The Eastern Alps are subject to routine seismic monitoring by several national and regional agencies. However, the station density of the permanent local networks varies significantly, which has hindered the development of a high-resolution uniformly processed regional earthquake catalogue. The recent deployment of the temporary AlpArray Swath-D network has provided unparalleled station coverage for a two-year period, creating a unique opportunity for the detailed analysis of the seismicity of the Eastern Alps.
By utilising data from this network, I established a highly effective workflow for the detection, phase-picking, and localisation of low-magnitude seismicity using waveform based methods. This unique workflow yielded a high-resolution regional earthquake catalogue comprising 6,053 events and a completeness magnitude of ML -1.0. It is contingent on an efficient template matching code, which enabled me to integrate and expand upon existing earthquake catalogues from the well-established regional networks. Innovative picking methods were applied to automatically pick phase-arrivals based on a selection of manually picked events. These were then used to accurately localise the events within a recent local 3D velocity model. As a consequence of the high population density and industrialisation of the Eastern Alps, a considerable amount of anthropogenic signals are recorded continually in conjunction with the seismic events. I identified these signals with high confidence through the analysis of temporal signatures and satellite imagery. This is essential for an accurate interpretation of the spatial and temporal distribution of the earthquakes in the catalogue.
The obtained distribution of the earthquakes is largely consistent with known deformation patterns in the region observed through long-term seismic monitoring. A systematic variation of the b-values of the frequency-magnitude distribution indicates high differential stress in the area where previous GPS studies have identified the highest crustal deformation rates, and low differential stress in an area that is characterised by high uplift rates. To further expand the analysis of small-magnitude seismicity clusters, I applied techniques derived from graph theory. This enabled me to differentiate closely located earthquakes into sub-clusters associated with distinct faults. The relative relocalisation of events based on S-P differential travel-time inversion then allowed me to resolve the orientations of these faults, which exhibit a close correlation to fault plane solutions for moment tensor inversions of individual events within these sub-clusters.
The methodology that I present in this thesis has been demonstrated to be very effective for the detection of small earthquakes in low signal-to-noise recordings, resulting in an unprecedented image of the seismicity in the Eastern Alps over the two-year recording period of the AlpArray Swath-D network.
Die Ostalpen werden von verschiedenen nationalen und regionalen Institutionen routinemäßig seismisch überwacht. Die Stationsdichte der permanenten, lokalen Netzwerke ist jedoch sehr variabel. Dies erschwert die Erstellung eines hochauflösenden, einheitlich verarbeiteten regionalen Erdbebenkatalogs. Durch die Installation des temporären AlpArray Swath-D Netzwerks wurde eine einzigartige Stationsabdeckung für einen Zeitraum von zwei Jahren geschaffen. Dies ermöglicht eine detaillierte Analyse der Seismizität der Ostalpen.
Unter Verwendung der Daten dieses Netzwerks habe ich einen hocheffektiven Arbeitsablauf für die Detektion, die Identifikation seismischer Phasen und die Lokalisierung von Seismizität niedriger Magnitude mittels wellenformbasierter Methoden entwickelt. Dieser einzigartige Arbeitsablauf resultierte in einem hochauflösenden regionalen Erdbebenkatalog mit $6.053$ Ereignissen und einer Vollständigkeitsmagnitude von ML -1,0. Er basiert auf einem effizienten Template Matching Algorithmus. Dieser ermöglichte es mir, bestehende Erdbebenkataloge aus den etablierten regionalen Netzwerken zu integrieren und zu erweitern. Es wurden innovative Methoden angewandt, um auf der Grundlage einer Auswahl von manuell identifizierten Phasen automatisch neue Phasenankünfte zu ermitteln. Diese wurden daraufhin verwendet, um die Ereignisse innerhalb eines aktuellen lokalen 3D-Geschwindigkeitsmodells genau zu lokalisieren. Infolge der hohen Bevölkerungsdichte sowie der Industrialisierung der Ostalpen werden neben seismischen Ereignissen viele anthropogene Signale aufgezeichnet. Durch die Analyse von zeitlichen Signaturen und Satellitenbildern habe ich diese mit hoher Sicherheit identifiziert. Dieser Schritt ist eine wichtige Voraussetzung für die richtige Interpretation der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Erdbeben im Katalog.
Die ermittelte Verteilung der Erdbeben stimmt weitgehend überein mit bekannten Deformationsmustern in der Region, die durch langfristige seismische Überwachung beobachtet wurden. Eine systematische Variation der b-Werte der Magnituden-Häufigskeitsverteilung deutet auf eine hohe differentielle Spannung in dem Gebiet hin, in dem frühere GPS-Studien die höchsten Krustenverformungsraten festgestellt haben. In einem Gebiet, das durch hohe Hebungsraten charakterisiert ist, deutet sie dahingegen auf eine geringe differentielle Spannung hin. Um die Analyse von Seismizitätsclustern geringer Magnitude weiter auszubauen, habe ich Methoden aus der Graphentheorie angewandt. Diese ermöglichten es mir, nah beieinander liegende Erdbeben in Untergruppen zu unterteilen, die mit bestimmten Verwerfungen assoziiert werden können. Die relative Relokalisierung von Ereignissen auf Grundlage der differentiellen S-P Laufzeitinversion ermöglichte es mir schließlich, die Orientierungen dieser Verwerfungen zu bestimmen. Die Resultate zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den Lösungen der Momententensorinversionen einzelner Ereignisse innerhalb dieser Untergruppen.
Die Methodik, die ich in dieser Arbeit vorstelle, hat sich als sehr effektiv für die Erkennung kleiner Erdbeben in Aufzeichnungen mit geringem Signal-Rausch-Verhältnis erwiesen. Das Resultat ist ein bislang einzigartiges Bild der Seismizität in den Ostalpen während der zweijährigen Aufzeichnungszeit des AlpArray Swath-D Netzwerks.
