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Seismic attenuation from seismic ambient noise recordings
application to short-term nodal deployment
Helena Simic
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Joint-Masterstudium Physics of the Earth
Betreuer*in
Götz Bokelmann
DOI
10.25365/thesis.78784
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-15681.34965.814550-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der östliche Teil des Wiener Beckens ist Österreichs Hauptzielgebiet für die Exploration tiefer geothermischer Ressourcen. Eine effektive Bewertung der geothermischen Ressourcen erfordert detaillierte Kenntnisse der Gesteinsbeschaffenheit unter der Oberfläche, einschließlich Porosität, Durchlässigkeit und Flüssigkeitsgehalt. Während die Umgebungsgeräuschtomographie sich als kostengünstige geophysikalische Methode etabliert hat und sich für ihre Untergrundsabbildung bewährt hat, bleibt die Erweiterung dieser Techniken auf eine zuverlässige Bestimmung der Dämpfung eine Herausforderung. Letztere kann wichtige Erkenntnisse über die für die geothermische Charakterisierung erforderlichen Gesteinseigenschaften liefern und damit eine wertvolle Ergänzung zu teuren aktiven seismischen Untersuchungen darstellen. Hier präsentieren wir eine erste Anwendung des von Boschi et al. (2019) entwickelten Rahmens zur Messung der Umgebungsgeräuschdämpfung für dichte, kurzzeitige Knotenarrays. Dies wird angewandt auf Daten aus dem Eastern Vienna Array, bestehend aus 44 Nodes, die entlang eines 15 km langen NW-SE-Profils mit einem Abstand von etwa 350 Metern positioniert waren und im Sommer 2023 36 Tage lang kontinuierlich Daten aufzeichneten. Wir berechneten Kreuzkorrelationsfunktionen des Umgebungsrauschens für Stationspaare entlang des Profils und wandten sie in den Frequenzbereich um. In Anlehnung an den Ansatz von Boschi et al. (2019) haben wir die Kreuzkorrelationsfunktionen anhand der durchschnittlichen spektralen Leistungsdichte normiert und Qualitätskontrollen durchgeführt. Anschließend haben wir Enveloppen berechnet und frequenzabhängige Dämpfungskoeffizienten durch Rasteroptimierung unter Verwendung des gedämpften Bessel-Modells und der zuvor von Esteve et al. (2025) ermittelten Phasengeschwindigkeiten zwischen den Stationen geschätzt. Unsere Ergebnisse zeigen eine erfolgreiche Extraktion von Dämpfungskoeffizienten im Bereich von 10^(-5) bis 10^(-3) m^(-1) über das Frequenzband von 0,2 bis 0,7 Hz, wobei die räumliche Variation entlang des Profils eine geringere Dämpfung im mittleren Bereich bei niedrigeren Frequenzen und eine zunehmende Dämpfung in Richtung der südlichen Region bei höheren Frequenzen zeigt. Am bedeutendsten ist jedoch, dass wir über alle analysierten Frequenzen hinweg ein konsistentes Antikorrelationsmuster zwischen Dämpfungskoeffizient und Phasengeschwindigkeit beobachten, was ein starker Hinweis darauf ist, dass die intrinsische Dämpfung als primärer Dämpfungsmechanismus im untersuchten Tiefenbereich entlang unseres Untersuchungsprofils im Wiener Becken dominiert. Obwohl die Methode bei dichten, lokalisierten Arrays Einschränkungen aufweist, zeigen unsere Ergebnisse das Potenzial von Umgebungsgeräuschmethoden für kostengünstige, lokale Dämpfungsstudien, die für geothermische Untersuchungen relevant sind.
Abstract
(Englisch)
The eastern part of the Vienna Basin represents Austria's primary target for deep geothermal exploration. Effective geothermal resource assessment requires detailed knowledge of subsurface rock properties, including porosity, permeability, and fluid content. While ambient noise tomography has emerged as a cost-effective geophysical method and proven successful for velocity imaging, extending these techniques to reliable attenuation estimation remains challenging. Seismic attenuation measurements could provide the critical insights into rock properties needed for geothermal characterization, offering a valuable supplement to expensive active seismic surveys. In this work, we present the first implementation of the Boschi et al. (2019) ambient noise attenuation framework for dense, short-duration nodal arrays. We used data from the Eastern Vienna Array, consisting of 44 nodes positioned along a 15-km NW-SE profile with approximately 350-meter spacing, recording continuous data for 36 days during summer 2023. We computed ambient noise cross-correlation functions for station pairs along the profile and converted them to the frequency domain. Following the approach of Boschi et al. (2019), we normalized cross-correlation functions by average power spectral density and applied quality control procedures. We then calculated envelope functions and estimated frequency-dependent attenuation coefficients through grid search optimization using the damped Bessel model and interstation phase velocities previously obtained by Esteve et al. (2025). Our results show successful extraction of attenuation coefficients ranging from 10^(-5) to 10^(-3) m^(-1) across the 0.2 - 0.7 Hz frequency band, with spatial variation along the profile revealing lower attenuation in the central portion at lower frequencies and increased attenuation toward the southern region at higher frequencies. Most significantly, we observe a consistent anti-correlation pattern between attenuation coefficients and phase velocities across all analyzed frequencies, indicating strong evidence that intrinsic attenuation dominates as the primary attenuation mechanism in the sampled depth range along the studied profile in the Vienna Basin. While the method shows limitations for dense, localized arrays, our results demonstrate the potential of ambient noise methods for cost-effective, local-scale attenuation studies relevant to geothermal studies.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Seismische Dämpfung Seismisches Umgebungsrauschen Wiener Becken Geothermische Exploration
Schlagwörter
(Englisch)
seismic attenuation ambient noise interferometry Vienna Basin geothermal exploration
Autor*innen
Helena Simic
Haupttitel (Englisch)
Seismic attenuation from seismic ambient noise recordings
Hauptuntertitel (Englisch)
application to short-term nodal deployment
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
viii, 48 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Götz Bokelmann
Klassifikation
38 Geowissenschaften > 38.38 Seismologie
AC Nummer
AC17591180
Utheses ID
76568
Studienkennzahl
UA | 066 | 680 | |