Ergebnisse

Peak Ground Velocity (PGV) – Movy

Bis März 2019 wurden 13 Erdbeben mit Magnituden von ML=1.3 bis ML=3.7 analysiert. Im Movy wird PGV durch farbcodierte Symbole anschaulich dargestellt. Ab PGV = 0.1 mm/s – das entspricht etwa der Intensität II – langten an der ZAMG auch Wahrnehmungsmeldungen ein.


KORRELATION PGV – INTENSITÄT

In der obigen Abbildung sind links die beim Erdbeben von Neunkirchen, 10. November 2017, mit den MacroSeismic Sensoren gemessenen PGV (Peak Ground Velocity) kartographisch dargestellt. Die PGV-Werte sind durch Größe und Farbe der Symbole gekennzeichnet. Das Beben wurde weithin gespürt und aus dem Bereich des Epizentrums wurden vereinzelt auch leichte Schäden gemeldet. Mitarbeiter des seismologischen Dienstes der ZAMG haben aus diesen Meldungen Intensitäten nach der Europäischen Makroseismischen Skala (EMS-98), gemittelt über ganze Gemeinden abgeleitet und uns zur Verfügung gestellt. Die Abbildung rechts zeigt die Verteilung dieser Intensitäten. Die Legenden beider Abbildungen enthalten auch eine Zuordnung von PGV-Werten zu den jeweiligen Intensitäten.

Das folgende Diagramm zeigt die Intensitäten des Erdbebens von Neunkirchen über PGV. Die räumliche Zuordnung von PGV (gemessen an MacroSeismic Sensor Stationen) zu Intensitäten (Gemeinden zugeordnet) erfolgte über „nearest neighbour“, wobei der maximale Abstand mit 10 km begrenzt wurde. Erstaunlich ist, dass Intensitäten um 3.5 auch noch bei sehr geringen PGV (~ 0.2 mm/s) ausgewiesen wurden. Dem steht gegenüber, dass für das Erdbeben von Bad Fischau, 26. Mai 2018, keine Meldungen vorliegen, obwohl PGV-Werte bis ~0.4 mm/s beobachtet wurden. Diese Werte sind in dem Diagramm der Intensität 1.5 (nicht fühlbar) zugeordnet.

Für öffentliche Stellen und betroffene Bürger stellt bei einem Erdbeben die Verteilung der Intensität vermutlich die wichtigste Information dar. Die obige Abbildung und das Diagramm belegen klar, dass mit MacroSeismic Sensoren gemessene PGV-Werte hervorragend geeignet sind, in nahezu Echtzeit diese Information zu liefern. Die Zuordnung der PGV-Werte zu den Intensitäten werden wir mit wachsendem Datenmaterial noch verbessern.


MAGNITUDE

Wir berechnen spezifische MSS-Magnituden nach der folgenden Gleichung:

MSS-Magnitude = LOG10(PGV) + 1,66*LOG10 (Schrägdistanz Quelle <-> Station) + C           (Gl.1)

Wenn PGV in nanom/s und die Distanz von der Sprengung zur Station in Grad eingegeben werden, ist C gleich Null. Der Mittelwert über alle Stationen stellt ein Maß für die Stärke der Erschütterungsquelle dar. Die beiden folgenden Diagramme zeigen die gemittelten MSS-Magnituden der bisher beobachteten, bzw. ausgewerteten Erdbeben und Sprengungen.

Im Vergleich zu lokalen Magnituden, wie sie vom Erdbebendienst an der ZAMG ermittelt werden (ML) sind die MSS-Magnituden um den Betrag 0,8 (Erdbeben), bzw. 0.7 (Sprengungen) höher. Dieser Unterschied ergibt sich zum Teil aus einer zusätzlichen Konstanten in der Formel für ML (ZAMG), zum Teil aus den grundsätzlich anderen Aufstellungsorten der MacroSeismic Sensoren gegenüber Seismographen an Observatorien.


AbNAHME von PGV mit  Entfernung

Interessant ist nun, wie stark die beobachteten PGV-Werte von dem, in der Gleichung für die MSS-Magnitude (Gl.1) angenommenen, logarithmisch linearen Zusammenhang mit der Distanz von der MSS-Station zum Hypozentrum oder Sprengort abweichen. Zu diesem Zweck wurden die PGV-Werte auf eine Referenz-Magnitude (Mref) normiert und in den folgenden Diagrammen über den Distanzen dargestellt. Der Normierungsfaktor beträgt 10^(MSS-Magnitude – Mref) und folgt direkt aus Gl.1. Eine Erhöhung der MSS-Magnitude um 0,3 gegenüber der Referenz-Magnitude bedingt demnach eine Erhöhung der PGV-Werte um den Faktor 2.

Wie die beiden Diagramme zeigen, folgen die auf eine konstante Quellstärke (Mref) normierten PGV-Werte annähernd dem in Gl.1 angenommenen Zusammenhang mit dem Exponenten 1.6, allerdings innerhalb einer Bandbreite von einer ganzen Größenordnung bei gleicher Distanz. Folgende Faktoren bedingen diese große Bandbreite:

  • variable Abstrahlcharakteristik eines Erdbebens / einer Sprengung in unterschiedliche Richtungen,
  • Einfluss der Geologie, bzw. der seismischen Eigenschaften des die seismischen Wellen übertragenden Mediums,
  • unterschiedliches Schwingungsverhalten der Gebäude, in denen die MacroSeismic Sensoren montiert sind.

Mit wachsendem Datenmaterial wird es möglich sein, die einzelnen Faktoren zu separieren und damit die Vorhersagbarkeit von Erdbeben- oder Sprengerschütterungen zu verbessern.


Stationskorrekturen

Nachdem wir mit unseren MacroSeismic Sensoren bereits über 40 Sprengungen im Steinbruch Dürnbach beobachteten, reicht das Datenmaterial für die Bestimmung von Stationskorrekturen aus (mit Ausnahme der Station HOFL). Diese Korrekturen erfassen den Einfluss des Baugrundes und des unterschiedlichen Schwingungsverhaltens der Gebäude an der Stelle, an der der jeweilige MacroSeismic Sensor montiert ist. Da die Sprengstellen im Verhältnis zur Ausdehnung des Messnetzes nur geringfügig variieren, berücksichtigen die Korrekturen in diesem Fall auch den Einfluss der Geologie entlang des Ausbreitungsweges der seismischen Wellen. Das folgende Diagramm zeigt die Stationskorrekturen für die Messstellen im Umfeld des Steinbruchs.

Wie das folgende Diagramm zeigt, reduziert die Anwendung der Stationskorrekturen auf die PGV-Werte die Schwankungsbreite ganz erheblich. Die verbleibende Streuung um einen logarithmisch linearen Abfall mit der Entfernung vom Sprengort ist noch von der variablen Abstrahlcharakteristik der Sprengungen, aber auch dem Fehler in der Bestimmung der Magnitude bestimmt. Die Magnitude kann jedoch durch die Anwendung der Stationskorrekturen noch genauer bestimmt werden.