List of Tables

1. Upper mantle discontinuities after Bina (1991)
2. YKA configuration
3. Tw~st Array configuration
4. Event list for the Tw~st array
5. Reflection point location for Tw~st dataset
6. 210 km discontinuity results
7. 410 km discontinuity results

Zusammenfassung



Die vorliegende Arbeit untersucht die Struktur der seismischen Diskontinuitäten im oberen Mantel unterhalb des Pazifiks mit seismologischen Array Methoden. Hierzu werden Erdbeben aus dem südwestlichen Pazifik genutzt, die am seismischen Yellowknife Array in den Northwest Territories in Kanada aufgezeichnet wurden.
Die Struktur der Diskontinuitäten des oberen Mantels wird durch Unterseitenreflexionen der Kompressionswelle PP an den Diskontinuitäten untersucht. Diese als P$^d$P Phasen bezeichneten Einsätze erscheinen als Vorläufer zur Phase PP im Seismogramm. Die Verwendung der P$^d$P Phasen mit dieser Quell-Empfänger Kombination ergibt die Möglichkeit, einen Korridor von den Hawaii Inseln bis zur Kurilen Subduktionszone südlich von Kamchatka zu untersuchen.
Da die Amplituden der Vorläuferphasen im Seismogramm sehr klein sind, werden zur Detektion dieser Phasen Arraymethoden angewandt, um die Phasen aus dem Rauschen herauszuheben. Aus diesem Grund wurde die Frequenz-Wellenzahlanalyse (fk-analyse) weiterentwickelt, um aus längeren Zeitabschnitten Informationen über die einfallenden Wellenfronten zu gewinnen. Diese fk-analyse mit gleitenden Zeitfenstern (sliding-window fk-analysis) wird ausgiebig auf ihr Auflösungsvermögen getestet und auf einen Datensatz von 124 Events des Yellowknife Arrays angewandt. Zur Darstellung der sliding-window fk-analysis wurde eine geeignete Methode, die sogenannten fk-movies, entwickelt.
Mit Hilfe der sliding-window fk-analysis konnten Unterseitenreflexionen von verschiedenen Diskontinuitäten detektiert werden. Es gibt Hinweise auf zwei flache Reflektoren mit mittleren Tiefen von 60 km und 99 km, die durch Polaritätsuntersuchungen als Hales- und Gutenberg-Diskontinuität identifiziert werden.
Die Untersuchung liefert Hinweise auf einen Reflektor in ca. 200 km Tiefe, die sogenannte Lehmann Diskontinuität. Die mit dieser Diskontinuität verbundenen minimalen Impedanzkontraste und eine Abschätzung der Dicke einer Gradientenzone, in der sich die seismischen Geschwindigkeiten und die Dichte des Mantelmaterials ändert, werden mit synthetischen Seismogrammen untersucht.
Die sogenannte 410-km Diskontinuität wird mit der sliding-window fk-analyse ebenfalls detektiert. In der Struktur dieser Diskontinuität finden sich Hinweise auf den Hawaii Mantelplume und das Eintauchen der pazifischen Platte in den Erdmantel an der Kurilen-Subduktionszone. Aus den Reflexionen können, wiederum mit Hilfe von synthetischen Seismogrammen, Rückschlüsse auf den Impedanzkontrast und die Dicke der Diskontinuität gezogen werden.
Die 660-km Diskontinuität wird mit dem vorliegenden Datensatz nicht detektiert. Dieses Ergebnis steht in Übereinstimmung mit anderen Arbeiten und wird benutzt, um einen maximalen Impedanzkontrast und eine minimale Dicke der Diskontinuität zu ermitteln. Dies geschieht ebenfalls mit Hilfe von synthetischen Seismogrammen.
In einem zweiten, kleineren Abschnitt wird versucht mit Hilfe von langperiodischen Scherwellen den Ursprung der Lehmann Diskontinuität zu bestimmen. Dazu werden Daten des temporären Tw~st Arrays genutzt. Zur Untersuchung der Lehmann Diskontinuität wird die Aufspaltung zwischen horizontal und vertikal polarisierten S-Wellen von SS und S$^d$S Phasen verglichen. Aufgrund des kleinen Datensatzes des Tw~st Arrays ist eine abschließende Bewertung des Ursprungs der Lehmann Diskontinuität leider nicht möglich.

In dieser Arbeit wird gezeigt, daß kurzperiodische Seismogramme von kleinräumigen Arrays die Möglichkeit bieten, P$^d$P Vorläuferphasen zu detektieren und damit ein erheblich besseres, räumliches Auflösungsvermögen zu erhalten ist, als mit den bisher üblichen Stackingmethoden von langperiodischen Seismogrammen.