Finite-frequency tomography with complex body waves

Seismische Tomographie ist die eindrücklichste und intuitivste
Methode, Informationen über das tiefe Erdinnere, von der Kruste bis
an die Kern-Mantel-Grenze zu erlangen. Die von entfernten Erdbeben
aufgezeichneten Bodenbewegungen werden mit den für ein einfaches
Erdmodell vorhergesagten verglichen, um ein verbessertes Modell zu
erhalten. Dieses dreidimensionale Modell kann dann geodynamisch
oder tektonisch interpretiert werden. Durch die Entwicklung
leistungsfähiger Computersysteme kann die Ausbreitung seismischer
Wellen mittlerweile im gesamten messbaren Frequenzbereich simuliert
werden, sodass dieses gesamte Spektrum der Tomographie zur
Verfügung steht. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der
Verbesserung der Wellenformtomographie. Zum einen wird die
Nutzbarkeit eines komplexen Typs seismischer Wellen, der in der
Mantelübergangszone zwischen 410 und 660 km Tiefe gestreuten
triplizierten Wellen ge-zeigt. Diese Wellen versprechen eine
erheblich bessere Auflösung der geodynamisch wichtigen
Diskontinuitäten zwischen oberem und unterem Mantel als bisher
verwendete teleseismische Wellen. Zum anderen wird der nichtlineare
Einfluss des Erdbebenmodells auf die Wellenformtomographie
untersucht. Mittels Bayesianischer Inferenz werden
Wahrscheinlichkeitsdichten für die Herdparameter des Erdbebens, wie
Tiefe, Momententensor und Quellfunktion bestimmt. Dazu wird zuvor
ein Modell der Messunsicherheit und des Modellierungsfehlers in der
Herdinversion bestimmt, das bis dato nicht vorlag. Dabei zeigt sich
im Weiteren, dass der Effekt der Unsicherheit im Herdmodell eine
nichtlineare und bisher weitgehend ignorierte Feh-lerquelle in der
seismischen Tomographie ist. Dieses Ergebnis ermöglicht es, die
Varianz seismischer Laufzeit- und Wellenformmessungen sowie die
Kovarianz zwischen einzelnen Messstationen zu bestimmen. Die
Ergebnisse dieser Arbeit können in Zukunft erheblich dazu
beitragen, die Unsicherheiten der seismischen Tomographie
quantitativ zu bestimmen, um eventuell vorhandene Artefakte zu
zeigen und damit geologischen Fehlinterpretationen tomographischer
Ergebnisse vorzubeugen.