Forschungsbericht 1994-96: Institut für Geophysik

Institut für Geophysik

Bundesstraße 55, 20146 Hamburg, Tel.: 4123-2973

Wissenschaftliche Mitglieder

Professoren
Dr. Seweryn J. Duda; Dr. Dirk Gajewski; Dr. Hans Bodo Hirschleber (bis März 96); Dr. Jürgen Klußmann; Dr. Jannis Makris; Dr. Wilfried Weigel

Wiss. Mitarbeiter
Dr. Gholamali Dehghani; Dr. Bernd Kummer (bis März 96); Dr. Ekkehart Tessmer (seit Jan. 94); Dr. Gisa Teßmer (bis Okt. 94)

Gastwissenschaftler
Prof.Dr. B. Kashtan; Prof.Dr. Dan Kosloff; Prof.Dr. Tatiana B. Yanovskaya (Jan. 94 - Febr. 94)

Allgemeiner Überblick

Im Institut für Geophysik sind 5 Professoren, 3 wissenschaftliche Mitarbeiter und 6 Angestellte des technischen und Verwaltungspersonals hauptamtlich tätig. Weitere 13 wissenschaftliche Mitarbeiter und 6 technische Angestellte sind mit Aufgaben in drittmittelfinanzierten Forschungsprojekten beschäftigt.
Z.Zt. werden etwa 100 Studentinnen und Studenten im Fachgebiet Geophysik ausgebildet, von denen eine große Zahl nach dem Vorexamen an den Forschungsaufgaben des Institutes mitarbeitet. Diese Aufgaben konzentrieren sich im wesentlichen auf drei Gebiete:

Marine Geophysik
Angewandte und Umwelt-Geophysik
Erdbebenseismik

Auf diesen Gebieten wird in insgesamt fünf Arbeitsgruppen - dazu gehört die Erdbebenstation der Geophysikalischen Institute - Forschung betrieben. Zwei Gruppen beschäftigen sich schwerpunktmäßig in teils unterschiedlichen Zielrichtungen mit der Marinen Geophysik, dem gegenwärtigen Hauptthema des Instituts.

Forschungsschwerpunkte

Marine Geophysik

Die Aktivitäten erstrecken sich in: Grundlagenforschung, rohstoffbezogene Forschung, Instrumententwicklung in der Seismik, Entwicklung und Erprobung neuer Methoden zur Nutzung der Informationsinhalte geophysikalischer Daten.

Hauptziele der Grundlagenforschung sind:

Aufschluß untermeerischer Strukturen (aktive und passive Kontinentalränder, Sedimentbecken, aktive und passive Rückenzonen, Mikrokontinente, Kuppen, Transformstörungen) zum besseren Verständnis der ozeanischen Entwicklungsgeschichte (Riftstadium, Driftstadium, Entstehung ozeanischer Lithosphäre, Intraplatten- und mittelozeanischer Rücken-Vulkanismus, Entwicklung passiver und aktiver Kontinental-Ränder, Beckenbildung)
Beiträge zum Verständnis geodynamischer Prozesse, Erfassung der ozeanischen und kontinentalen Lithosphäre, Konvektionsprozesse, Isostasie und Antrieb horizontaler und vertikaler Plattenbewegungen, Seismizität und Deformation ozeanischer Kruste und Lithosphäre
Geophysikalische Erkundung von geeigneten Bohrlokationen im Rahmen des Ocean-Drilling-Projektes (ODP) zur Lösung spezieller Fragestellungen im Bereich der Geowissenschaften (Geophysik, Petrologie, Geologie)
Akustische Eigenschaften von Flachwasser. Regional wurde in folgenden Gebieten geforscht: Nordatlantik, Skagerrak, Nordsee, Ostsee, Mittelmeer, Rotes Meer, West- und Zentral-Pazifik, USA. Dabei wurden reflexionsseismische, refraktionsseismische, gravimetrische und magnetische Meßinstrumente eingesetzt. Für die Anregung seismischer Energie wurden Airguns, Sleeveguns und Waterguns verwendet. Auf dem Gebiet der Instrumentenentwicklung wurden digital aufzeichnende Ozeanbodenseismographen entwickelt sowie ein vertikales Empfangsarray (Richtempfang und Vertikalstapelung seismischer Signale) zur Verbesserung des Nutz-/Störsignalverhältnisses.

Angewandte und Umwelt-Geophysik

Im Vordergrund steht das Studium von seismischen Wellenausbreitungsvorgängen mit Hilfe von numerischen Methoden in Hinblick auf aktuelle Fragestellungen zur Interpretation von Felddaten der angewandten Seismik.

Folgende Fragestellungen wurden untersucht:

Laterale Änderungen von Reflexionseigenschaften bestimmter Horizonte und Veränderungen seismischer Eigenschaften in Sedimentschichten
Verfahren zur Abbildung des Untergrundes
Strukturell bedingte Extinktion seismischer Wellen
Modellierung der Wellenausbreitung im dreidimensionalen Raum in isotropen und anisotropen Medien
Prozessing seismischer Daten einschließlich Migration und Tomographie
Erprobung unterschiedlicher geophysikalischer Methoden zur Erfassung kontaminierter Böden und Umweltschäden

Erdbebenseismik

Die Arbeiten erstrecken sich im wesentlichen auf folgende Bereiche:

Natürliche seismische Quellen als Ursache von seismischen Raum- und Oberflächenwellen, die als Informationsträger über das Erdinnere (Struktur, Inhomogenitäten, physikalische Eigenschaften) genutzt werden; Ausbreitungseigenschaften
Stärke (Erdbebenmagnitude nach Richter; spektrale Magnitude von Erdbeben und deren Ursachen (Herdmechanismen, Abstrahlcharakteristik))
Fragen zur Erdbebenvorhersage in internationaler Kooperation, Nahfelduntersuchungen
Im instrumentellen Bereich werden, z.B. in Kooperation mit China, neue Wege zur Breitbandregistrierung beschritten. Eine seismologische Breitbandstation im Vorgebirge des Himalaya wird in Zusammenarbeit mit der University of Roorkee in Roorkee, Indien, betrieben.
Durchmusterung der Herdparameter der stärksten Weltbeben seit der Jahrhundertwende, in Zusammenarbeit mit dem Observatorium in Göttingen (Nordhalbkugel) und La Paz (Südhalbkugel)
Neben den normalen Observatoriumsaufgaben standen in der Erdbebenstation Hamburg (HAM) die Arbeiten für den Ausbau des digitalen seismologischen Breitband-Netzes (GRSN) im Vordergrund. Mit dem GRSN als völlig neuartigem Instrumentarium wurden Forschungsprojekte begonnen: Untersuchung des Wellenfeldes der seegangserzeugten Mikroseismik, Untersuchung der richtungsabhängigen Dispersion von Oberflächenwellen.

Beobachtungsergebnisse werden zum internationalen Gebrauch im "Bulletin of the International Seismological Centre" veröffentlicht.

Wissenschaftliche Zusammenarbeit

Das Institut pflegt Kontakte zu einer großen Zahl in- und ausländischer Institute. Es bestehen Beziehungen zu den Ländern: Bolivien, China, Dänemark, Finnland, Frankreich, Griechenland, Großbritannien, Indien, Indonesien, Iran, Irland, Israel, Italien, Kanada, Marokko, Norwegen, Pakistan, Peru, Rußland, S-Korea, Saudi-Arabien, Schweiz, Spanien, USA.

Nationale Kooperation wird zu folgenden geophysikalischen Institutionen gepflegt:

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR), Hannover
Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie, Hamburg
Alfred-Wegener-Institut für Polarforschung, Bremerhaven
GEOMAR, Forschungszentrum für marine Geowissenschaften der Christian-Albrechts-Universität, Kiel
Seismologisches Zentralobservatorium Gräfenberg, Erlangen
Univ. Kiel, Bremen, Berlin, München, Karlsruhe, Frankfurt a.M.
Geoforschungs-Zentrum, Potsdam
Institut für Osteseeforschung, Rostock-Warnemünde
Preussag Energie GmbH, Lingen
RWE-DEA Hamburg
DGMK
MOBIL London

Anwendung in der Praxis

Die Ergebnisse geophysikalischer Meeresforschung können Hinweise für die Entstehung und Existenz von Rohstoffen geben (Hydrothermalgebiete: Erzlagerstätten; Sedimentbecken: Erdgas-/Erdölvorkommen).
Ferner werden Ozeanbodenseismographen mit Langzeitregistrierung für marine Seismizitätsmessungen eingesetzt.
Spezielle Datenbearbeitungs- und Auswertemethoden führen zu einem besseren Verständnis von Wellenausbreitungsvorgängen und der Interpretation von Wellentypen sowie zu einer Optimierung geologisch/petrologischer Aussagen. Wichtige diesbezügliche Erkenntnisse ergeben sich aus der 3D-Modellierung. Durch umweltgeophysikalische Untersuchungen werden kontaminierte Böden und Metallobjekte in Mülldeponien geortet.
Praxisbezogene Erdbebenstudien benutzt man zur Erhöhung der Sicherheit von Personen in Erdbebengebieten. Durch die Entwicklung von Instrumenten, wie die Breitbandregistrierung und Aufzeichnung seismischer Daten mit hoher Dynamik (Digitalgeräte) konnte die Datenqualität erhöht werden.

Technische Ausstattung

Das Institut verfügt über ein Elektronik-Labor, eine feinmechanische Werkstatt und über Möglichkeiten für die Erprobung seegeophysikalischer Meßgeräte. Arbeitsgruppengebunden stehen Rechner zur Verfügung wie PC's, mehrere Workstations und gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie und dem Meteorologischen Institut eine Großrechenanlage zur Verfügung. Das Institut verfügt über eine reflexionsseismische Ausrüstung (DFS-V-Apparatur, EPC-Schreiber, 24-kanaliger Hochauflösungsstreamer, einen 48-kanaligen Standard-Streamer), sechs Kompressoren (Junkers), zehn Airguns und eine Watergun, ein Seegravimeter KSS30 mit Datenerfassungsanlage, ein Seemagnetometer ELSEC, 50 Ozeanbodenseismographen für Seismizität und Weitwinkel-Seismik. Für terrestrische Messungen sind diverse Geräte vorhanden: 50 mobile seismische Apparaturen, zwei Gravimeter, zwei Magnetometer, eine Geoelektrikapparatur, Geräte für elektromagnetische Messungen sowie eine Radarapparatur.

Ausstattungsmängel

Das Institut benötigt im personellen Bereich: Zwei Assistentenstellen und zwei Techniker-Stellen für die Betreuung der marinen Ausrüstung und der Rechenanlagen.
Gerätemäßig ist es wünschenswert, eine 24-kanalige seismische Apparatur neuzubeschaffen.
Sachmittel sind zu gering und reichen nicht aus für die Betreuung und Reparatur der vorhandenen Geräte bzw. die Abdeckung der Materialkosten für laufende und geplante Forschungsprojekte.

Drittmittel 1996

Keine Angaben

Periodische Veröffentlichungen

Berichte aus dem Zentrum für Meeres- und Klimaforschung der Universität Hamburg (Mitherausgabe)
TECTONOPHYSICS, International Journal of Geotectonics and the Geology and Physics of the Interior of the Earth (Mitherausgabe)
Journal of Geodynamics (Mitherausgabe)

Forschungsprojekte

15.050.01	Geophysikalische und geologische Untersuchungen der submarinen Flanken der Vulkaninseln Gran Canaria und Tenerife (Ozeanvulkan)- METEOR-Fahrt 24
15.050.02	Auswertung der METEOR-Expedition Nr. 24 (Kanarische Inseln)
15.050.03	Geophysikalische Vermessungen im Südpazifik
15.050.04	Magnitudenkalibrationsfunktionen (Magnitude Calibrating Functions) - Arbeitsgruppe der Internationalen Assoziation für Seismologie und die Physik des Erdinneren (IASPEI)
15.050.05	Berechnung von Strahlen in heterogenen Medien mittels Wellenfrontenkonstruktion
15.050.06	Numerische und geometrische Modellierung reflexionsseismischer Daten
15.050.07	LITASEIS - Seismische Anisotropie und stratigraphische Dämpfung als Merkmale von Feinschichtfolgen sedimentärer Becken und ihre Auswirkung auf das seismische Processing
15.050.08	Nahfeld einer Quelle bei Anisotropie und separate Wellenfelder in Feinschichtung
15.050.09	Berechnung von Laufzeiten für dreidimensionale Medien
15.050.10	Schnelle Berechnung von synthetischen Seismogrammen in anisotropen Medien mit Störungsrechnung unter Einbeziehung der quasi-Scherwellenkopplung
15.050.11	Teufenvorhersage mit pre-stack Tiefenmigration und Qualitätskontrolle durch Modellierung
15.050.12	Quantifizierung von Gefügeanisotropie an Gesteinen der KTB und ihre Bedeutung für die seismische Krustenstrukturierung
15.050.13	Stratigraphische Modellierung und Inversion
15.050.14	Geophysikalische Untersuchungen im Lofoten Becken von Bord des Forschungsschiffes METEOR (Fahrt M 7/1)
15.050.15	Reflexionsseismische Untersuchungen im Bereich der Kanaren - METEOR-Fahrt 16/4 - Presite-survey im Rahmen von VICAP (Projekt im DFG-Schwerpunkt "Auswertung von METEOR-Expeditionen")
15.050.16	Geophysikalische Untersuchungen am Lofoten Margin, Nord-Norwegen
15.050.17	SHEFÄ - Shetland - Faröer Basin
15.050.18	ISFA 1993 - Ein seismisches Profil über den Island-Färöer Rücken
15.050.19	Seismizitäts- und Krustenstruktur des Toten Meer-Grabens
15.050.20	Untersuchung der Teisseyre-Tornquist Zone 1993, FS VALDIVIA (VA 139)
15.050.21	Geophysikalische Untersuchungen und Geodynamik des östlichen Mittelmeeres
15.050.22	Untersuchungen im Baltischen Raum zwischen Schweden und Litauen (VEJAS)
15.050.23	Seismizitätsmessungen in Zypern, flachwasserseismische Messungen in der Bucht von Laruaca, Aufbau eines mikroseismischen Netzwerks
15.050.24	Untersuchung der mikroseismischen Aktivität des Toten-Meer-Grabens
15.050.25	Lira Geotraverse - SPP "Antarktisforschung"
15.050.26	Ligurische Seismizität
15.050.27	Trans-Europäische Verbindungs-Zone (Trans-European Suture Zone), Polen 1993
15.050.28	Sisbalig II - Untersuchung der natürlichen Seismizität im ligurischen Meer
15.050.29	Seismizität der Ligurischen See (SISBALIG II)
15.050.30	Krustenstruktur zwischen dem östlichen Ross-Meer und dem transantarktischen Gebirge.
15.050.31	Rechenzeitoptimierte Modellierung der seismischen Wellenausbreitung mit Hilfe von Finite-Differenzen Verfahren mit lokal variierenden Zeitschritten
15.050.32	Tiefenseismische Untersuchungen am passiven Kontinentalrand von Ostgrönland: Grönland - Kolbeinsey Rücken mit FS POLARSTERN
15.050.33	Geophysikalische Untersuchungen an "Hot Spot"-Systemen im Südpazifik (Midplate II) mit FS SONNE (SO 65/2)
15.050.34	Geophysikalische Untersuchungen anomaler Lithosphäre (Große METEOR-Bank - Atlantis-Kuppe)
15.050.35	Untersuchung der Tiefenstruktur des Jan Mayen- und Aegir-Rückens
15.050.36	Geophysikalische Untersuchungen im Bereich der Kanaren - METEOR-Reise 16/4 - Presite survey
15.050.37	Geophysikalische Untersuchungen an der Grenze Europa-Afrika unter dem Mittelmeerrücken
15.050.38	Auswertung von METEOR-Expeditionen: 1. OZELITH M12/2; 2. VICAP M16/4; 3. Mittelmeerrücken M25/4
15.050.39	Seismische Geschwindigkeitsbestimmung der Oberkruste in der Tiefsee - Aufbau einer Meßanordnung und erste Testmessungen (SEEBOSEIS 95)
15.050.40	Austauschprozesse zwischen Kruste und Ozean, (EXCO, SO 105): Physikalische Krustenparameter