Angewandte Geophysik : Seismik

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 ).

Erläuterungen

HOWTO

Beispiele

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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 Vertikalkomponente ( VER (P-WAVE) )

oder

die horizontale Inlinekomponente ( HOR (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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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 :

1 - COS / TRIANGLE / PARABOLA / RAMP

bestimmt generelle Form der Grenzfläche,

die durch Verschiebung charakteristischer Punkte mit der Maus verändert werden kann.

ALL PNTS / 71 PNTS ... 1 POINT

legt die Anzahl der diskreten Punkte fest, durch die das Interface beschrieben wird ( ALL PNTS = max = 281 Punkte ).

SCAL x 0.1 ... SCAL x 10.

bestimmt einen Skalierungsfaktor für das Modell und die Geophonauslage

( und für die "Wellenlänge" des Quellsignals ),

wodurch die horizontale Ausdehnung des Modells zwischen ca. 60 [m] und ca. 6 [km] variert werden kann.

VELOCITY n.nn [km/s] :

DEC, INC and BY 1.00 .. BY 0.01

inkrementiert / dekrementiert die für die Berechnung benutzte Ausbreitungsgeschwindigkeit in Schritten von 1.00 ... 0.01 [km/s].

SIGNAL :

KUEPPERS_2 / KUEPPERS_4 / ZERO PHASE

legt die Signalform des Quellsignals fest

( Kuepperswavelet der Ordnung 2 / 4 oder Autokorrelation eines Sweepsignals ).

SHOW SOURCE SIGNAL

zeigt die graph. Darstellung des Quellsignals im Modellfenster,

skaliert der gewählten Ausbreitungsgeschwindigkeit entsprechend

( die "Wellenlänge" kann mit der Maus justiert werden ).

TRACES :

VER (P-WAVE) / HOR (P-WAVE) / S-H (S-WAVE)

legt die in der seism. Sektion dargestellte Komponente der Bodenbewegung fest.

NO GEOM. SPREAD. / CYL. SPREADING / SPHER. SPREADING

bestimmt die Amplitudenabnahme bei der Signalausbreitung :

keine,  1 / SQRT(R)  oder  1 / R.

SECTION :

SHOT RECORD / ZERO OFFSET

legt den Typ ( Aufnahmekonfiguration ) der seism. Sektion fest.

DISP WAVE FRONTS

stellt Momentaufnahmen der Wellenfronten der direkten Welle und der Elementarwellen während der schrittweisen Simulationsrechnumg graphisch dar.

( ! Nur bei SHOT RECORD und bei einem Maßstab der Modelldarstellung von SCALE VER : HOR = 1.0 : 1,

muß ggf. durch Änderung des Seitenverhältnisses am Graphikfenster justiert werden ! ).

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

AMPLITUDE SCALING

TRUE AMPLITUDE :

konstante Amplitudenskalierung aller Spuren, bestimmt durch die Maximalamplitude aller Spuren,

AMAX PER WIND. :

wie oben, aber bestimmt durch die Maximalamplitude im aktuell dargestellten Sektionsausschnitt ( hor. und TWT Zoom ).

AUTOM. GAIN :

AGC-Skalierung der Spuren,

Länge des Quellsignals ( blau ) und des AGC-Fensters ( rot ) in der Sektion oben links dargestellt

( immer aktiv während der Registrierung, AGC-Länge justierbar mit der Maus ).

DEFLECTION

D-TRC × 0.5 ... D-TRC × 5.0 :

Amplitudenbegrenzung bei der graph. Darstellung der Spuren,

in Vielfachen des Spurabstandes.

MAX AMPL.

DEFL × 0.1 ... DEFL × 10. :

ein konstanter Faktor, der vor der Amplitudenbegrenzung angewandt wird.

SHOW DIR WAVE

Darstellung der direkten Welle in der seism. Sektion.

RUN

kontinuierliche Berechnung und Darstellung der Wellenfronten und der seismischen Spuren.

STEP

Berechnung und Darstellung in Einzelschritten.

RESET

setzt die Berechnung zurück,

Meldung ! CLICK TO CALC ... ! im Sektionsfenster,

ermöglicht die Justierung alows AGC-Laenge für den nächsten Registrierzyklus.

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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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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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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

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