Juli - DGMK

Die Mintrop-Welle
Wir betrachten folgendes Experiment: An der Erdoberfläche befindet sich
eine Schicht mit niedrigerer Geschwindigkeit (z.B. Sandstein) und darunter
eine mit höherer Geschwindigkeit (z.B. Salz). An der Erdoberfläche wird
eine seismische Welle angeregt (z.B. durch einen Hammerschlag). Die
Welle breitet sich in radialer Richtung aus und trifft auf die Grenzfläche
zwischen den beiden Schichten. Dort wird sie reflektiert und gebrochen
(refraktiert). Es gilt das Brechungsgesetz von Snellius. Wenn der kritische
Einfallswinkel erreicht wird, entsteht die Mintrop-Welle (Kopfwelle), die an
der Grenzfläche „geführt“ wird und seismische Energie aus dem unteren
Medium in das obere Medium transportiert. Das Huygens`sche Prinzip
liefert die physikalische Erklärung. Die Energie der Mintrop-Welle ist in den
an der Erdoberfläche gemessenen Seismogrammen ab einer bestimmten
Entfernung als sog. Ersteinsatz zu erkennen. Im Fall einer horizontalen
Grenzfläche zwischen beiden Medien kann aus der Steigung der
Laufzeitgeraden der Mintrop-Welle im Zeit-Entfernungs-Diagramm direkt die
seismische Geschwindigkeit des unteren Mediums und die Tiefe der
Grenzfläche bestimmt werden.
Im (theoretischen) 2-dimensionalen Fall ist die Wellenfront der Mintrop-
Welle eben – wie in der Animation. Im 3-dimensionalen Fall ist sie konisch.
Neben der Mintrop-Welle sind in der Abbildung die direkte Welle und
reflektierte Wellen zu erkennen.
Da die Erklärung schwierig ist, haben wir auf der DGMK-Homepage eine
Animation bereit gestellt (siehe www.dgmk.de/anim.gif).
Erläuterung zur Animation
Die Animation zeigt eine Simulation der Ausbreitung seismischer Wellen. Das
numerisch berechnete seismische Wellenfeld ist in einem Vertikalschnitt für einen
Zweischichten-Fall dargestellt.
Im oberen Bild ist das Seismische Wellenfeld (die Wellenfronten sind in Abhängigkeit
von der Amplitude blau-rot eingefärbt) in einem Medium mit einer Schicht von 600 m
Mächtigkeit (hellgrün) mit einer seismischen Geschwindigkeit von 2000 m/s über
einem Halbraum (dunkelgrün) mit einer Geschwindigkeit von 4000 m/s dargestellt. Die
seismische Quelle befindet sich nahe der Oberfläche bei der Entfernung 800 m.
Im unteren Bild werden an der Erdoberfläche (Tiefe 0 m) aus der numerischen
Simulation gewonnene Seismogramme gezeigt.