Thesis (Ph. D.)--University of Washington, 2006. / Vita. Includes bibliographical references (leaves 266-272).

Thesis (M.S.)--University of Missouri-Columbia, 2006. / The entire dissertation/thesis text is included in the research.pdf file; the official abstract appears in the short.pdf file (which also appears in the research.pdf); a non-technical general description, or public abstract, appears in the public.pdf file. Title from title screen of research.pdf file viewed on (February 23, 2006) Includes bibliographical references.

Recovery from disaster is a challenging period for any community. Long-term recovery is important, especially in relation to the built heritage, but it is among the least explored phases of disaster. Identifying past problems is needed to reduce future recovery complications. This study investigates the long-term recovery of public and Non-Government Organizations (NGO) owned historic buildings after an earthquake in the light of chosen sustainability variables. It examines San Francisco after the 1989 Loma Prieta earthquake as a case study and analyzes time needs, community participation, and maintenance of historic character, to identify whether historic buildings faced special issues and the variables involved. The study uses different methods. It statistically compares data for a sample of public and NGO owned buildings in San Francisco and then analyzes the dynamics of recovery for three buildings that faced delays. The study has found that historic buildings faced delays in recovery but such delays were sometimes the results of major rehabilitation projects, thus having long-term benefits. There are many variables in the recovery process that delay historic buildings and can be addressed to reduce future delays, which are mostly results of the context, process, and players. Time needs for the recovery of buildings are affected by their function, damage level, and status. Also, the sustainability of the process needs to be addressed, mainly in terms of the way historic buildings are valued, and the degree to which such valuation allows them to be part of the heritage of the community at large.

La Belgique et les régions voisines sont situées loin des limites des plaques tectoniques, pourtant, l'activité sismique y démontre l'existence de phénomènes géodynamiques récents. Le séisme historique le plus important (magnitude 6 ¼) au nord des Alpes s'est produit le 18 septembre 1692 dans le nord de l'Ardenne et a été fortement destructeur dans la région de Verviers, provoquant des dégâts légers jusqu'à Londres. L'étude de l'activité sismique en Ardenne et l'identification de failles actives en lien avec la tectonique active régionale est donc primordiale pour la caractérisation du cadre séismotectonique et donc de l'évaluation de l'aléa sismique de la région. L'activité sismique depuis 1985, date de l'installation du réseau sismique moderne en Belgique, a été étudiée en matière de localisation relative des séismes et de caractérisation de leur distribution spatiale en relation avec les mécanismes au foyer. Cette étude a été effectuée après adaptation, comparaison et évaluation de la qualité des différents algorithmes de relocalisation disponibles. Une structuration de l'Ardenne a été mise en évidence en étudiant la relation entre la distribution géographique et la profondeur d'occurrence des séismes. Différents alignements des foyers sismiques et le lien avec une structure plane ont été déterminés, par exemple dans la région de Charleroi, sous les Hautes-Fagnes ou dans la région de Manderfeld. La corrélation entre les structures de la croûte sous l'Ardenne mises en évidence par les grandes études géophysiques dans les années 70-80 et la distribution géographique des séismes illustrent le rôle important joué par la Zone Faillée de Hockai, qui limite l'Ardenne en terme de propriétés rhéologiques déduites de la profondeur des foyers sismiques. Nous montrons aussi la faiblesse de l'hypothèse affirmant que la Faille du Midi accommode la déformation actuelle dans nos régions. De même, la corrélation entre les anomalies magnétiques et gravimétriques de la croûte sous l'Ardenne a été étudiée qualitativement. Les causes et conséquences du soulèvement Cénozoïque ont été critiquées objectivement. Cette première partie permet de dessiner un cadre séismotectonique bien défini en Ardenne. L'identification de failles actives sur le terrain en Ardenne est compliquée par le faible taux de déformation qu'elle subi. Les grands tremblements de terre sont peu fréquents et leur trace éventuelle à la surface est rapidement effacée par l'érosion et l'altération. La Zone Faillée de Hockai (ZFH), siège supposé du séisme de 1692, a été étudiée par des méthodes de prospections géophysiques le long d'un profil de 6 km sur la Crête de la Vecquée. Différentes structures ont pu être mises en évidence, certaines en lien avec la stratigraphie et d'autres avec des structures faillées orientées dans une direction similaire à celles connues pour la ZFH. Ce premier profil d'envergure donne des arguments importants pour la recherche de failles actives en lien avec la ZFH au niveau de la Crête de la Vecquée et leur lien potentiel avec la séquence de séismes de 1989-1990.

Earthquake swarms occur frequently in West Bohemia, Central Europe. Their occurrence is correlated with and propably triggered by fluids that escape on the earth's surface near the epicentres. These fluids raise up periodically from a seemingbly deep-seated source in the upper mantle. Moment tensors for swarm events in 1997 indicate tensile faulting. However, they were determined under assumption of seismic isotropy although anisotropy can be observed. Anisotropy may obscure moment tensors and their interpretation. In 2000, more than 10,000 swarm earthquakes occurred near Novy Kostel, West Bohemia. Event triggering by fluid injection is likely. Activity lasted from 28/08 until 31/12/00 (9 phases) with maximum ML=3.2. High quality P-wave seismograms were used to retrieve the source mechanisms for 112 events between 28/08/00 and 30/10/00 using > 20 stations. We determine the source geometry using a new algorithm and different velocity models including anisotropy. From inversions of P waves we observe ML<3.2, strike-slip events on steep N-S oriented faults with additional normal or reverse components. Tensile components seem to be evident for more than 60% of the processed swarm events in West Bohemia during the phases 1-7. Being most significant at great depths and at phases 1-4 during the swarm they are time and location dependent. Although tensile components are reduced when anisotropy is assumed they persist and seem to be important. They can be explained by pore-pressure changes due to the injection of fluids that raise up. Our findings agree with other observations e.g. correlation of fluid transport and seismicity, variations in b-value, forcing rate, and in pore pressure diffusion. Tests of our results show their significance.

Recent large earthquakes put in evidence the need of improving and developing robust and rapid procedures to properly calculate the magnitude of an earthquake in a short time after its occurrence. The most famous example is the 26 December 2004 Sumatra earthquake, when the limitations of the standard procedures adopted at that time by many agencies failed to provide accurate magnitude estimates of this exceptional event in time to launch early enough warnings and appropriate response. Being related to the radiated seismic energy ES, the energy magnitude ME is a good estimator of the high frequency content radiated by the source which goes into the seismic waves. However, a procedure to rapidly determine ME (that is to say, within 15 minutes after the earthquake occurrence) was required. Here it is presented a procedure able to provide in a rapid way the energy magnitude ME for shallow earthquakes by analyzing teleseismic P‑waves in the distance range 20-98. To account for the energy loss experienced by the seismic waves from the source to the receivers, spectral amplitude decay functions obtained from numerical simulations of Greens functions based on the average global model AK135Q are used. The proposed method has been tested using a large global dataset (~1000 earthquakes) and the obtained rapid ME estimations have been compared to other magnitude scales from different agencies. Special emphasis is given to the comparison with the moment magnitude MW, since the latter is very popular and extensively used in common seismological practice. However, it is shown that MW alone provide only limited information about the seismic source properties, and that disaster management organizations would benefit from a combined use of MW and ME in the prompt evaluation of an earthquake’s tsunami and shaking potential. In addition, since the proposed approach for ME is intended to work without knowledge of the fault plane geometry (often available only hours after an earthquake occurrence), the suitability of this method is discussed by grouping the analyzed earthquakes according to their type of mechanism (strike-slip, normal faulting, thrust faulting, etc.). No clear trend is found from the rapid ME estimates with the different fault plane solution groups. This is not the case for the ME routinely determined by the U.S. Geological Survey, which uses specific radiation pattern corrections. Further studies are needed to verify the effect of such corrections on ME estimates. Finally, exploiting the redundancy of the information provided by the analyzed dataset, the components of variance on the single station ME estimates are investigated. The largest component of variance is due to the intra-station (record-to-record) error, although the inter-station (station-to-station) error is not negligible and is of several magnitude units for some stations. Moreover, it is shown that the intra-station component of error is not random but depends on the travel path from a source area to a given station. Consequently, empirical corrections may be used to account for the heterogeneities of the real Earth not considered in the theoretical calculations of the spectral amplitude decay functions used to correct the recorded data for the propagation effects. / Starke Erdbeben in letzter Zeit zeigten deutlich den steigenden Bedarf nach einer Verbesserung und Entwicklung von stabilen und schnellen Methoden, um die Magnitude eines Erdbebens korrekt innerhalb kürzester Zeit nach dessen Auftreten zu ermitteln. Das bisher bekannteste Fallbeispiel in diesem Zusammenhang stellt das Sumatra-Erdbeben vom 26 Dezember 2004 dar. Dieses außergewöhnliche Ereignis zeigte deutlich die Grenzen der bisher gängigen und von den meisten Behörden zu dieser Zeit verwendeten Methoden zur Ermittlung der Erdbebenmagnitude. So konnte für dieses Beben mit den gängigen Ansätzen zeitnah die Magnitude nicht korrekt bestimmt werden / um eine angemessene Frühwarnung und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Die Energiemagnitude ME steht in direkter Verbindung mit der abgestrahlten seismischen Energie ES und stellt somit eine guten Abschätzung für den Hochfrequenzanteil dar, der von der Quelle ausgestrahlt wird und in die seismischen Wellen einfließt. Eine Methode, welche eine schnelle Ermittlung von ME ermöglicht (d.h. innerhalb von maximal 15 Minuten nach dem Erdbeben) wäre in diesem Falle benötigt worden. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die eine solche schnelle Ermittlung der Energiemagnitude ME für oberflächennahe Erdbeben ermöglicht, indem teleseismische P-Wellen im Bereich von 20°-98° analysiert werden. Um den Energieverlust der seismischen Wellen von deren Quelle bis zu den Empfängern angemessen zu berücksichtigen, werden spektrale Amplituden-Abnahmefunktionen verwendet, welche aus numerischen Simulationen von Greenschen Funktionen basierend auf dem durchschnittlichen globalen Modell AK135Q abgeleitet werden. Die vorgestellte Methode wurde mit einem umfangreichen globalen Datensatz (ca. 1000 Erdbeben) getestet, und die zeitnah ermittelten ME-Abschätzungen wurden mit anderen Magnitudenskalen verschiedener Behörden verglichen. Ein Vergleich mit der Momentenmagnitude MW war hierbei von besonderem Interesse, da diese Skala heutzutage weitverbreitet ist und häufig zum Einsatz kommt. Es zeigt sich jedoch, dass MW alleine nur begrenzte Informationen über die seismischen Herdeigenschaften liefern kann, und dass Organisationen des Katastrophenmagements von einer kombinierten Nutzung von MW und ME gerade hinsichtlich der unmittelbaren Evaluierung des tsunamigenen Potentials und der Erschütterungswirkung eines Erdbebens profitieren könnten. Die verwendete Methode zur Ermittlung von ME kommt ohne Wissen über die geometrischen Eigenschaften der Verwerfungszone aus (diese sind meist erst Stunden nach einem Erbeben verfügbar). Entsprechend wird die Eignung dieser Methode durch Eingruppierungen der analysierten Erdbeben nach ihrem Wirkungsmechanismus (Scherbruch, Abschiebung, Aufschiebung, etc.) diskutiert. Für die schnelle Abschätzung von ME ist kein klarer Trend unter Verwendung der verschiedenen Herdflächenlösungen erkennbar. Für ME-Werte, welche standardmäßig vom U.S. Geological Survey mit speziellen Korrekturwerten für die Abstrahlungscharakteristika ermittelt werden, trifft dies jedoch nicht zu. Weitere Untersuchungen sind nötig, um die Auswirkungen solcher Korrekturen auf die ME-Abschätzungen zu verifizieren. Indem die Redundanz der Informationen des analysierten Datensatzes ausgenutzt wurde, konnte die Varianz bei den Einzelstations-ME-Abschätzungen untersucht werden. Die größte Abweichung zeigt sich aufgrund von Intra-Stations-Fehlern (record-to-record), wenngleich auch der Inter-Stations-Fehler (station-to-station) nicht vernachlässigbar ist; so nimmt er für einige Stationen mehrere Magnitudeneinheiten an. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass der Intra-Stations-Anteil des Gesamtfehlers nicht zufällig ist, sondern abhängig vom Wellenweg von einem Quellgebiet zu einer bestimmten Station. Folglich können empirische Korrekturen dazu benutzt werden, den Heterogenitäten der realen Erde gerecht zu werden, welche heutzutage nicht in den theoretischen Kalkulationen der spektralen Amplituden-Abnahmefunktionen zur Korrektur der aufgezeichneten Daten verwendet werden.

Crustal deformation can be the result of volcanic and tectonic activity such as fault dislocation and magma intrusion. The crustal deformation may precede and/or succeed the earthquake occurrence and eruption. Mitigating the associated hazard, continuous monitoring of the crustal deformation accordingly has become an important task for geo-observatories and fast response systems. Due to highly non-linear behavior of the crustal deformation fields in time and space, which are not always measurable using conventional geodetic methods (e.g., Leveling), innovative techniques of monitoring and analysis are required. In this thesis I describe novel methods to improve the ability for precise and accurate mapping the spatiotemporal surface deformation field using multi acquisitions of satellite radar data. Furthermore, to better understand the source of such spatiotemporal deformation fields, I present novel static and time dependent model inversion approaches. Almost any interferograms include areas where the signal decorrelates and is distorted by atmospheric delay. In this thesis I detail new analysis methods to reduce the limitations of conventional InSAR, by combining the benefits of advanced InSAR methods such as the permanent scatterer InSAR (PSI) and the small baseline subsets (SBAS) with a wavelet based data filtering scheme. This novel InSAR time series methodology is applied, for instance, to monitor the non-linear deformation processes at Hawaii Island. The radar phase change at Hawaii is found to be due to intrusions, eruptions, earthquakes and flank movement processes and superimposed by significant environmental artifacts (e.g., atmospheric). The deformation field, I obtained using the new InSAR analysis method, is in good agreement with continuous GPS data. This provides an accurate spatiotemporal deformation field at Hawaii, which allows time dependent source modeling. Conventional source modeling methods usually deal with static deformation field, while retrieving the dynamics of the source requires more sophisticated time dependent optimization approaches. This problem I address by combining Monte Carlo based optimization approaches with a Kalman Filter, which provides the model parameters of the deformation source consistent in time. I found there are numerous deformation sources at Hawaii Island which are spatiotemporally interacting, such as volcano inflation is associated to changes in the rifting behavior, and temporally linked to silent earthquakes. I applied these new methods to other tectonic and volcanic terrains, most of which revealing the importance of associated or coupled deformation sources. The findings are 1) the relation between deep and shallow hydrothermal and magmatic sources underneath the Campi Flegrei volcano, 2) gravity-driven deformation at Damavand volcano, 3) fault interaction associated with the 2010 Haiti earthquake, 4) independent block wise flank motion at the Hilina Fault system, Kilauea, and 5) interaction between salt diapir and the 2005 Qeshm earthquake in southern Iran. This thesis, written in cumulative form including 9 manuscripts published or under review in peer reviewed journals, improves the techniques for InSAR time series analysis and source modeling and shows the mutual dependence between adjacent deformation sources. These findings allow more realistic estimation of the hazard associated with complex volcanic and tectonic systems. / Oberflächendeformationen können eine Folge von vulkanischen und tektonischen Aktivitäten sein, wie etwa Plattenverschiebungen oder Magmaintrusion. Die Deformation der Erdkruste kann einem Erdbeben oder einem Vulkanausbruch vorausgehen und/oder folgen. Um damit drohende Gefahren für den Menschen zu verringern, ist die kontinuierliche Beobachtung von Krustendeformationen eine wichtige Aufgabe für Erdobservatorien und Fast-Responce-Systems geworden. Auf Grund des starken nicht-linearen Verhaltens von Oberflächendeformationsgebiet in Zeit und Raum, die mit konventionellen Methoden nicht immer erfasst werden (z.B., Nivellements), sind innovative Beobachtungs- und Analysetechniken erforderlich. In dieser Dissertation beschreibe ich Methoden, welche durch Mehrfachbeobachtungen der Erdoberfläche nit satellitengestützem Radar eine präzise und akkurate Abbildung der raumzeitlichen Oberflächendeformationen ermöglichen. Um die Bildung und Entwicklung von solchen raumzeitlichen Deformationsgebieten besser zu verstehen, zeige ich weiterhin neuartige Ansätze zur statischen und zeitabhängigen Modellinversion. Radar-Interferogramme weisen häufig Gebiete auf, in denen das Phasensignal dekorreliert und durch atmosphärische Laufzeitverzögerung verzerrt ist. In dieser Arbeit beschreibe ich wie Probleme des konventionellen InSAR überwunden werden können, indem fortgeschrittene InSAR-Methoden, wie das Permanent Scatterer InSAR (PSI) und Small Baseline Subsets (SBAS), mit einer Wavelet-basierten Datenfilterung verknüpft werden. Diese neuartige Analyse von InSAR Zeitreihen wird angewendet, um zum Beispiel nicht-lineare Deformationsprozesse auf Hawaii zu überwachen. Radar-Phasenänderungen, gemessen auf der Pazifikinsel, beruhen auf Magmaintrusion, Vulkaneruption, Erdbeben und Flankenbewegungsprozessen, welche durch signifikante Artefakte (z.B. atmosphärische) überlagert werden. Mit Hilfe der neuen InSAR-Analyse wurde ein Deformationsgebiet ermittelt, welches eine gute Übereinstimmung mit kontinuierlich gemessenen GPS-Daten aufweist. Auf der Grundlage eines solchen, mit hoher Genauigkeit gemessenen, raumzeitlichen Deformationsgebiets wird für Hawaii eine zeitabhängige Modellierung der Deformationsquelle ermöglicht. Konventionelle Methoden zur Modellierung von Deformationsquellen arbeiten normalerweise mit statischen Daten der Deformationsgebiete. Doch um die Dynamik einer Deformationsquelle zu untersuchen, sind hoch entwickelte zeitabhängige Optimierungsansätze notwendig. Dieses Problem bin ich durch eine Kombination von Monte-Carlo-basierten Optimierungsansätzen mit Kalman-Filtern angegangen, womit zeitlich konsistente Modellparameter der Deformationquelle gefunden werden. Ich fand auf der Insel Hawaii mehrere, raumzeitlich interagierende Deformationsquellen, etwa Vulkaninflation verknüpft mit Kluftbildungen und Veränderungen in bestehenden Klüften sowie zeitliche Korrelationen mit stillen Erdbeben. Ich wendete die neuen Methoden auf weitere tektonisch und vulkanisch aktive Gebiete an, wo häufig die eine Interaktion der Deformationsquellen nachgewiesen werden konnte und ihrer bedeutung untersucht wurde. Die untersuchten Gebiete und Deformationsquellen sind 1) tiefe und oberflächliche hydrothermale und magmatische Quellen unterhalb des Campi Flegrei Vulkans, 2) gravitationsbedingte Deformationen am Damawand Vulkan, 3) Störungsdynamik in Verbindung mit dem Haiti Beben im Jahr 2010, 4) unabhängige blockweise Flankenbewegung an der Hilina Störungszone, und 5) der Einfluss eines Salzdiapirs auf das Qeshm Erdbeben im Süd-Iran im Jahr 2005. Diese Dissertation, geschrieben als kumulative Arbeit von neun Manuskripten, welche entweder veröffentlicht oder derzeit in Begutachtung bei ‘peer-review’ Zeitschriften sind, technische Verbesserungen zur Analyse von InSAR Zeitreihen vor sowie zur Modellierung von Deformationsquellen. Sie zeigt die gegenseitige Beeinflussung von benachbarten Deformationsquellen, und sie ermöglicht, realistischere Einschätzungen von Naturgefahren, die von komplexen vulkanischen und tektonischen Systemen ausgehen.

Indonesia is one of the countries most prone to natural hazards. Complex interaction of several tectonic plates with high relative velocities leads to approximately two earthquakes with magnitude Mw>7 every year, being more than 15% of the events worldwide. Earthquakes with magnitude above 9 happen far more infrequently, but with catastrophic effects. The most severe consequences thereby arise from tsunamis triggered by these subduction-related earthquakes, as the Sumatra-Andaman event in 2004 showed. In order to enable efficient tsunami early warning, which includes the estimation of wave heights and arrival times, it is necessary to combine different types of real-time sensor data with numerical models of earthquake sources and tsunami propagation. This thesis was created as a result of the GITEWS project (German Indonesian Tsunami Early Warning System). It is based on five research papers and manuscripts. Main project-related task was the development of a database containing realistic earthquake scenarios for the Sunda Arc. This database provides initial conditions for tsunami propagation modeling used by the simulation system at the early warning center. An accurate discretization of the subduction geometry, consisting of 25x150 subfaults was constructed based on seismic data. Green’s functions, representing the deformational response to unit dip- and strike slip at the subfaults, were computed using a layered half-space approach. Different scaling relations for earthquake dimensions and slip distribution were implemented. Another project-related task was the further development of the ‘GPS-shield’ concept. It consists of a constellation of near field GPS-receivers, which are shown to be very valuable for tsunami early warning. The major part of this thesis is related to the geophysical interpretation of GPS data. Coseismic surface displacements caused by the 2004 Sumatra earthquake are inverted for slip at the fault. The effect of different Earth layer models is tested, favoring continental structure. The possibility of splay faulting is considered and shown to be a secondary order effect in respect to tsunamigenity for this event. Tsunami models based on source inversions are compared to satellite radar altimetry observations. Postseismic GPS time series are used to test a wide parameter range of uni- and biviscous rheological models of the asthenosphere. Steady-state Maxwell rheology is shown to be incompatible with near-field GPS data, unless large afterslip, amounting to more than 10% of the coseismic moment is assumed. In contrast, transient Burgers rheology is in agreement with data without the need for large aseismic afterslip. Comparison to postseismic geoid observation by the GRACE satellites reveals that even with afterslip, the model implementing Maxwell rheology results in amplitudes being too small, and thus supports a biviscous asthenosphere. A simple approach based on the assumption of quasi-static deformation propagation is introduced and proposed for inversion of coseismic near-field GPS time series. Application of this approach to observations from the 2004 Sumatra event fails to quantitatively reconstruct the rupture propagation, since a priori conditions are not fulfilled in this case. However, synthetic tests reveal the feasibility of such an approach for fast estimation of rupturing properties. / Indonesien ist eines der am stärksten von Naturkatastrophen bedrohten Länder der Erde. Die komplexe Interaktion mehrer tektonischer Platten, die sich mit hohen Relativgeschwindigkeiten zueinander bewegen, führt im Mittel zu ungefähr zwei Erdbeben mit Magnitude Mw>7 pro Jahr, was mehr als 15% der Ereignisse weltweit entspricht. Beben mit Magnitude über 9 sind weitaus seltener, haben aber katastrophale Folgen. Die schwerwiegendsten Konsequenzen hierbei werden durch Tsunamis verursacht, welche durch diese Subduktionsbeben ausgelöst werden, wie das Sumatra-Andamanen Ereignis von 2004 gezeigt hat. Um eine wirksame Tsunami-Frühwarnung zu ermöglichen, welche die Abschätzung der Wellenhöhen und Ankunftszeiten beinhaltet, ist es erforderlich, verschieden Arten von Echtzeit-Sensordaten mit numerischen Modellen für die Erdbebenquelle und Tsunamiausbreitung zu kombinieren. Diese Doktorarbeit wurde im Rahmen des GITEWS-Projektes (German Indonesian Tsunami Early Warning System) erstellt und umfasst fünf Fachpublikationen und Manuskripte. Projektbezogene Hauptaufgabe war die Erstellung einer Datenbank mit realistischen Bebenszenarien für den Sundabogen. Die Datenbank beinhaltet Anfangsbedingungen für die Tsunami-Ausbreitungsmodellierung und ist Teil des Simulationssystems im Frühwarnzentrum. Eine sorgfältige Diskretisierung der Subduktionsgeometrie, bestehend aus 25x150 subfaults, wurde basierend auf seismischen Daten erstellt. Greensfunktionen, welche die Deformation, hervorgerufen durch Verschiebung an den subfaults ausmachen, wurden mittels eines semianalytischen Verfahrens für den geschichteten Halbraum berechnet. Verschiedene Skalierungsrelationen für Erdbebendimension und slip-Verteilung wurden implementiert. Eine weitere projektbezogene Aufgabe war die Weiterentwicklung des ‚GPS-Schild’-Konzeptes. Dieses besteht aus einer Konstellation von GPS-Empfängern im Nahfeldbereich, welche sich als sehr wertvoll für die Tsunami-Frühwarnung erweisen. Der größere Teil dieser Doktorarbeit beschäftigt sich mit der geophysikalischen Interpretation von GPS-Daten. Coseismische Verschiebungen an der Erdoberfläche, ausgelöst durch das Erdbeben von 2004, werden nach slip an der Verwerfung invertiert. Die Wirkung verschiedener Erdschichtungsmodelle wird getestet und resultiert in der Bevorzugung einer kontinentalen Struktur. Die Möglichkeit von splay-faulting wird untersucht und erweist sich als zweitrangiger Effekt bezüglich der Tsunamiwirkung für dieses Ereignis. Die auf der Quelleninversion basierenden Tsunamimodelle werden mit satellitengestützen Radaraltimetriedaten verglichen. Postseismische GPS-Daten werden verwendet, um einen weiten Parameterbereich uni- und bi-viskoser Modelle der Asthenosphäre zu testen. Dabei stellt sich stationäre Maxwell-Rheologie als inkompatibel mit Nahfeld-GPS-Zeitreihen heraus, es sei denn, eine große Quantität an afterslip, entsprechend etwa 10% des coseismischen Momentes, wird angenommen. Im Gegensatz dazu ist die transiente Burgers-Rheologie ohne große Mengen an afterslip kompatibel zu den Beobachtungen. Der Vergleich mit postseismischen Geoidbeobachtungen durch die GRACE-Satelliten zeigt, dass das Modell basierend auf Maxwell-Rheologie, auch mit afterslip, zu kleine Amplituden liefert, und bekräftigt die Annahme einer biviskosen Rheologie der Asthenosphäre. Ein einfacher Ansatz, der auf einer quasi-statischen Deformationsausbreitung beruht, wird eingeführt und zur Inversion coseismischer Nahfeld-GPS-Zeitreihen vorgeschlagen. Die Anwendung dieses Ansatzes auf Beobachtungen vom Sumatra-Beben von 2004 ermöglicht nicht die quantitative Rekonstruktion der Ausbreitung des Bruches, da die notwendigen Bedingungen in diesem Fall nicht erfüllt sind. Jedoch zeigen Experimente an synthetischen Daten die Gültigkeit eines solchen Ansatzes zur raschen Abschätzung der Bruchausbreitungseigenschaften.

The spatio-temporal evolution of the three recent tsunamogenic earthquakes (TsE) off-coast N-Sumatra (Mw9.3), 28/03/2005 (Mw8.5) off-coast Nias, on 17/07/2006 (Mw7.7) off-coast Java. Start time, duration, and propagation of the rupture are retrieved. All parameters can be obtained rapidly after recording of the first-arrival phases in near-real time processing. We exploit semblance analysis, backpropagation and broad-band seismograms within 30°-95° distance. Image enhancement is reached by stacking the semblance of arrays within different directions. For the three events, the rupture extends over about 1150, 150, and 200km, respectively. The events in 2004, 2005, and 2006 had source durations of at least 480s, 120s, and 180s, respectively. We observe unilateral rupture propagation for all events except for the rupture onset and the Nias event, where there is evidence for a bilateral start of the rupture. Whereas average rupture speed of the events in 2004 and 2005 is in the order of the S-wave speed (≈2.5-3km/s), unusually slow rupturing (≈1.5 km/s) is indicated for the July 2006 event. For the July 2006 event we find rupturing of a 200 x 100 km wide area in at least 2 phases with propagation from NW to SE. The event has some characteristics of a circular rupture followed by unilateral faulting with change in slip rate. Fault area and aftershock distribution coincide. Spatial and temporal resolution are frequency dependent. Studies of a Mw6.0 earthquake on 2006/09/21 and one synthetic source show a ≈1° limit in resolution. Retrieved source area, source duration as well as peak values for semblance and beam power generally increase with the size of the earthquake making possible an automatic detection and classification of large and small earthquakes.

Rapid and robust characterization of large earthquakes in terms of their spatial extent and temporal duration is of high importance for disaster mitigation and early warning applications. Backtracking of seismic P-waves was successfully used by several authors to image the rupture process of the great Sumatra earthquake (26.12.2004) using short period and broadband arrays. We follow here an approach of Walker et al. to backtrack and stack broadband waveforms from global network stations using traveltimes for a global Earth model to obtain the overall spatio-temporal development of the energy radiation of large earthquakes in a quick and robust way. We present results for selected events with well studied source processes (Kokoxili 14.11.2001, Tokachi-Oki 25.09.2003, Nias 28.03.2005). Further, we apply the technique in a semi-real time fashion to broadband data of earthquakes with a broadband magnitude >= 7 (roughly corresponding to Mw 6.5). Processing is based on first automatic detection messages from the GEOFON extended virtual network (GEVN).