Hybride Modellierung seismischer Wellenausbreitung in geologischen, fluidgesättigten Materialien: Fid-Bau Portal

Hybride Modellierung seismischer Wellenausbreitung in geologischen, fluidgesättigten Materialien

Wuttke, Frank / Schanz, Tom / Dineva, Petia

Ziel der numerischen Studie ist die Modellierung, Validierung und Analyse von numerischen Simulationswerkzeugen zur seismischen Wellenausbreitung in einer fluidgesättigten zweidimensionalen, lokal beliebig heterogenen geologische Region, welche in einen fluidgesättigten geschichteten Halbraum eingebettet ist. Das hybride Wellenzahlintegration-Randintegral-Gleichungs-Modell (WNI-BIEM) beinhaltet eine seismische Quelle als Doppeldipol zur Simulation von geologischen Brüchen und Störungen. Die Gesamtformulierung des hybriden Modells erfolgte für den ebenen Dehnungszustand. Die lokale geologische Region wird durch nichtparallele Schichten und freie Oberfläche simuliert, während die vertikale Abfolge von isotropen, homogenen, horizontalen Schichten den umgebenden Halbraum abbildet. Das so entwickelte numerische Tool erlaubt die Simulation der Wellenausbreitung in rein elastische Materialien und in fluidgesättigten Materialien unter Ansatz eines viskoelastischen Isomorphismus der Biot'schen Poroelastizität. Die Ergebnisse der durchgeführten numerischen Simulationen zeigen deutlich den Einfluss der mehrphasigen Materialmodellierung auf die Wellenausbreitung und die Analysemöglichkeiten mit dem entwickelten hybriden Modell unter der Berücksichtigung einer entsprechenden seismischen Quelle, eines beliebigen Wellenpfads und geologischer lateraler Heterogenität, von der Oberflächentopografie und der Berücksichtigung eines gesättigten Bodenmaterials. Die physikalischen Gründe für diese Effekte sind: Dissipationsprozesse infolge des viskoelastischen Verhaltens des Feststoffskelettes bzw. Fluids, Versteifung bezüglich der Kompressionsfähigkeit infolge der Anwesenheit des Porenfluids sowie Zunahme der Dämpfung bei Zunahme der Skelettversteifung.