blaue Quadrate gekennzeichnet,
mit der mittleren / rechten Taste können Messwerte ausgenommen werden.

Die Darstellung des Regionalfeldpolynoms wird festgelegt durch
SHOW FCT = kein Polynom, Daten wie eingelesen / berechnet,
SHOW REG = Messdaten wie eingelesen sowie Polynom + berechnete Daten,
FCT - REG = Messdaten - Polynom sowie brechnete Daten.

Zoom ist immer aktiviert :
Die linke Maustaste setzt am unteren Bildrand einen Profilausschnitt, am linken Bildrand einen Amplitudenausschnitt, der mit der rechten Taste zurückgesetzt wird.

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Download :

Die benötigten Class-Files sind verfügbar

für die DEMO-Version ( Applet )
als zip-File und als .tar.gz-File,

und

für die VOLL-Version ( Applet + Application )
inkl. Beispiel-Files für Modell und Messdaten
als zip-File und als .tar.gz-File.

Das für die Application benögte Java Runtime Environment ( JRE ) ist bei Sun Microsystems, Inc. für verschiedene Plattformen verfügbar.

Bei beiden Versionen ist ein HTML-File enthalten, das mit

<PARAM name="MES" value="...">
und
<PARAM name="MOD" value="...">

die Übergabe von Messdaten und Modellparametern als Applet-Parameter demonstriert.
Die VOLL-Version enthält je ein Beispiel-File für die Eingabe von Messdaten und Modellparametern mit INP FROM FILE.

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Formate für Mess- und Modelldaten
als Text-Files und als Applet Parameter


Die Datenformate, ursprünglich konzipiert für Text-Files, sind zeilenorientiert mit Header- und Steuerdaten,
und bei Messdaten mit einer Liste von Koordinaten und Messwerten
mit 1 Zeile/Messpunkt und max. 9 Spalten/Zeile,
wovon max. 3 als Messwerte eingelesen werden.

Bei der Datenübergabe als Applet Parameter müssen zwei Konventionen zur Darstellung von HTML-Texten berücksichtigt werden :

Zeichefolgen "< ... >" dienen der Formatierung des HTML-Textes, und die in den Daten-Files benutzten Kennungen "<XXX>" müssen durch "#XXX>" ersetzt werden.
( In Daten-Files sind beide Formulierungen zulässig. )

Die Zeichen CR und LF ( CarridgeReturn, LineFeed ) weden überlesen,
d.h. für die Messdaten-Liste muß die ( konstante ) Zahl der Spalten/Zeile angegeben werden,
( s.u. CPL=, wird in Daten-Files überlesen. )
und
in allen anderen ( unterschiedlich langen ) Zeilen, die mit "#XXX>" oder "!" beginnen, muß das Zeilenende durch "|" ( Pipesymbol, vertikaler Strich ) markiert werden.

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Beispiel : Profilmessung als Applet Parameter

<PARAM name="MES" value="
#TIT> Gel. Prakt 03 FLUXGATE Z + H  10 [m] E|
#DAT> 27/JUN/2003|
#QPR> 10.0 [m] E|
#FMT>   S_PRO  DEL_Z  DEL_H|
#HMS>          +1.20  +1.20|
#SOD> S=1=0. C=2-3=DEL_Z=1.2=DEL_H=1.2 L=10.3=51.8=600. CPL=3|
           38   -167    249
           36   -550     42
           34   -500      3
           33   -459    -15
            *      *      *
            *      *      *
           10    -50     -8
            8    -45     16
            4     -7    -18
            0      5      2
#EOD>|">

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Die mit "#XXX>" beginnenden Header-Zeilen enthalten überwiegend Benutzerinformationen.

Lediglich das mit "#DAT>" angegebene Messdatum wird an SRV zur Berechnung des lokalen Normalfeldes übergeben
und
"#SOD>" beschreibt das Format der Messdaten :

"S=1=0."
=> Profilkoordinate S_Pro in Spalte 1, Azimuth A_S2n = 0 [deg],
( Profil S -> N )
"C=2-3=DEL_Z=1.20=DEL_H=1.20"
=> gemessene Komponenten in den Spalten 2 bis 3,
=> Spalte 2 = Delta_Z, Messhöhe H_Mes = 1.20 [m],
=> Spalte 3 = Delta_H in Richtung mag. N, Messhöhe H_Mes = 1.20 [m],
( alternativ "C=2,3" ... , und für Delta_H :
"DEL_M" = "DEL_H" => magn. N,
"DEL_G" => geogr. N,
"DEL_S" => in Profilrichtung,
"DEL_Q" => senkrecht zum Profil ),
"L=10.3=51.8=600."
=> Koordinaten des Messgebietes ( geogr. Länge u. Breite, Höhe ü. NN, hier Clausthal, s. Fenster SRV ),
( alternativ :
"L=CLZ" => Koordinaten und Normalfeld für Clausthal,
oder
"N=48700.=0.=67.0" => totalintensität, Deklination und Inklination im Messgebiet, hier Clausthal ),
"CPL=3"
=> Daten-Liste mit 3 Spalten/Zeile.
In der Liste der Messdaten markiert "#SHF>"
den Anfang eines Profilabschnitts, der das Ende des vohergehenden Abschnitts um min. 3 Messpunkte überlappt, und dessen Messwerte um einen konstanten Betrag versetzt sind ( zur Vermeidung von Messbereichsüberschreitungen, z.B. bei einem Fluxgate-Magnetometer ).
Der Versatz über ein Ausgleichspolynom im Überlappungsbereich bestimmt, und auf die Messwerte aller folgenden Profilabschnitte angewandt.

Weitere implementierte Komponenten :
"FLD_T", "FLD_Z" und "FLD_H" ( sowie _M, _G, _S u. _Q )
=> Total-, Verikal- und Horizontalintensität,
"DT/DZ=Messhöhe=Sondenabstand"
=> Vertikalgradient der Totalintensität aus 2 Messungen in unterschiedlichen Höhen,
"DEL_T"
=> Relativwerte der Totalintensität,
+ ggf. "O=off1=off2..."
=> Bezugswerte für alle mit "C=..." angegebenen Komponenten ( ggf. 0. )

Weitere implementierte Koordinaten :
"Q=n=ddd.d"
=> Koordinate Q_Pro senkrecht zur Profilrichtung in Spalte n, Azimuth A_Q2n ddd.d [deg]
( bei flächenhafter Vermessung, A_Q2n = A_S2n +/- 90 [deg],
i.A. + 90 => S, Q, Z pos. n. unten = Rechtssystem )
"T=n=DDD"
=> Uhrzeit T_Pro in Spalte n, Dimension DDD :
HOR od. ohne Dim => Stunden dezimal,
MIN => Minuten,
SEC => Sekunden,
HMS => "hhmmss"

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Beispiel : Modell als Applet Parameter

<PARAM name="MOD" value="
!     Title / Name|
#TIT> START MODEL|
!|
!          N_Ref   E_Ref   Z_Ref   A_X2n   F_Scl   N_B/D|
#MOD>      +0.00    0.00   +0.00   +0.00    1.00       1|
!|
!B/D-Num   X_Off   Z_Off    Kapa   X_Rem   Z_Rem   N_Pnt|
#SRF>       3.50   +0.00   2.e-4      0.      0.       2|
!|
!PNT_Num   X_Pnt   Z_Pnt|
#PNT>  1   +0.80    0.20|
#PNT>  2   -0.80    0.00|
!|
!B/D_Num   X_Off   Z_Off    Kapa   X_Rem   Z_Rem   N_Pnt|
#BDY>  1    5.00   +1.50      0.  -4500.  +7200.       4|
!|
!PNT_Num   X_Pnt   Z_Pnt|
#PNT>  1   +0.22   -0.96|
#PNT>  2   -0.27   -0.47|
#PNT>  3   -0.14   -0.34|
#PNT>  4   +0.35   -0.83|">

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Nur die mit "#XXX>" beginnenden Zeilen werden interpretiert,
das Zeichen "!" markiert Kommentarzeilen mit Benutzerinformationen, die das Erstellen / Editieren eines Modells erleichtern sollen.

"#TIT>"
=> Name des Modells ( bel. Text für Ausgabe / Liste ),
"#MOD>"
=> Parameter, die für das gesamte Modell gelten,
N / E / Z_Ref [m] = Nullpunkt, bezogen auf geogr. Koordinaten des Messgebietes und die Erdoberfläche,
A_X2n [deg] = Azimuth der X-Achse ( senkrecht zum Streichen ),
F_Scl = Skalierungsfaktor ( s. SCALING im Applet-Dialog ),
N_B/D = Anzahl der Teilstrukturen ( max. 6 2D-Körper / Liniendipole, außer max. 1 Geländerelief SRF ),
"#SRF>", "#BDY>" und "#DIP>"
=> Geländerelief ( optional, ohne Nummer ), 2D-Körper und Linien-Dipol ( mit Nr. ),
X / Z_Off [m] = Nullpunkt, bezogen auf N/E/Z_Ref ( MOD ),
Kapa = Suszeptibilität,
X / Z_Rem = X- / Z-Komponente der remanenten Magnetisierung,
N_Pnt = Anzahl der Eckpunkte ( max. 32, min. 3 bzw. min. 2 bei SRF ),
"#PNT>"
=> Eck-Punkt, ( nur SRF und BDY )
PNT_Num = Nummer des Punktes
X / Z_Pnt = Koordinaten, bezogen auf X/Z_Off ( SRF / BDY )
! Zählung entgegen Uhrzeiger, bei SRV : von rechts nach links !

Modellrechnung :
D_X = X(N_Ref,E_Ref,A_X2n) + X_Off(SRF/BDY) + X_Pnt - X(S_Pro,Q_Pro,A_S2n)
D_Z = Z_Ref + Z_Off(SRF/BDY) + Z_Pnt + H_Mes

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Weitere Applets : Keller-clz.de


Rev. 27-Jul-2005

Wie auch bei Produkten von Weltkonzernen üblich, wird der Benutzer / Anwender als unfreiwilliger Tester eingestzt.

Daher :

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

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