Weitere Informationen zur Lehre

Zeitreihenanalyse

Wintersemseter 2018/19

Einführendes Tutorial

  - Installation von Miniconda, Python, Obspy und Jupyter

  - Python Tutorial mit kurzen Übungsaufgaben

  - ObsPy Tutorial

 

Inhalt

0. Organisatorisches, Motivation, Einführung

1. Mathematische Grundlagen

2. Fourier-Analysis / Spektralanalyse

3. Hilbert-Transformation und analytisches Signal

4. Korrelation & Konvolution

5. Laplace-Transformation / Z-Transformation

6. Filter

 

Materialien:

Hier kommen dann die vielen Downloads hin

Angew. Informatik

Angewandte Informatik fuer Geophysiker

Inhalt

Die Lehrveranstaltung gibt einen Ueberblick ueber verschiedene Programme und Software-Pakete in der Geophysik. Datenaufbereitung fuer diverse Programme wrerden mit Shell-Skripten im Verbund mit AWK und SED durchgefuehrt. Die Programme werden mit Fortran 95 erstellt. Die damit berechneten Ergebnisse werden mittels GMT visualisiert. Fuer eine Zusammenfassung der Ergebnisse in Berichtform wird noch ein Einblick in Latex gegeben.

Termine 2015

April: 15/22/29
Mai: 6/13/20/27
Juni: 3/10/17/24
Juli: 1/8/15

 

Vorlesungsmaterial

01_Einfuehrung_UNIXpdf, 3 mb

02_AWK_SED_SHELLpdf, 1 mb

03_GMT_Teil1pdf, 4 mb

04_GMT_Teil2pdf, 7 mb   Zusätzliche Dateienzip, 15 mb

05_SU_FORTRAN_Teil1pdf, 5 mb

Literature Seminar Applied Geophysics

dMGPH1.1

Content

Presentation and discussion of recently published journal articles. See bottom for more details.

Schedule

date journal overview full paper presentation
  Name Journal Title Name Paper Title

Monday

01.01.20

 Nixus Minimax Geophsics in a small big world Tom Brady I'm the Goat, you're not

Friday

02.02.20

 Clara Princess Geophysik is my castle    

Sunday

03.30.20

 God of Thunder Lightning does the Work, Thunder takes the credit    

Tuesday 14 c.t. Pr1

Journals for overview presentations (one slide per paper: abstract & one figure, not longer than 15 min in total):
Geophysics
Near Surface Geophysics
Geophysical Prospecting
J.Applied Geophysics
Tectonophysics
GJI
The Leading Edge
First Break

(JGR-SE, EPSL, BSSA, GRL, Pure and Applied Geophysics)

A selection of journal articles that will be discussed in the seminar you'll find below

Literature Seminar Applied Geophysics

Full Waveform Inversion
  • Afanasiev et. al, 2014, Waveform-based simulated annealing of crosshole transmission data:a semi-global method for estimating seismic anisotropy, GJI

  • Arnulf et. al, 2014, Nature of upper crust beneath the Lucky Strike volcano using elastic full waveform inversion of streamer data, GJI

  • Djebbi et. al, 2014, Traveltime sensitivity kernels for wave equation tomography using the unwrapped phase, GJI

  • Kwak et. al, 2014, Frequency-domain direct waveform inversion based on perturbation theory, GJI

  • Xu et. al, 2014, 2D frequency-domain elastic full-waveform inversion using time-domain modeling and a multistep-length gradient approach, Geophys

  • Yu et. al, 2014, An application of multiscale early arrival waveform inversion to shallow seismic data, NSG

  • Wang et. al, 2014, Integrated inversion using combined wave-equation tomography and full waveform inversion, GJI

  • Jun et. al, 2014, Laplace-Fourier-domain elastic full-waveform inversion using time-domain modeling, Geophys

  • Dagnino et. al 2014, Scale- and parameter-adaptive model-based gradient pre-conditioner for elastic full-waveform inversion, GJI

  • Alkhalifah et. al, 2014, A recipe for practical full-waveform inversion in anisotropic media: An analytical parameter resolution study, Geoph
Bayesian methods
  • Dettmer et. al, 2014, Trans-dimensional finite-fault inversion, GJI

  • Sambridge, 2014, A Parallel Tempering algorithm for probabilistic sampling and multimodal optimization, GJI
Surface Wave Inversion and Ambient Noise
  • Li et. al, 2014, Adaptive ambient noise tomography and its application to the Garlock Fault, southern California, GJI

  • Nicolson et. al, 2014, Rayleigh wave tomography of the British Isles from ambient seismic noise, GJI

  • de Ridder et. al, 2014, Time-lapse seismic noise correlation tomography at Valhall, GRL

  • Takano et. al, 2014, Seismic velocity changes caused by the Earth tide: Ambient noise correlation analyses of small-array data, GRL

  • Solano et. al, 2014, Alternative waveform inversion for surface wave analysis in 2-D media, GJI

  • Mordret et. al, 2014, Seismic noise-based time-lapse monitoring of the Valhall overburden, GRL
NW Bohemia
  • Braeuer, 2014, Seismically triggered anomalies in the isotope signatures of mantle-derived gases detected at degassing sites along two neighboring faults in NW
  • Bohemia, central Europe, JGRSauer et. al, 2014, Joint interpretation of geoelectrical and soil-gas measurements for monitoring CO2 releases at a natural analogue, NSG

  • Fischer et. al, 2014, Intra-continental earthquake swarms in West-Bohemia and Vogtland: A review, Tectonophys
Near surface GPR, ERT, EM
  • Wunderlich et. al, 2013, Absorption and frequency shift of GPR signals in sandy and silty soils: empirical relations between quality factor Q, complex permittivity and clay and water contents, NSG

  • Dujardin et. al, 2014, GPR measurements to assess the Emeelt active fault's characteristics in a highly smooth topographic context, Mongolia, GJI

  • Forte et. al, 2014, Velocity analysis from common offset GPR data inversion: theory and application to synthetic and real data, GJI

  • Loke et. al, 2014, Smoothness-constrained time-lapse inversion of data from 3D resistivity surveys, NSG
  • Rucker et. al, 2014, Real-time electrical monitoring of reagent delivery during a subsurface amendment experiment, 2014

  • Karoulis et. al, 2014, 4D time-lapse ERT inversion: introducing combined time and space constraints, NSG

  • Ercoli et. al, 2014, 3-D GPR data analysis for high-resolution imaging of shallow subsurface faults: the Mt Vettore case study (Central Apennines, Italy), GJI

  • Bergmann et. al, 2014, Combination of seismic reflection and constrained resistivity inversion with an application to 4D imaging of the CO2 storage site, Ketzin, Germany, Geoph
Seismicity and Fluids
  • Amoroso et. al, 2014, Seismic imaging of a fluid storage in the actively extending Apennine mountain belt, southern Italy, GRL
  • Hainzl et. al, 2014, Testing atmospheric and tidal earthquake triggering at Mt. Hochstaufen, Germany, JGR
  • McGarr, 2014, Maximum magnitude earthquakes induced by fluid injection, JGR
Other Papers
  • Farrell et. al, 2014, Tomography from 26 years of seismicity revealing that the spatial extent of the Yellowstone crustal magma reservoir extends well beyond the Yellowstone caldera, GRL

  • Lin, 2014, Three-dimensional compressional wave attenuation tomography for the crust and uppermost mantle of Northern and central California, GRL

  • Valentine et. al, 2014, Explosion depths for phreatomagmatic eruptions, GRL

  • Luth et. al, 2013, Does subduction polarity changes below the Alps? Inferences from analogue modelling, Tectonophys

Seismische Tomographie

MGPH2.1 - Wahlpflicht - 2VO 1Ü

Inhalt

Die Lehrveranstaltung behandelt theoretische Grundlagen und praktische Aspekte der seismischen Tomographie. Im ersten Teil werden die Grundlagen der Wellen- und Strahlentheorie behandelt. Diese Grundlagen sind notwendig, um für eine gegebene Verteilung viskoelastischer Parameter des Untergrunds quantitative Vorhersagen machen zu können. Im zweiten Teil der Veranstaltung geht es um die Inversion, vorrangig um lineare diskrete Systeme. Wichtige praktische Aspekte, wie die Einführung von zusätzlichen Randbedingungen zur Stabilisierung, sowie Fragen der Auflösung und Fehlerfortsetzung werden detailliert diskutiert. Darauf aufbauend werden im dritten Teil der Veranstaltung nicht-lineare Lösungsansätze vorgestellt.

Vorlesungstermine 2015

April: 14/21/28
Mai: 5/12/19/26
Juni: 2/9/16/23/30
Juli: 7/14

Vorlesungsmaterial und Übungsaufgaben

Termin Folien Übungen
Apr 16 01-Einfuehrung  
Apr 23    
Apr 30 02-Hookesches_Gesetz  
Mai 7 03-Wellengleichung  
Mai 14 04-Strahlmodellierung  
Mai 21 05-Systematik_der_Inversionsprobleme  
Mai 28 06-Diskrete_lineare_Inversion  
Juni 4 07-Wahrscheinlichkeiten_und_Messfehler  
Juni 11 08-Aufloesung  
Juni 18 09-Nichlineare_Inversion  
Juli 25    
Juli 2    
Juli 9    
Juli 16    

Literatur

  • W. Menke, 2012, Geophysical Data Analysis: Discrete Inverse Theory, 3rd edition, Academic Press, 293 pp
  • R.C. Aster, B. Borchers, C.H. Thurber, 2013, Parameter Estimation and Inverse Problems, 2nd edition, Academic Press, 360 pp

Beide Bücher haben zahlreiche Beispiele in Form von MATLAB-Skripten. Die Vorlesung orientiert sich mehr am Menke.

Die Grundlagen der Inversionstheorie werden auch in

  • D. Gubbins, 2004, Time Series Analysis and Inverse Theory, Cambridge, UK, 255 pp
  • G. Nolet, 2008, A Breviary of Seismic Tomography, Cambridge, UK, 344 pp

behandelt. Nolet behandelt vor allem Problemen der globalen Seismologie, deren Grundlagen in etwas einfacherer Form auch in

  • F.D. Stacey and P.M. Davis, 2008, Physics of the Earth, Cambridge, UK, 532 pp

diskutiert werden. Die Grundlagen der Wellen- und Strahlentheorie (erster Teil der Vorlesung) sind außerdem in vielen Lehrbüchern der Geophysik dargestellt, z.B. in

  • R.E. Sheriff and L.P. Geldart, 1995, Exploration Seismology, 2nd edition, Cambridge, UK, 592 pp
  • P.M. Shearer, 2009, Introduction to Seismology, 2nd edition, Cambridge, UK, 396 pp

Reflexionsseismik

MGPH 1.1 - Wahlpflicht - 2VO 1Ü

Inhalt

Die Veranstaltung behandelt theoretische Grundlagen und praktische Aspekte der Reflexionsseismik von der Planung und Durchführung von Geländearbeiten bis zum Erstellen eines Abbilds des Untergrunds. Theoretische Schwerpunkte bilden die Geometrie seismischer Wellen, die Bestimmung von Geschwindigkeiten aus reflexionsseismischen Signalen und Migrationsverfahren zur Korrektur geometrischer Unzulänglichkeiten von Lotzeitsektionen und zum Abbilden von ungestapelten Seismogrammen. Ergänzt wird dies durch eine Darstellung der verschiedenen Schritte der Datenaufbereitung, die der Schärfung, Verstärkung und Extraktion der reflexionsseismischen Signale aus den Registrierungen und der Korrektur oberfächennaher Variationen dienen. Begleitend werden Im Computerlabor die erlernten Verfahren an einem Datensatz aus einem sedimentären Becken angewandt.

Termine WS 14/15

Mi 12:15 - 13:30 Seminarraum
Do  9:00 - 10:30 Computerraum

Unterlagen

Folien zur Vorlesung und Übungsaufgaben

Termin Folien Übungen
Oct 22 Einleitung 01
Oct 29 Akquisition 02
Nov 5 Energie 03
Nov 12 Grenzfläche 04
Nov 19 Konvolution  
Nov 26 Stapelverfahren 05
Dec 3 Stapelverfahren  
Dec 10   06
Dec 17 Processing  
Jan 7 Migration 07
Jan 14 Migration  
Jan 21 Krustenseismik  
Feb 4 Attribute  

Basic UNIX/LINUX commandspdf, 343 kb

SEG-Y / SU Trace Header Formatpdf, 48 kb

Die Übungen werden mit dem Programmpaket "Seismic UnixExterner Link" durchgeführt, für das es ein WikiExterner Link gibt mit einer Übersicht über alle ModuleExterner Link.

Literatur

Etwas antiquiert, aber vollständig und gründlich

  • R.E. Sheriff and L.P. Geldart, 1995, Exploration Seismology, 2nd edition, Cambridge, UK, 592 pp

Praxisnahe Einführungen

  • J. M. Reynolds, 2011, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, 2nd edition, Wiley-Blackwell, 696 pp
  • H.R. Burger, A.F. Sheehan and C.H. Jones, 2006, Introduction to Applied Geophysics: Exploring the Shallow Subsurface, W.W. Norton, New York, NY, 600 pp

Grundlagen moderner Migrationsverfahren

  • R.H. Stolt and A.B. Weglein, 2012, Seismic Imaging and Inversion, Cambridge, UK, 404 pp

Nachschlagewerk

  • R.E. Sheriff, 2002, Encyclopedic Dictionary of Applied Geophysics, 4th edition, Geophysical References Series 13, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, OK, 429 pp. (Auch online als WikiExterner Link)

Klassiker der Reflexionsseismik in Neuauflage

  • O. Yilmaz, 2001, Seismic Data Analysis, Tulsa, OK, 2 Vol, 2027 pp

Geophysikalische Exkursion 2018

Letzte Aktualisierung: 16.01.2018

   
Exkursionsziele Zentrum für Deut. Luft- und Raumfahrt (DLR) und Schwer-belastungskörper, Berliner Unterwelten e.V., Berlin
Termin Don. 24.05. - Frei. 25.05.2018
Unterkunft Jugendherberge Berlin Ernst-Reuter
Modulinformation Die Geophysikalische Exkursion gehört gemeinsam mit der Geophysikalischen Geländeübung für Fortgeschrittene zum Modul MGPH2.1.1
Voraussetzungen Das grundlegende Wissen zur Geophysik wird vorausgestzt.
Lernziel Das Kennenlernen von anderer geophysikalischen Institutionen sowie deren Stellung in der geowissenschaftlichen Forschungslandschaft.
Ablauf Wir fahren am 24.5. hier vormittags (9:00) los und werden am frühen Nachmittag beim DLR in Berlin sein. Dort bekommen wir eine Führung und ausgewählte Vorträge. Am späten Nachmittag fahren wir weiter zur o.g. Jugendherberg. Am nächsten Tag besichtigen wir den Schwerbelastungskörper (inkl. Führung) vom Verein Berliner Unter-welten e.V. Am Nachmittag fahren wir anschließend wieder zurück nach Jena.
Bericht Nach Abschluss der Exkursion müssen die Studierenden ein ca. 8- seitiges Protokoll (inkl. Abbildungen) zur Exkursion und den besichtigten Institutionen anfertigen. Der Abgabetermin wird vor Ort vereinbart.
Benotung Das Protokoll und auch die wissenschaftliche Beteiligung während der Exkursion werden benotet.
Kosten Die Kosten für die Übernachtung und die Verpflegung müssen von den Studierenden selbst getragen werden. Der Übernachtungspreis liegt bei ca. 28€ (inkl. Frühstück) + das Abendessen am Donnerstag.
Informationen
 Für weitere Informationen steht PD Dr. Thomas Jahr zur Verfügung.
Anmeldung Die verbindliche Anmeldung erfordert eine Anzahlung von 20€ bei Th. Jahr bis spätestens zum 20.4.2018.

Geophysikalische Geländeübung für Fortgeschrittene 2016

Letzte Aktualisierung: 16.01.2018

   
Untersuchungsgebiet Erdfallgebiet bei Kühnhausen/Elxleben, nordwestlich von Erfurt
Termin 05.09. - 14.09.2016
Unterkunft Hotel Elxleben
Messmethoden Seismik, Gravimetrie, Geoelektrik
Voraussetzungen Das grundlegende Wissen zu den verwendeten Methoden und der Auswertung wird vorausgesetzt.
Lernziel Die eigenständige Anwendung der geophysikalischen Methoden im Gelände von der Planung einer Messung über die Durchführung bis zur Auswertung.
Ablauf Die Gruppenzusammenstellung erfolgt variabel, je nach Bedarf der verschiedenen Messmethoden; dabei wird jeweils einen Tag mit einer Methode gearbeitet und am Abend ausgewertet. Am nächsten Morgen sind die Ergebnisse des Vortags in einem Kurzvortrag vorzustellen.
Bericht Nach Abschluss der Geländearbeit ist von allen Studierenden ein Gesamtbericht anzufertigen, in dem die Ergebnisse der einzelnen Messmethoden dargestellt und ggf. metho­den­über­greifend interpretiert werden. Die wesentlichen theoretischen Grundlagen der verschiedenen Methoden sollen ebenfalls erläutert werden.
Benotung Die Benotung setzt sich zusammen aus der Bewertung der Mitarbeit im Gelände und bei der Auswertung, der Beteiligung an den morgendlichen Kurzvorträgen und der jeweiligen Diskussion und den angefertigten Teilen des Gesamtberichts.
Kosten Der voraussichtliche Kostenaufwand für Übernachtung und Verpflegung beträgt pro Studierenden ca. 300,- €.
Informationen
 Für weitere Informationen steht Thomas Jahr zur Verfügung.
Anmeldung Die verbindliche Anmeldung erfordert eine Anzahlung der Übernachtungskosten (100€) bis zum 30.4.2016. Nähere Information erteilt Thomas Jahr (tel. 03641 948665).