Seismologie pro doktorandy - NDGF016

• Anglický název: Seismology for Ph.D. Students
• Zajišťuje: Katedra geofyziky (32-KG)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2017
• Semestr: letní
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: letní s.:2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Garant: prof. RNDr. Jiří Zahradník, DrSc.

Anotace

čeština

Makroseismická a instrumentální pozorování zemětřesení. Fyzikální procesy v ohnisku zemětřesení. Geografické a časové rozložení zemětřesení. Prostorové a povrchové seismické vlny v jednoduchých modelech Země. Obrácené seismické úlohy. Seismické ohrožení, rajonování a mikrorajonování. Greenův tenzor. Tenzor seismického momentu. Vlnové pole. Útlum. Získání mechanizmu ohniska ze seismogramů. Modelování makroseimických účinků. Modelování vlivu místních podmínek v 1D prostředí. Modelování kompletního vlnového pole v 1D prostředí pro bodový zdroj. Modelování kompletního vlnového pole ve

Poslední úprava: T_KG (18.01.2007)

angličtina

Macroseismic and instrumental observations of earthquakes. Physical processes of earthquake sources. Geographical and temporal distribution of earthquakes. Body and surface seismic waves in simple Earth models. Inverse seismic problems. Seismic hazard, zoning and microzoning.

Poslední úprava: T_KG (18.01.2007)

Cíl předmětu

čeština

Cílem je naučit studenty základům praktické seismologie, aby byli schopni absolvovat pokrčilejší přednášky a mohli pracovat na doktorských tématech. Aby rozuměli seismickým datům a mohli je používat při modelování. Cílem je naučit studenty základům matematické formulace vztahu mezi procesy v ohnisku zemětřesení a seismickým vlnovým polem.

Pochopit teoretické základy obrácených seismických úloh a úloh přímého modelování silných pohybů půdy pri zemětřesení.

Poslední úprava: T_KG (08.04.2008)

angličtina

The aim to provide students with basics of practical seismology to be able to continue with more advanced courses, to work on PhD thesis, to understand to seismic data and to use them in modeling. The aim is to provide students with basic mathematical formulation of relations between earthquake source processes and seismic wavefield. The students will understand theoretical basics of inverse seismic problems and problems of forward modeling of strong ground motions during earthquakes.

Poslední úprava: T_KG (08.04.2008)

Podmínky zakončení předmětu

Podmínkou udělení zápočtu je absolvování písemného testu.

Získání zápočtu je podmínkou pro konání zkoušky.

Poslední úprava: Gallovič František, prof. RNDr., Ph.D. (06.10.2017)

Literatura

• B. Bolt: Earthquakes, W.H. Freeman and Company., San Francisco 1978 (rus. překlad Mir, Moskva 1981).

• K.E. Bullen, B. Bolt: An introduction to the theory of seosmology. Cambridge University Press 1985.

• T. Lay, T.C. Wallace: Modern global seismology. Academic Press 1995.

• P.M. Shearer: Introduction to seismology. Cambridge University Press 1999.

• A. Udias: Principles of seismology. Cambridge University Press 2000.

• A. Udias, J.Mezcua: Fundamentos de sismologia. UCA Editores 1997.

• A. Udias, J.Mezcua: Fundamentos de geofisica. Alhambra Editorial 1986.

• O. Kulhánek: Anatomy of seismograms. Elsevier 1990.

• O. Kulhánek: Propagation of seismic waves (lecture notes). Uppsala University 1993.

• F. Scherbaum: Basic concepts in digital signal processing for seismologists. Springer-Verlag 1994.

• K. Aki, P.G. Richards, Quantitative seismology,1 and 2. W.H. Freeman and Company., San Francisco 1980 (rus. překlad Mir, Moskva 1983).

• F.A. Dahlen, J. Tromp: Theoretical global seismology. Princeton University Press 1998.

• J. Zahradnik: Generation of seimic waves by earthquake sources (lecture notes). Uppsala University 1992.

• http://wwwneic.cr.usgs.gov

• http://orfeus.knmi.nl

• http://seis30.karlov.mff.cuni.cz

Poslední úprava: T_KG (18.01.2007)

Metody výuky

čeština

Přednáška + cvičení

Poslední úprava: T_KG (11.04.2008)

angličtina

Lecture + exercises

Poslední úprava: T_KG (11.04.2008)

Požadavky ke zkoušce

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

Poslední úprava: Gallovič František, prof. RNDr., Ph.D. (06.10.2017)

Sylabus

čeština

Makroseismická data

Intenzita, stupnice intenzity, mapy izoseist. Vztah intenzity ke zrychlení, závislost na vzdálenosti a hloubce. Historickí a moderní data.

Instrumenální data

Historický vývojů základní principy. Přenosová funkce mechanického seismografu (pro vstup posunutí, rychlosti a zrychlení). Decibel, dekáda, oktáva. Krátkoperiodický, dlouhoperiodický a širokopásmový seismograf. Citlivost seismometru (volt/(m/s)), rozsah digitizéru (volt/count) a výsledný vztah. count/(m/s). Instrumentální korekce v praxi. Vzorkování, automatické spouštění, uchování dat, datové formáty. Seismický neklid a přístrojový neklid. Čtení seismogramu (nasazení, amplitudy, periody, znaménka, doba trvání). Přístroje katedry geofyziky (stanice PRAHA a přístroje v Řecku). Velocigraf CMG=3T a akcelerograf CMG=5Tů analýza pomocí programu SCREAM. Získávání dat ze světových center. Internetové seismické stránky.

Lokace a seismicita

Princip kinematické lokace zemětřesení, linearizace a řešení metodou nejmenších čtverců. Princip lokace metodou síťového výběru. Relativní lokační metody. Geometrický azimut a epicentrální vzdálenost na kouli. Rotace horizontálních složek ze systému EW, NS do systému R,T. Polarizační diagram nefiltrovaných a filtrovaných signálů, P a S vlny, štěpení S vln. Dynamický azimut a úhel dopadu z trojsložkového záznamu. Ohniskové oblasti v globálním a regionálním měřítku, hloubková závislost.

Prostorové vlny

Elastické Laméovy parametry, nestlačitelnost, Poissonův poměr. Linearizovaná pohybová rovnice, formulace v tlaku a rychlosti. Formulace v napětí a posunutí, formulace jen v posunutí. Separace pohybové rovnice na vlnové rovnice pro div a rot, zavedení Vp a Vs. Potenciály ve tvaru harmonické rovinné vlny, podélné a příčné kmity. Pohybová rovnice ve 2D, separace P-SV a SH vln. Pohybová rovnice v 3D nehomogenním případě. Vliv rozhraní, včetně nerovinných; vliv volného povrchu. Vliv útlumu, Q-faktor, vztah útlumu a disperze.

Paprsky a hodochrony prostorových vln

Fermatův princip a Snellův zákon. Parametrické rovnice hodochrony v 1D prostředí s kartézskou a sférickou geometrií (ze Snellova zákona). Parametr paprsku a derivace hodochrony. Hodochrony v homogenním plášti a jádře, vlny P, PcP a PKP. Amplitudové křivky. Princip užití Wiechert-Herglotzovy rovnice (bez odvození). Hodochrony pro vrstvu na poloprostoru, MOHO, vlnz Pn a PmP. Slovník seismických fází. Standardní hodochrony a seismické modely (JB a IASP91). Princip seismické tomografie.

Povrchové vlny

Loveovy vlny pro vrstvu na poloprostoru, disperse a hloubková závislost. Rayleighovy vlny (bez odvození). Plášťové vlny. Disperzní křivky pro kontinenty a oceány.

Magnitudo

Richterovo magnitudo. Magnitudo z prostorových a povrchových vln, kalibrační funkce, staniční oprava. Magnitudově-četnostní (Gutenberg-Richterův) zákon. Vztah magnituda a intenzity. Vztah magnituda a energie. Časový průběh uvolňování seismické energie (série, roje, Benioffovy grafy). Předtřesy, dotřesy, oblasti klidu. Migrace aktivity.

Seismický zdroj

Zlomová plocha, trhlina, skluzová funkce. Pole posunutí pro obecné zemětřesení a pro smykové zemětřesení. Tenzor seismického momentu, skalární moment, osy P-T-N. Úhly východu paprsku ze zdroje pro globální a regionální úlohy. Vyzařovací charakteristika pro vlny P a S a mechanizmus ohniska ze znamének prvních nasazení. Nodální roviny a ohniskové úhly (strike, dip, rake), sdružená řešení. Zdánlivá časová funkce zdroje, rozměr zdroje, rohová frekvence, problém směrovosti. Zdánlivá časová funkce pomocí dotřesů (metoda Empirických Greenových funkcí). Vztah mezi rozměrem zdroje, momentem a poklesem napětí.

Energie seismických vln

Objemová hustota kinetické a potenciální deformační energie. Tok energie a výkonu, formulace v napětí a rychlosti nebo jen v rychlosti. Odhad seismické energie pomocí jedné stanice. Vztah energie P a S vln. Vztah mezi energií, momentem a poklesem napětí. Momentové magnitudo.

Seismické ohrožení

Empirické útlumové vztahy (vztah mezi pohybem půdy, magnitudem a vzdáleností). Problémy. Pravděpodobnost překročení intenzity na daném místě za určitý čas. Syntetické útlumové vztahy. Aproximace pomocí bodového a konečného modelu zdroje. Syntetické seismogramy pro antiseismické projektování. Empirická a syntetická spektra odezvy pro praxi.

Lokální jevy

Frekvenčně-selektivní zesílení a prodloužení doby kmitů v připovrchových strukturách. Vrstevnaté a pánevní struktury. Spektrální poměry vůči opěrné stanici (použití zemětřesení a neklidu). Poměry horizontální a vertikální složky. Přenosové vlastnosti vrstvy na poloprostoru při dopadu rovinné vlny. Numerické simulace 1D, 2D a 3D lokálních jevů - přehled.

Poslední úprava: T_KG (18.01.2007)

angličtina

Makroseismic data

Ground motion and intensity, macroseismic scales, isoseismal maps. Historic and recent data.

Instrumental data

Historic development of instruments; basic principles. Mechanical seismograph. Transfer function for input displacement, velocity, acceleration. Decibel, decade, octave. Short-period, long-period and broad-band instrument. Sensitivity (volt/(m/s)), digitization (volt/count) and final relation count/(m/s). Instrumental correction in practice. Sampling rate, triggering, data storage. Data formats. Seismic noise and instrumental noise. Reading seismograms (arrival time, polarity, amplitude, period, duration). Instrumentation of our department (station PRAHA and stations in Greece). CMG-3T velocigraph and 5T accelerograph; analysis by program SCREAM. Program PITSA. Getting data from world data centers (ISC, USGS, ORFEUS). Seismic web pages.

Location and seismicity

Principles of linearized kinematic location. Programs HYPO. Principles of the grid-search location. Principles of the master-event (relative) location. Geometric azimuth and epicentral distance on the sphere. Rotation of horizontal components from EW, NS into R, T system. Particle motion (polarization) diagrams of P and S waves, S-wave splitting. Dynamic azimuth and incidence angle (apparent and true). Global and regional source regions. Depth distribution. Vadati-Benioff zones.

Body waves

Elastic Lame parameters in isotropic medium, bulk modulus (incompressibility), Poisson ratio. Linearized equation of motion; stress-velocity formulation; displacement formulation. Separation of P and S waves in homogeneous media, divergence and curl; definition of Vp a Vs. Potentials. Longitudinal and shear waves. 2D equations of motion; separation of P-SV and SH waves. 3D equations of motion. Curved interfaces and free surface. Dissipation, Q-factor, attenuation and dispersion.

Rays and travel times

Fermat principle. Snell's law. Parametric equations of the travel-time curve in 1D spherically symmetric medium. The ray parameter and the travel-time derivative. Theoretical travel times in a homogeneous mantle and core: P, PcP and PKP waves. Amplitude-distance curves. The Wiechert-Herglotz equation (without derivation). Travel times for a layer over half-space; MOHO; Pn and PmP waves. "Dictionary" of seismic phases. Standard travel-time curves and seismic models of the Earth (JB a IASP91). Principles of seismic tomography.

Surface waves

Love waves for a layer over half-space; dispersion and depth dependence. Rayleigh waves (without derivation). Mantle waves. Dispersion curves for continents and oceans.

Magnitude

Richter's magnitude. Magnitude from body and surface waves, calibration function. station correction. Frequency-magnitude relations (Gutenberg-Richter). Relations between magnitude and intensity. Relations between magnitude and energy. Time variations in the seismic energy release (sequences, swarm, Benioff graphs). Foreshocks and aftershocks. Seismic gaps. Quiescence. Migration.

Seismic sources

Fault plane, rupture, slip. Fault and radiated wave field. Pure shear earthquakes. Non-shear components. Seismic moment tensor; scalar moment, P-T-N axes. Radiation pattern of P and S waves (without derivation). Take-off angles for global and regional problems. Focal mechanisms retrieval from first-motion polarities. Problems involved. Nodal planes; source angles - strike, dip, rake; conjugate solutions. Apparent source time function and fault length; corner frequency. Directivity due to rupture propagation. Apparent time function retrieved by means of aftershocks (empirical Green's function). Relation between the fault length, moment and stress drop.

Energy of seismic waves

Volume density of kinetic and potential strain energy. Energy and power flux; formulation in stress and velocity, or in velocity only. Energy estimation from a single station. Relation between the P and S wave energy. Relation between energy, moment and stress drop. Moment magnitude.

Seismic hazard

Empirical attenuation curves (relation between ground motion, distance and magnitude). Problems involved. Synthetic attenuation curves. Point-source and finite-source approach. Synthetic seismograms for anti-seismic design. Empirical and synthetic response spectra for anti-seismic design.

Local site effects

Frequency-selective amplification ('resonance') and prolongation of ground motion in subsurface structures. Layered and basin structures. Spectral ratios with respect to reference station. Horizontal/vertical spectral ratios. Transfer function of 1-D models excited by plane waves. Numerical simulation of 1D, 2D and 3D site effects - a short introduction.

Poslední úprava: T_KG (18.01.2007)