Seismische Wellengeschwindigkeiten in Gesteinen
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Seismische Wellen, die durch die Detonation eines Sprengsatzes oder andere Quellen erzeugt werden, breiten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Erde aus. Diese Geschwindigkeiten werden durch verschiedene Faktoren beeinflusst, darunter:
- Lithologie
- Tiefe
- Porosität des Materials
- Verdichtung und Verfestigung
- Fluidgehalt
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit hängt zudem vom Elastizitätsmodul und der Dichte ab. Diese Parameter sind entscheidend für die Geschwindigkeitsanalyse bei der Interpretation seismischer Daten. Die folgende Tabelle zeigt die Ausbreitungsgeschwindigkeiten von Longitudinalwellen (P-Wellen) in verschiedenen Materialien:
| Material | V [m/s] |
|---|---|
| Verwitterungsschicht | 300–900 |
| Modernes Schwemmland | 350–1500 |
| Tone (Clays) | 1000–2000 |
| Mergel (Marls) | 1800–3200 |
| Sandstein | 1400–4500 |
| Konglomerate | 2500–5000 |
| Kalkstein (Calizas) | 4000–6000 |
| Dolomit (Dolomias) | 5000–6000 |
| Schiefer (Will) | 4500–6500 |
| Gips (Yeso) | 3000–4000 |
| Anhydrit | 3000–6000 |
| Gneis | 3100–5400 |
| Quarzit | 5100–6100 |
| Granit | 4000–6000 |
| Gabbro | 6700–7300 |
| Dunit | 7900–8400 |
| Diabas | 5800–7100 |
Eine Analyse dieser Daten zeigt, dass magmatische Gesteine in der Regel höhere Geschwindigkeiten aufweisen als Sedimentgesteine. Die Geschwindigkeiten variieren innerhalb der elastischen Grenzen in Abhängigkeit von Tiefe und Druck. Generell nimmt die Geschwindigkeit bei gleicher Gesteinsart mit dem geologischen Alter und zunehmender Tiefe zu.
Innere Struktur der Erde (nach Gutenberg)
In der Seismik markiert der Bereich um 2900 km Tiefe die Grenze zum Erdkern. Da hier keine Scherwellen (S-Wellen) übertragen werden, verhält sich der Kern wie eine Flüssigkeit. Die Diskontinuität in ca. 50 km Tiefe oder weniger unter der Erdoberfläche ist als Mohorovičić-Diskontinuität (Moho) bekannt und bildet die Basis der Erdkruste.
Die Region zwischen Kruste und Kern wird als Erdmantel bezeichnet. Im äußeren Mantel erreicht die P-Welle eine Geschwindigkeit von 8,1 km/s, die mit kleinen Unterbrechungen in die Tiefe zunimmt. An der Grenze zum Kern sinkt die P-Wellengeschwindigkeit, während S-Wellen am Boden des Erdmantels nicht mehr existieren. Im Erdkern steigt die P-Wellengeschwindigkeit (Vp) schnell mit der Tiefe an.
Durch diese Daten lassen sich Kurven erstellen, die Veränderungen der elastischen Konstanten (Kompressibilität und Steifigkeit) in Bezug auf die Tiefe darstellen. Dies ermöglicht Rückschlüsse auf die Materialzusammensetzung im Erdinneren. Verschiedene geodynamische und geostatische Modelle bestätigen diesen grundlegenden Aufbau der Erde.