Seismic surface waves - NGEO034

• Title: Seismické povrchové vlny
• Guaranteed by: Department of Geophysics (32-KG)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2020
• Semester: winter
• E-Credits: 5
• Hours per week, examination: winter s.:2/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Guarantor: prof. RNDr. František Gallovič, Ph.D.
• Teacher(s): prof. RNDr. František Gallovič, Ph.D.; prof. RNDr. Jiří Zahradník, DrSc.
• Classification: Physics > Geophysics

Annotation

English

Body and surface elastic waves, tsunami. Interference character of surface waves, Rayleigh and Love waves in simple structures and their dispersion, ellipticity of Rayleigh waves. Matrix methods for modeling waves in layered media. Analysis of dispersive signals, determination of phase and group velocities. Seismic noise, determination of Green’s functions from cross-correlations, array measurements. Examples of structural studies using surface waves.

Last update: T_KG (03.05.2013)

Czech

Prostorové a povrchové elastické vlny, cunami. Interferenční charakter povrchových vln, Rayleighovy a Loveovy vlny v jednoduchých modelech prostředí a jejich disperze, elipticita Rayleighových vln. Maticové metody na výpočet vln ve vrstevnatých prostředích. Analýza disperzních signálů, určování fázové a grupové rychlosti. Seismický šum, určování Greenových funkcí z kroskorelací, arrayová měření. Příklady strukturálních výzkumů pomocí povrchových vln.

Last update: T_KG (03.05.2013)

Aim of the course

English

Students will learn about differences between seismic body waves and surface waves, basic theory of surface waves, analysis of surface waves in seismograms and their applications in structural studies of the Earth’s crust and upper mantle.

Last update: T_KG (03.05.2013)

Czech

Studenti se seznámí s rozdíly mezi prostorovými a povrchovými seismickými vlnami, základy teorie povrchových vln, jejich analýzou v seismogramech a použitím při strukturálních výzkumech zemské kůry a pláště.

Last update: T_KG (03.05.2013)

Course completion requirements

Podmínkou udělení zápočtu je aktivní účast na cvičeních.

Povaha kontroly studia předmětu vylučuje opravné termíny zápočtu.

Získání zápočtu je podmínkou pro konání zkoušky.

Last update: Gallovič František, prof. RNDr., Ph.D. (06.10.2017)

Literature

• O. Novotný: Seismic Surface Waves. Lecture notes. UFBA, Salvador, Bahia 1999.

• K. Aki, P.G. Richards, Quantitative seismology. University Science Books 2002.

• M. Bath: Introduction to Seismology. Birkhäuser Verlag, Basel 1979 (second edition).

• E. Savarensky: Seismic Waves. Mir Publishers, Moscow 1975.

• T.A. Proskurjakova, O. Novotny, E.V. Voronina: Izučenie stroenija Zemli metodom poverchnostnych voln (Central'naja Evropa). Nauka, Moskva 1981. (Studies of the Earth's Structure by the Surface-Wave Method (Central Europe); rusky).

• V.I. Kejlis-Borok (ed.): Seismic Surface Waves in a Laterally Inhomogeneous Earth. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 1989.

Last update: T_KG (03.05.2013)

Teaching methods

English

Lecture + exercises

Last update: T_KG (03.05.2013)

Czech

Přednáška + cvičení

Last update: T_KG (03.05.2013)

Requirements to the exam

Zkouška je ústní, požadavky odpovídají sylabu v rozsahu prezentovaném na přednášce.

Last update: Gallovič František, prof. RNDr., Ph.D. (06.10.2017)

Syllabus

English

Introduction

Body and surface elastic waves, waves on water (tsunami). Main types of surface waves and their characteristics. Examples of seismograms.

Dispersion relations of surface waves

Derivation of the dispersion relation for Love waves propagating in a layer over half-space. Love waves as an interference phenomenon of SH-waves; derivation of the dispersion relation from the condition of constructive interference. Rayleigh waves in a homogeneous half-space. Dispersion of Rayleigh waves in a layer over a half-space.

Synthetic seismograms

Modal structure of surface waves, eigenfunctions, elipticity of Rayleigh waves, modal summation, attenuation with distance. Weyl integral, discrete wavenumber method.

Matrix methods

Model of a layered medium. Matrix for one layer and for a stack of layers. Dispersion relation for Love waves in a layered medium. Thomson-Haskell matrices and their modifications. Thomson-Haskell matrices for Rayleigh waves; the loss-of-precision problem and its causes. Matrix formulations eliminating the loss of precision.

Analysis of dispersed wave trains

Superposition of two plane harmonic waves with different frequencies and velocities, phase and group velocities. Superposition of a wave packet with a narrow/broad spectrum. Formulae for determining experimental dispersion curves: application of the stationary-phase method, Fourier spectra and frequency-time analysis. Practical determination of dispersion curves from seismograms. Determination of structural model as an inverse problem.

Seismic noise and array measurements

Methods for determining Green’s functions from cross-correlation of noise measurements in station pairs, tomography from surface waves. Analysis of array data, determination of dispersion curve from seismic noise.

Examples of structural and source studies using surface waves

Crustal and upper-mantle structure along some profiles. Shallow structure from array measurements, determination of the bedrock depth. Surface and mantle waves in focal mechanism inversion.

Last update: T_KG (03.05.2013)

Czech

Úvod

Prostorové a povrchové elastické vlny, vlny na vodě (cunami). Hlavní typy povrchových vln a jejich charakteristiky. Příklady seismogramů.

Disperzní rovnice povrchových vln

Odvození disperzní rovnice pro Loveovy vlny šířící se ve vrstvě na poloprostoru. Loveovy vlny jako interferenční jev vln SH, odvození disperzní rovnice z podmínky konstruktivní interference. Rayleighovy vlny v homogennním poloprostoru. Disperze Rayleighových vln ve vrstvě na poloprostoru.

Syntetické seismogramy

Modální struktura povrchových vln, vlastní funkce, elipticita Rayleighových vln, modální sumace, útlum se vzdáleností. Weylův integrál, metoda diskrétních vlnových čísel.

Maticové metody

Model vrstevnatého prostředí. Matice pro jednu vrstvu a pro soustavu vrstev. Disperzní rovnice pro Loveovy vlny ve vrstevnatém prostředí, Thomsonovy-Haskellovy matice a jejich modifikace. Thomsonovy-Haskellovy matice pro Rayleighovy vlny; problém ztráty přesnosti a jeho příčiny. Maticové formulace odstraňující ztrátu přesnosti.

Analýza disperzních vlnových skupin

Interference dvou rovinných harmonických vln s různými frekvencemi a rychlostmi, pojem fázové a grupové rychlosti. Interference vlnové skupiny s úzkým a širokým spektrem. Vzorce na výpočet experimentálních disperzních křivek: použití metody stacionární fáze, Fourierových spekter a frekvenčně-časové analýzy. Praktické určení disperzních křivek ze seismogramů. Inverzní úloha na zjištění stavby zemské kůry.

Seismický šum a arrayová měření

Metody získání Greenových funkcí z kroskorelací záznamů seismického šumu v párech stanic, tomografie z povrchových vln. Analýza arrayových dat, určení disperzní křivky z měření seismického šumu.

Příklady strukturálních a zdrojových výzkumů pomocí povrchových vln

Stavba zemské kůry a svrchního pláště podél některých profilů. Mělká stavba z arrayových měření, určení hloubky skalního podloží. Využití povrchových a plášťových vln pro mechanismus ohniska.

Last update: T_KG (03.05.2013)