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Erdbeben: Peak Ground Velocity (PGV)

Bis August 2019 wurden 23 Erdbeben mit Magnituden von ML=1.3 bis ML=3.7 analysiert. Als Beispiel zeigt das folgende Bild PGV anschaulich durch farbcodierte Symbole in einer Karte dargestellt. Ab PGV = 0.1 mm/s – das entspricht etwa der Intensität II – langten an der ZAMG auch Wahrnehmungsmeldungen ein. PGV Karten aller bisher ausgewerteten Erdbeben befinden sich im Archiv.


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.


Erdbeben: Magnitude

Wir berechnen spezifische MSS-Magnituden nach der folgenden Gleichung:

MSS_M= LOG10(PGV) – exp*LOG10 (Schrägdistanz Quelle <-> Station) + C           (Gl.1)

Wenn PGV in nanom/s und die Distanz von der Quelle zur Station in Grad eingegeben werden, ist C gleich Null. Aus den bisherigen Ergebnissen wurde die Konstante exp=-2.1 bestimmt. Der Mittelwert der Magnituden über alle Stationen stellt ein Maß für die Stärke der Erschütterungsquelle dar. Das folgende Diagramm zeigt die gemittelten MSS_M der bisher beobachteten, bzw. ausgewerteten Erdbeben.

Im Vergleich zu lokalen Magnituden (ML), wie sie vom Erdbebendienst an der ZAMG ermittelt werden (ML) sind die MSS-Magnituden um den Betrag 0,8 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.


Erdbeben: 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 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_M- Mref) und folgt direkt aus Gl.1. Eine Erhöhung der MSS_M um 0,3 gegenüber der Referenz-Magnitude bedingt demnach eine Erhöhung der PGV-Werte um den Faktor 2.

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

  • variable Abstrahlcharakteristik eines Erdbebens 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.


Steinbruch Dürnbach: Peak Ground Velocity (PGV)

Die Erschütterungen der Produktionssprengungen im Steinbruch Dürnbach werden von den Stationen des MacroSeismic Sensor Netzes bis zu einem Abstand von 10 km erfasst. Die folgende Abbildung zeigt die aus den Echtzeitdaten abgelesenen PGV Werte der letzten Sprengung in einer Karte.

PGV-Karten der Sprengungen im Steinbruch Dürnbach können seit August 2019 aufgerufen werden. >>Datenarchiv

Steinbruch Dürnbach: Magnituden

Analog zur Vorgangsweise bei den Erdbeben bestimmen wir Magnituden (MSS_M) eals Maß für die Stärke einer Sprengung. Das folgende Diagramm zeigt die Magnituden der Sprengungen im Jahr 2019.

Mittlerweile sind wir in der Lage, die Magnituden der einzelnen Sprengungen auch ohne Kenntnis deren genauer Lage hinreichend genau zu bestimmen (im Diagramm MSS_M_preliminary). Selbstverständlich nutzen wir auch die geodätisch eingemessenen Koordinaten der Sprengorte, sobald sie vorliegen (im Diagramm MSS_M).

Steinbruch Dürnbach:
Abnahme von PGV mit  Entfernung

Abnahme von PGV mit dem Abstand von der Sprengstelle

Die obigen drei Diagramme zeigen PGV Werte über den Abstand von der Sprengstelle. Das linke Diagramm enthält die originalen Messwerte. Im mittleren Diagramm sind diese Werte auf die Magnitude MSS_M=2.0 reduziert. Im rechten Diagramm wurden die, auf MSS_M= 2.0 reduzierten PGV Werte auch noch mit den Stationsverstärkungsfaktoren (siehe das folgende Diagramm) korrigiert.

Für die Berechnung der Magnitude MSS_M werden PGV-Werte, korrigiert  mit den Stationsverstärkungsfaktoren herangezogen. Eine Publikation, in der die Nutzung des MacroSeismic Sensor Netzes zum Monitoring der Sprengungen im Steinbruch Dürnbach beschrieben wird, ist bei den Berg- und Hüttenmännische Monatsheften (BHM) zur Publikation angenommen.