Zpracování seismických dat VIII. Fokální mechanismy Josef Havíř Josef.Havir@ipe.muni.cz podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat Při prokluzu na zlomové ploše dochází obecně k šikmému pohybu paralelně s plochou zlomu. 1. Princip polarity P vln Nodální plochy vymezují čtyři kvadranty. Vždy ve dvou protějších kvadrantech lze pozorovat stejnou polaritu podélné vlny, naopak v sousedních kvadrantech je polarita opačná. □ t □ Epicentrum t □ Schematic diagram showing the direction of initial movement of particles around the focus (F) of an earthquake on a W-E dextral strike-slip fault, viewed from above (a) and the equivalent zones of compressional (C) and tensional (T) sense first motion in the seismic waves radiating outward (b). Note that due to the symmetry, an identical pattern would result from movement on an N-S sinistral strike-slip fault passing through the focus podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat Kmitání podélné vlny znamená cyklické stlačování a natahování prostředí. Ve dvou kvadrantech šířící se P vlna tedy nejprve prostředí stlačí a pak natáhne. V dalších dvou kvadrantech šířící se P vlna nejprve prostředí natáhne a pak stlačí. První pohyb částic vyvolaný podélným kmitáním směřuje ve dvou kvadrantech směrem od hypocentra (kompresní vlna). Na vertikální složce záznamu tak pozorujeme nejprve kladnou výchylku („utržení nahoru"). První pohyb částic vyvolaný podélným kmitáním směřuje v dalších dvou kvadrantech směrem k hypocentru (tahová vlna). Na vertikální složce záznamu tak pozorujeme nejprve zápornou výchylku („utržení dolů"). Ve směru šíření kompresní vlny působí tahové napětí. Ve směru šíření tahové vlny působí kompresní napětí. napětí g1 - komprese ^0 tahová vlna o / kompresní vlna napětí g3 - extenze \í Epicentrum 0 podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat 2. Fokální mechanismus Fokální mechanismy nás informují o orientaci zlomové plochy a o směru a smyslu pohybu podél této plochy. Tato informace ale není jednoznačná - fokální mechanismus ukazuje dvě řešení, z nichž jedno je skutečný zlom a druhé je plocha kolmá na zlom a na směr pohybu. Plochám definovaným fokálním mechanismem říkáme nodální plochy. Strike direction Nodal Plane 2 Nodal Plane 1 podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat Nodální plochy vymezují čtyři kvadranty. Ve dvou protějších kvadrantech působí relativní tah, v dalších dvou protějších relativní komprese. Kvadranty jsou barevně odlišeny podle toho, zda v nich působí tah či komprese. Aftershock (1999/08/17 -1999/09/17) Remove upper-half hemisphere Focal sphere (3D) Project the lower-half hemisphere m the equatorial plane Focal mechanism diagram(2D) Figure 5-3 Projection of focal sphere onto a equatorial plane. podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat Orientace plochy zlomu a směru pohybu (včetně smyslu pohybu) je vyjádřena hodnotami tří úhlů: směr zlomu (strike), sklon zlomu (dip), odklon směru pohybu v ploše zlomu (rake) Směr zlomu je chápán jako vektor a nabývá hodnot od 0° do 360°. Ze dvou možných „směrů" je vybrán vždy takový, aby byl zlom ukloněny doprava. Sklon zlomu je počítán od horizontály a nabývá hodnot od 0° do 90°. North dip angle ô y^^" " ^strike -(* fj podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat double-couple model Každý pár obsahuje dvě síly stejné velikosti a opačného směru, takže součet všech sil je nulový (systém není nikam žádnou celkovou silou tlačen či tažen). Otočné momenty obou párů sil mají stejnou velikost a opačný směr, takže součet všech momentů je nulový (systém není nucen žádným celkovým momentem k rotaci). A podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat Tenzor seismického momentu se skládá z devíti složek representujících devět jednotlivých párů sil (single-couple forces). Obsahuje nejen složky, které odpovídají double-couple modelu v ploše (vždy složky IVĽ a IVL mimo hlavní diagonálu), ale také objemové složky. Inverze vlnového obrazu Princip: nalezení takového mechanismu (tenzoru seismického momentu), při kterém se tvar ideálního vypočítaného signálu shoduje se signálem, který byl registrován na všech stanicích využitých k analýze. ■20 0 20 40 60 SO 100120KO160 -20 0 20 10 60 SH ;gľ rm-r17!-r17!-r-rTT-"i -20 0 20 40 60 SO 103120140160 podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat Zdrojový impuls registrujeme po průchodu horninovým prsotředím na stanici jako záznam seismického signálu, registrovaný záznam je ovlivněn prostředím (závisí také na vzdálenosti zdroje od stanice), kterým se signál šířil, a přístrojem, který jej zaznamenal. Green's Function Observed Station Propagate wave Unite impulsive slip podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat Vliv přístroje můžeme přesně zjistit jeho kalibrací. Vliv prostředí můžeme jen odhadnout - vyjadřujeme jej pak pomocí Greenovy funkce. Green's Function Observed Station ,...*•'' Propagate wave Unite impulsive slip seismometr (odezva - response) měřený signál záznam X(t),X(f) X(t),X(f) R(t),R(f) Y(t),Y(f) Y=R*X horninové prostředí původní signál _ měřený signál G(t), G(f) Y(t), Y(f) Y=G*X podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat Umíme-li dobře matematicky popsat oba tyto vlivy (prostředí a přístroje), můžeme vypočítat pro každý charakter fekálního mechanismu ideální tvar signálu, jaký bychom měli registrovat na stanici. seismometr (odezva - response) měřený signál záznam X(t), X(f) R(t),R(f) Y(t),Y(f) Y=R*X původní signál horninové prostředí měřený signál X(t), X(f) G(t), G(f) Y(t), Y(f) Y=G*X podzim 2011, Brno Zpracování seismických dat