The main goal of this thesis is to analyze the statistical properties of seismic catalogues of natural and induced seismicity, identify similarities and differences. We compare statistical temporal and magnitude information contained in different types of earthquake catalogues. Six seismostatistical criteria used for identification of natural swarms and mainshock- aftershock earthquake sequences are applied to 10 different catalogues of natural and induced seismicity. We did not find a method to reliably distinguish between natural and induced seismicity based only on temporal and magnitude information contained in catalogues. We show that induced seismicity catalogues are similar to natural earthquake swarms. We report how the set of 6 criteria presented here can be used for distinguishing between mainshock-aftershock sequences and swarm seismicity. We also show that none of the tested criteria can be used independently for distinguishing between different types of seismicity.

L’ambition de ce travail est la prédiction du champ d’onde incident réalistique, induit par des mouvement forts de sol, aux sites d’importance stratégique, comme des centrales nucléaires. À cette fin, un plateforme multi-outil est développé et exploité pour simuler les aspects différents d’un phénomène complexe et multi-échelle comme un tremblement de terre. Ce cadre computationnel fait face à la nature diversifiée d’un tremblement de terre par approche holistique local-régionale.Un cas d’étude complexe est choisie: le tremblement de terre MW6.6 Niigata-Ken Ch¯uetsu-Oki, qui a endommagé la centrale nucléaire de Kashiwazaki-Kariwa. Les effets de site non-linéaires observés sont à premier examinés et caractérisés. Dans la suite, le modèle 3D «de la faille au site» est construit et employé pour prédire le mouvement sismique dans une bande de fréquence de 0-7 Hz. L’effet de la structure géologique pliée au-dessous du site est quantifié en simulant deux chocs d’intensité modérée et en évaluant la variabilité spatiale des spectres de réponse aux différents endroits dans le site nucléaire. Le résultat numérique souligne le besoin d’une description plus détaillée du champ d’onde incident utilisé comme paramètre d’entrée dans la conception structurel antisismique de réacteurs nucléaires et des installations. Finalement, la bande de fréquences des signaux synthétiques obtenues comme résultat des simulations numériques est agrandie en exploitant la prédiction stochastique des ordonnées spectrales à courte période fournies par des Réseaux Artificiels de Neurones. / The ambition of this work is the prediction of a synthetic yet realistic broad-band incident wave-field, induced by strong ground motion earthquakes at sites of strategic importance, such as nuclear power plants. To this end, an multi-tool platform is developed and exploited to simulate the different aspects of the complex and multi-scale phenomenon an earthquake embodies. This multi-scale computational framework copes with the manifold nature of an earthquake by a holistic local-to-regional approach. A complex case study is chosen to this end: is the MW6.6 Niigata-Ken Ch¯uetsu-Oki earthquake, which damaged the Kashiwazaki-Kariwa nuclear power plant. The observed non-linear site-effects are at first investigated and characterized. In the following, the 3D source-to-site model is constructed and employed to provide reliable input ground motion, for a frequency band of 0-7 Hz. The effect of the folded geological structure underneath the site is quantified by simulating two aftershocks of moderate intensity and by estimating the spatial variability of the response spectra at different locations within the nuclear site. The numerical outcome stresses the need for a more detailed description of the incident wave-field used as input parameter in the antiseismic structural design of nuclear reactors and facilities. Finally, the frequency band of the time-histories obtained as outcome of the numerical simulations is enlarged by exploiting the stochastic prediction of short-period response ordinates provided by Artificial Neural Networks.

In der vorliegenden Arbeit werden Zusammenhänge zwischen bergbaulich bedingten Gebirgsbewegungen und induzierten seismischen Ereignissen dargestellt und für unterschiedliche Messfälle eine Prognose gerechnet. Ferner konnte anhand von Messfällen das zeitliche Auftreten induzierter seismischer Ereignisse genauer untersucht werden. Für die Zusammenhänge zwischen den Gebirgsbewegungen und den seismischen Ereignissen wurde ein Gebirgsbewegungsmodell modifiziert. Insbesondere musste die Möglichkeit einer Hebungsberechnung unterhalb des Abbaus sowohl statisch als auch als dynamischer Prozess entwickelt werden. Mit den gefundenen Zusammenhängen konnte für zwei Messfälle eine Untersuchung zu einer erschütterungsmindernden Abbauplanung vorgenommen werden. Dabei konnten spezifische Ergebnisse und Hinweise abgeleitet werden, um zukünftig Erderschütterungen besser bekämpfen zu können.

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Earthquakes form by sudden brittle failure of rock mostly as shear ruptures along a rupture plane. Beside this, mechanisms other than pure shearing have been observed for some earthquakes mainly in volcanic areas. Possible explanations include complex rupture geometries and tensile earthquakes. Tensile earthquakes occur by opening or closure of cracks during rupturing. They are likely to be often connected with fluids that cause pressure changes in the pore space of rocks leading to earthquake triggering. Tensile components have been reported for swarm earthquakes in West Bohemia in 2000. The aim and subject of this work is an assessment and the accurate determination of such tensile components for earthquakes in anisotropic media. Currently used standard techniques for the retrieval of earthquake source mechanisms assume isotropic rock properties. By means of moment tensors, equivalent forces acting at the source are used to explain the radiated wavefield. Conversely, seismic anisotropy, i.e. directional dependence of elastic properties, has been observed in the earth's crust and mantle such as in West Bohemia. In comparison to isotropy, anisotropy causes modifications in wave amplitudes and shear-wave splitting. In this work, effects of seismic anisotropy on true or apparent tensile source components of earthquakes are investigated. In addition, earthquake source parameters are determined considering anisotropy. It is shown that moment tensors and radiation patterns due to shear sources in anisotropic media may be similar to those of tensile sources in isotropic media. In contrast, similarities between tensile earthquakes in anisotropic rocks and shear sources in isotropic media may exist. As a consequence, the interpretation of tensile source components is ambiguous. The effects that are due to anisotropy depend on the orientation of the earthquake source and the degree of anisotropy. The moment of an earthquake is also influenced by anisotropy. The orientation of fault planes can be reliably determined even if isotropy instead of anisotropy is assumed and if the spectra of the compressional waves are used. Greater difficulties may arise when the spectra of split shear waves are additionally included. Retrieved moment tensors show systematic artefacts. Observed tensile source components determined for events in West Bohemia in 1997 can only partly be attributed to the effects of moderate anisotropy. Furthermore, moment tensors determined earlier for earthquakes induced at the German Continental Deep Drilling Program (KTB), Bavaria, were reinterpreted under assumptions of anisotropic rock properties near the borehole. The events can be consistently identified as shear sources, although their moment tensors comprise tensile components that are considered to be apparent. These results emphasise the necessity to consider anisotropy to uniquely determine tensile source parameters. Therefore, a new inversion algorithm has been developed, tested, and successfully applied to 112 earthquakes that occurred during the most recent intense swarm episode in West Bohemia in 2000 at the German-Czech border. Their source mechanisms have been retrieved using isotropic and anisotropic velocity models. Determined local magnitudes are in the range between 1.6 and 3.2. Fault-plane solutions are similar to each other and characterised by left-lateral faulting on steeply dipping, roughly North-South oriented rupture planes. Their dip angles decrease above a depth of about 8.4km. Tensile source components indicating positive volume changes are found for more than 60% of the considered earthquakes. Their size depends on source time and location. They are significant at the beginning of the swarm and at depths below 8.4km but they decrease in importance later in the course of the swarm. Determined principle stress axes include P axes striking Northeast and Taxes striking Southeast. They resemble those found earlier in Central Europe. However, depth-dependence in plunge is observed. Plunge angles of the P axes decrease gradually from 50° towards shallow angles with increasing depth. In contrast, the plunge angles of the T axes change rapidly from about 8° above a depth of 8.4km to 21° below this depth. By this thesis, spatial and temporal variations in tensile source components and stress conditions have been reported for the first time for swarm earthquakes in West Bohemia in 2000. They also persist, when anisotropy is assumed and can be explained by intrusion of fluids into the opened cracks during tensile faulting. / Erdbeben entstehen durch plötzlichen Sprödbruch des Gesteins, meist als Scherbruch entlang einer Bruchfläche. Daneben werden für einige Beben v.a. in vulkanischen Gebieten auch Mechanismen beobachtet, die scheinbar vom Modell des Scherbruches abweichen. Ursachen dafür beinhalten komplexe Bruchgeometrien und tensile Erdbeben. Bei tensilen Erdbeben kommt es während des Bruchs zum Öffnen oder Schließen der Bruchfläche und damit zu Volumenänderungen. Erdbeben mit tensilen Anteilen stehen wahrscheinlich oft im Zusammenhang mit Fluiden, welche zur Durckänderung im Porenraum von Gesteinen und damit zum Auslösen des Bebens führen. Sie wurden auch im Vogtland während eines Erdbebenschwarms im Jahr 1997 beobachtet. Die Beurteilung und sichere Bestimmung tensiler Anteile von Erdbeben sind Ziel und Gegenstand dieser Arbeit. Bei Standardverfahren zur Bestimmung von Erdbebenmechanismen werden isotrope Gesteinseigenschaften angenommen. Momententensoren beschreiben dabei Kräfte, die das abgestrahlte Wellenfeld erklären. Allerdings wird seismische Anisotropie, d.h. Richtungsabhängigkeit elastischer Eigenschaften, in der Erdkruste und im Mantel wie z.B. im Vogtland beobachtet. Anisotropie bewirkt im Vergleich zu isotropen Medien Veränderungen der Wellenamplituden und -polariserungen sowie das Aufspalten von Scherwellen. In der vorliegenden Arbeit werden daher der Einfluss seismischer Anisotropie auf wahre oder scheinbar auftretende tensile Quellanteile untersucht und Erdbebenmechanismen unter Berücksichtigung seismischer Anisotropie bestimmt. Es wird gezeigt, dass Momententensoren und Abstrahlmuster von Scherbrüchen in anisotropen Medien denen von tensilen Brüchen in isotropen Medien ähneln können. Umgekehrt treten Ähnlichkeiten tensiler Beben in anisotropen Gesteinen mit Scherbrüchen in isotropen Medien auf. Damit existieren Mehrdeutigkeiten beobachteter tensiler Quellanteile. Die Effekte von Anisotropie hängen von der Orientierung des Bruches und vom Grad der Anisotropie ab. Außerdem beeinflusst Anisotropie das Moment eines Bebens. Herdflächenorientierungen können auch dann verlässlich bestimmt werden, wenn man Isotropie statt Anisotropie annimmt und die Spektren von Kompressionswellen verwendet. Bei Hinzunahme der Spektren von Scherwellen können Uneindeutigkeiten auftreten. Abgeleitete Momententensoren zeigen systematische Artefakte. Beobachtungen tensiler Quellanteile von Beben im Vogtland im Jahr 1997 können nicht allein durch moderate Anisotropie erklärt werden. Weiterhin wurden früher bestimmte Momententensoren induzierter Beben nahe der Kontinentalen Tiefbohrung, Bayern, unter Annahme anisotroper Parameter reinterpretiert. Die Beben werden einheitlich als Scherbrüche charakterisiert, obwohl deren Momententensoren tensile Bestandteile enthalten, die als scheinbar angesehen werden. Die Resultate unterstreichen die Notwendigkeit, seismische Anisotropie zu berücksichtigen, um tensile Komponenten von Erdbeben eindeutig zu bestimmen. Ein daher neu entwickelter Inversionsalgorithmus wurde getestet und erfolgreich auf 112 Erdbeben der letzten intensiven Schwarmepisode im Jahr 2000 im Vogtland an der deutsch-tschechischen Grenze angewandt. Die Herdparameter wurden unter Verwendung isotroper und anisotroper Geschwindigkeitsmodelle ermittelt. Die Beben zeigen Lokalmagnituden zwischen 1,6 und 3,2. Sie weisen zueinander ähnliche Herdflächenlösungen mit linkslateralem Versatz auf steil einfallenden, etwa Nord-Süd orientierten Bruchflächen auf. Die Fallwinkel nehmen oberhalb 8,4km Tiefe ab. Für über 60% der betrachteten Erdbeben werden tensile Quellanteile mit Volumenvergrößerung beobachtet. Die tensilen Komponenten zeigen Abhängigkeiten von Herdzeit und -ort. Sie sind zu Beginn des Schwarms sowie in Tiefen unterhalb 8,4km besonders signifikant und nehmen später an Bedeutung ab. Abgeleitete Hauptspannungsachsen enthalten P Achsen mit nordwestlicher und T Achsen mit südwestlicher Streichrichtung. Sie ähneln denen in Mitteleuropa. Es werden tiefenabhängige Fallwinkel beobachtet. Die Änderungen erfolgen für die P Achsen graduell von 50° hin zu flacheren Fallwinkeln bei tieferen Beben. Sie erfolgen jedoch abrupt für die T Achsen von etwa 8° oberhalb einer Tiefe von etwa 8,4km zu 21° einfallend unterhalb dessen. Mit dieser Arbeit werden erstmals zeitliche und räumliche Veränderungen tensiler Quellanteile und Spannungszustände im Vogtland für Erdbeben im Jahr 2000 beobachtet. Diese haben auch dann Bestand, wenn seismische Anisotropie berücksichtigt wird. Sie können durch Fluide erklärt werden, die in die Bruchflächen eindringen.

Die Schriftenreihe informiert über die Ergebnisse des Forschungsprojektes, zum Schutz seismischer Registrierungen vor den Emissionen von Windkraftanlagen. Als Ergebnis konnte festgestellt, werden, dass Windkraftanlagen deutlich messbare Schallemissionen in den Untergrund abstrahlen. Es wurde ein Verfahren entwickelt, um diese Emissionen standortindividuell mit einfachen Mitteln modellieren zu können. Dieses bemerkenswerte Verfahren wurde erstmalig in Deutschland umgesetzt. Die Ergebnisse sollen zukünftig der Regionalplanung helfen die Windkraftflächen zu maximieren, bei gleichzeitigem Schutz der seismischen Stationen. Redaktionsschluss: 12.08.2020

In this study Monte Carlo solutions to the radiative transfer equations are used to model translational and rotational motion seismogram envelopes in random elastic media with deterministic background structure assuming multiple anisotropic scattering. The results of the Monte Carlo radiative transfer theory simulations are verified by comparisons with 3D full wave field finite difference simulations. The observation and modeling of the three additional components of rotational ground motions can provide independent information about seismic wave propagation in the Earth’s structure. Rotational motions around the vertical axis observed in the P-wave coda are of particular interest as they can only be excited by horizontally polarized shear waves and therefore indicate the conversion from P- to SH-energy by multiple scattering at 3D-heterogeneities. Scattering and attenuation parameters in south-east Germany beneath the Gräfenberg array and in the Vogtland region are estimated by comparisons of synthesized multi-component seismogram envelopes to seismic data from local and regional swarm earthquakes and to teleseismic events. In a first step, frequency dependent scattering and attenuation parameters from a local data set are estimated for the Vogtland region using nearby swarm earthquakes. The results from the elastic simulations are compared to outcomes from acoustic radiative transfer simulations. Both methods yield similar results and suggest that intrinsic attenuation dominates scattering attenuation. From the elastic simulations it is observable, that forward scattering is required to explain the data. However, the amount of forward scattering strength remains unresolvable. In a second step scattering and attenuation parameters beneath the Gräfenberg array are estimated using a nonlinear genetic inversion of seismogram envelopes from regional events at high frequencies (4–8 Hz). The preferred model of crustal heterogeneity consists of a random medium described by an exponential auto correlation function with a transport mean free path length of ∼ 420 km. The quality factor for elastic S-wave attenuation Q iS is around 700. In a final step simulations of teleseismic P-wave arrivals, using this estimated set of scattering and attenuation parameters, are compared to observed seismogram envelopes from deep events. Simulations of teleseismic events with the parameters found from the regional inversion show good agreement with the measured seismogram envelopes. This includes ringlaser observations of vertical rotations in the teleseismic P-wave coda that naturally result from the proposed model of wave scattering. The model also predicts, that the elastic energy recorded in the teleseismic P-coda is not equipartitioned, unlike the coda of regional events, but contains an excess of shear energy. The combined results from the three different data sets suggest that scattering generating the seismic coda mainly occurs in the crustal part of the lithosphere beneath the receivers. The observations do not require scattering of high frequency waves in the mantle, but weak scattering in the lithospheric mantle cannot be ruled out. / In dieser Studie werden Monte Carlo Lösungen für die Energietransfergleichungen genutzt, um Seismogrammeinhüllende von Translations- und Rotationsbewegungen zu modellieren. Die Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen werden durch einen Vergleich mit 3D finiten Differenzen Simulationen verifiziert. Diese Modellierung findet in einem elastischen Zufallsmedium mit deterministischer Hintergrundstruktur unter Annahme multipler anisotroper Streuung statt. Die Beobachtung und Modellierung der drei zusätzlichen Komponenten der Rotationsbodenbewegungen kann unabhängige Informationen über die Ausbreitung seismischer Wellen im Erdkörper liefern. Rotationsbewegungen um die vertikale Achse in der P-Wellen Koda sind in diesem Zusammenhang von speziellem Interesse, da sie nur von horizontal polarisierten Scheerwellen angeregt werden können. Die gemessenen Rotationsbewegungen deuten folglich auf Konversionen von P- zu SH-Energie durch multiple Streuung an 3D-Heterogenitäten hin. Für die Bestimmung von Streu- und Dämpfungsparametern im Südosten Deutschlands (Gräfenberg Array, Vogtland) werden synthetisch erzeugte, mehrspurige Seismogrammeinhüllende mit Daten lokaler und regionaler Schwarmbeben und teleseismicher Ereignisse verglichen. In einem ersten Schritt werden frequenzabhängige Krustenparameter für die Vogtlandregion mittels eines lokalen Datensatzes von nahen Schwarmbeben bestimmt. Die Resultate mittels elastischer Energietransfertheorie werden mit Ergebnissen aus Simulationen mittels akustischer Energietransfertheorie verglichen. Beide Methoden liefern ähnliche Parameter und sagen einen größeren Einfluss der intrinsichen Dämpfung im Vergleich zur Streudämpfung voraus. Aus den elastischen Simulationen geht hervor, dass für die Beschreibung der Daten Vorwärtsstreung angenommen werden muss, die Stärke dieser lässt sich jedoch nicht auflösen. In einem zweiten Schritt werden die Streu- und Dämpfungseigenschaften der Erdkruste im Untergrund des Gräfenberg Arrays untersucht. Hierzu wird eine nicht-lineare genetische Inversion von Seismogrammeinhüllenden regionaler Ereignisse bei hohen Frequenzen (4–8 Hz) verwendet. Das bevorzugte Modell der Krustenheterogenität wird durch ein exponentielles Zufallsmedium, einer mittleren freien Transportweglänge von ca. 420 km und einem Qualitätsfaktor für S-Wellen Q iS von ca. 700 beschrieben. Ein letzter Schritt vergleicht Simulationen von teleseismischen P-Welleneinsätzen mit beobachteten Seismogrammeinüllenden von tiefen Erdbeben unter der Nutzung der Parameter aus der regionalen Inversion. Die Simulationen der teleseismischen Ereignisse mit den Parametern der regionalen Inversion zeigen eine gute Übereinstimmung mit den gemessenen Seismogrammeinhüllenden. Dieser Vergleich beinhaltet Ringlaserbeobachtungen der Rotationsbewegungen um die vertikale Achse, welche aus dem angenommenen Streumodell resultieren. Das Modell sagt voraus, dass die elastische Energie in der teleseismischen P-Wellen Koda im Gegensatz zur Koda lokaler oder regionaler Ereignisse nicht gleichverteilt ist, sondern einen Überschuss an Scheerenergie beinhaltet. Die Resultate aus den Untersuchungen der lokalen, regionalen und teleseismischen Datensätze zeigen, dass die Streuereignisse, welche die seismische Koda erklären, hauptsächlich in der Kruste unterhalb der seismischen Empfänger stattfinden. Streuung des Wellenfeldes im Mantel wird für die Erklärung der Daten nicht benötigt, schwache Streuung im lithosphärischen Mantel kann jedoch nicht ausgeschlossen werden.

In this study, seismic interferometry is used to analyze dynamic processes in the Earth’s shallow subsurface caused by environmental processes and ground shaking. In the first part of the thesis, the feasibility of a passive monitoring with ambient seismic noise at the pilot site for CO2 injection in Ketzin is investigated. Monitoring the expansion of the CO2 plume is essential for the characterization of the reservoir as well as the detection of potential leakage. From June 2008 until August 2013, more than 67000 tons of CO2 were injected into a saline aquifer at a depth of about 650 m. Passive seismic data recorded at a seismic network around the injection site was cross-correlated in a frequency range of 0.5-4.5 Hz over a period of 4 years. The frequency band of 0.5-0.9 Hz, in which surface waves exhibit a high sensitivity at the depth of the reservoir, is not suitable for monitoring purposes as it is only weakly excited. In a frequency range of 1.5-3 Hz, periodic velocity variations with a period of approximately one year are found that cannot be caused by the CO2 injection. The prominent propagation direction of the noise wave field indicates a wind farm as the dominant source providing the temporally stable noise field. This spacial stability excludes variations of the noise source distribution as a spurious cause of velocity variations. Based on an amplitude decrease associated with time windows towards later parts of the coda, the variations must be generated in the shallow subsurface. A comparison to groundwater level data reveals a direct correlation between depth of the groundwater level and the seismic velocity. The influence of ground frost on the seismic velocities is documented by a sharp increase of velocity when the maximum daily temperature stays below 0 C. Although the observed periodic changes and the changes due to ground frost affect only the shallow subsurface, they mask potential signals of material changes from the reservoir depths. To investigate temporal seismic velocity changes due to earthquake-related processes and environmental forcing in northern Chile, 8 years of ambient seismic noise recorded by the Integrated Plate Boundary Observatory Chile (IPOC) are analyzed. By autocorrelating the ambient seismic noise field, approximations of the Green’s functions are retrieved and velocity changes are measured with Coda Wave Interferometry. At station PATCX, seasonal changes of seismic velocity caused by thermal stress as well as transient velocity reductions are observed in the frequency range of 4-6 Hz. Sudden velocity drops occur at times of mostly earthquake-induced ground describing the seismic velocity variations based on continuous observations of the local ground acceleration. The model assumes that not only the shaking of large earthquakes causes velocity drops, but any small vibrations continuously induce minor velocity variations that are immediately compensated by healing in the steady state. The shaking effect is accumulated over time and best described by the integrated envelope of the ground acceleration over one day, which is the temporal resolution of the velocity measurements. In the model, the amplitude of the velocity reduction as well as the recovery time are proportional to the strength of the excitation. The increase of coseismic velocity change and recovery time with increasing excitation is confirmed by laboratory tests with ultrasound. Despite having only two free scaling parameters, the model fits the data of the shaking-induced velocity variation in remarkable detail. Additionally, a linear trend is observed that might be related to a recovery process from one or more earthquakes before the measurement period. A clear relationship between ground shaking and induced velocity reductions is not visible at other stations. The outstanding sensitivity of PATCX to ground shaking and thermal stress can be attributed to the special geological setting of the station, where the subsurface material consists of a relatively loose conglomerate with high pore volume leading to stronger nonlinearity compared to the other IPOC stations. / In dieser Studie werden mit Hilfe von seismischer Interferometrie kleinste dynamische Prozesse in der Erdkruste beobachtet, welche beispielsweise durch umweltbedingte oder anthropogene Einflüsse sowie Bodenerschütterungen hervorgerufen werden können. Im ersten Teil der Arbeit werden Änderungen in der seismischen Geschwindigkeit am Pilotstandort für CO2-Speicherung in Ketzin untersucht. In einer Tiefe von 650m wurden dort zwischen Juni 2008 und August 2013 über 67000 Tonnen CO2 eingelagert. In einem Frequenzbereich vom 0,05-4,5 Hz wurden Kreuzkorrelationen des seismischen Hintergrundrauschens an einem kleinräumigen Netzwerk über einen Zeitraum von 4 Jahren berechnet. Der Frequenzbereich zwischen 0,5 und 0,9 Hz weist eine hohe Sensitivität von Oberflächenwellen in der Tiefe des Reservoirs auf, ist aber nur sehr schwach angeregt und eignet sich deswegen nicht für die Analyse. In einem Frequenzbereich von 1,5-3 Hz zeigen sich periodische Geschwindigkeitsänderungen mit einer Periode von einem Jahr, welche nicht durch die Einlagerung von CO2 erzeugt werden können. Eine Analyse des seismischen Hintergrundrauschens zeigt, dass dieses über den gesamten Zeitraum hinweg hauptsächlich aus der Richtung eines Windparks kommt. Durch die Stabilität des Wellenfeldes können Änderungen in den Quellpositionen, welche sich in scheinbaren Geschwindigkeitsänderungen zeigen können, ausgeschlossen werden. Eine Amplitudenabnahme der Geschwindigkeitsänderungen hin zu späteren Zeitfenstern in der Coda lässt auf oberflächennahe Prozesse als Ursache schließen. Ein Vergleich zwischen den jährlichen Geschwindigkeitsänderungen mit Schwankungen im Grundwasserspiegel zeigt eine direkte Korrelation. Ein sprunghafter Anstieg in der Geschwindigkeit zeigt sich im Winter, wenn die Tageshöchsttemperaturen unter den Gefrierpunkt sinken und der Boden zufriert. Obwohl Bodenfrost und Änderungen im Grundwasserspiegel nur einen sehr oberflächennahen Bereich betreffen, so überdecken sie dennoch mögliche Signale durch die Einlagerung von CO2. Im zweiten Teil der Arbeit werden Geschwindigkeitsänderungen in Nordchile untersucht, welche durch erdbebeninduzierte Prozesse und umweltbedingte Einflüsse hervorgerufen werden. Dazu wurden über einen Zeitraum von 8 Jahren Autokorrelationen des seismischen Hintergrundrauschens des IPOC Netzwerkes (Integrated Plate Boundary Observatory Chile) berechnet und mit seismischer Interferometrie ausgewertet. An der Station PATCX können in einem Frequenzbereich von 4-6 Hz periodische Geschwindigkeitsänderungen beobachet werden, welche durch thermisch induzierte Dehnung hervorgerufen werden. Außerdem treten transiente Geschwindigkeitsabnamen nach Bodenerschütterungen auf, welche hauptsächlich von Erdbeben verursacht werden. Die seismische Geschwindigkeit kehrt daraufhin langsam wieder auf ihr vorheriges Niveau zurück. Für die Geschwindigkeitsänderungen wurde ein empirisches Modell entwickelt, welches auf Messungen der lokalen Bodenerschütterung basiert. Dabei wird angenommen, dass nicht nur große erdbebeninduzierte, sondern auch kleinste Bodenerschütterungen einen Abfall der Geschwindigkeit erzeugen, welche wiederum innerhalb kürzester Zeit durch Heilung in den Gleichgewichtszustand zurückkehrt. Dabei summieren sich die Effekte durch die Bodenerschütterungen mit der Zeit auf und werden am besten mit dem Integral der lokalen Bodenbeschleunigung über die Messwerte eines Tages beschrieben. Die Diskretisierung von einem Tag entspricht der zeitlichen Auflösung in der Messung der Geschwindigkeitsänderungen. Sowohl die Amplitude der Geschwindigkeitsabnahme als auch die Zeit bis der Gleichgewichtszustand wieder erreicht ist (Heilungszeit) werden im Modell als proportinal zur Größe der Anregung angenommen. Eine Korrelation der Heilungszeit und der Amplitude der koseismischen Geschwindigkeitsabnahme mit der Größe der Anregung konnte mit Hilfe von Laboruntersuchungen mit Ultraschall bestätigt werden. Mit nur zwei Parametern beschreibt das Modell die transienten Geschwindigkeitsänderungen in bemerkenswerter Genauigkeit. Desweiteren beinhaltet das Modell einen linearen Verlauf in den Geschwindigkeitsänderungen, welcher vermutlich durch einen Heilungsprozess hervorgerufen wird, der auf ein oder mehrere Erdbeben vor dem Messzeitraum folgte. Eine Beziehung zwischen Bodenerschütterung und Geschwindigkeitsänderung ist an anderen Stationen des IPOC Netzwerkes nicht erkennbar. Die herausragende Sensitivität von PATCX im Hinblick auf Bodenerschütterung und thermische Dehnung kann den speziellen geologischen Gegebenheiten an der Station zugeschrieben werden. Bei dem dort vorliegenden Material handelt es sich um ein relativ loses Konglomerat mit großem Porenvolumen, welches ein starkes nichtlineares Verhalten aufweist, was an anderen IPOC Stationen nicht zu erwarten ist.

In der vorliegenden Arbeit werden Zusammenhänge zwischen bergbaulich bedingten Gebirgsbewegungen und induzierten seismischen Ereignissen dargestellt und für unterschiedliche Messfälle eine Prognose gerechnet. Ferner konnte anhand von Messfällen das zeitliche Auftreten induzierter seismischer Ereignisse genauer untersucht werden. Für die Zusammenhänge zwischen den Gebirgsbewegungen und den seismischen Ereignissen wurde ein Gebirgsbewegungsmodell modifiziert. Insbesondere musste die Möglichkeit einer Hebungsberechnung unterhalb des Abbaus sowohl statisch als auch als dynamischer Prozess entwickelt werden. Mit den gefundenen Zusammenhängen konnte für zwei Messfälle eine Untersuchung zu einer erschütterungsmindernden Abbauplanung vorgenommen werden. Dabei konnten spezifische Ergebnisse und Hinweise abgeleitet werden, um zukünftig Erderschütterungen besser bekämpfen zu können.

Microseismic monitoring is an integral part of scientific experiments or industrial operations associated with the hydraulic fracturing of bedrock, which is an effort to increase the permeability of rocks in the area and improve the exploitation, whether of heat, oil or natural gas. Monitoring of such newly formed or growing original fractures, usually followed by seismic events, is very important for observation and describing the hydraulic fracturing itself and its progress over time. Since the number of such events recorded is usually very high, classical methods of earthquake processing, where the arrival times of seismic waves are determined manually, seem to be very inappropriate. For this reason, automatic methods are used to process such datasets, which do not require manual determination of the arrival times of the seismic waves. In our case, the data were recorded by a dense network of surface receivers arranged in the shape of a ten-arm star. It was a total of more than nine hundred groups of vertical geophones, of which more than a quarter were also supplemented by a three-component seismic sensor. We then created an automatic procedure for the described network, the result of which is the determination of the location and the source mechanism for each seismic event. The recorded...