Seismik
Die Seismik basiert auf der Messung von Laufzeiten und Amplituden seismischer Wellen, die sich im Untergrund mit einer materialabhängigen Geschwindigkeit ausbreiten. Die seismischen Wellen werden z.B. mit einem Hammer, mit einem beschleunigten Fallgewicht oder auch mit Sprengstoff angeregt (seismische Quelle).
Erkundungstiefe: 10er Meter bis 1000er Meter
Anwendungsbeispiele
- Geologischer Aufbau (Verwitterungsschicht, Aquifere, Sedimentschichten, Festgesteinsbasis)
- Gesteins-/Bodenparameter (Porosität, Dichte, Felsklassenbestimmung, Kennwerte, Erdbebensicherheit)
- Störungserkundung (Klüfte, Bruchzonen)
- Ortung von Hohlräumen, Stollen, Objekten
Methodisch wird je nach Fragestellung Refraktionsseismik oder Reflexionsseismik angewendet.
An geologischen Schichtgrenzen und allen anderen Diskontinuitäten im Untergrund, an denen ein Materialwechsel erfolgt, werden die Wellen refraktiert (gebrochen) und reflektiert. Sie können dann an der Erdoberfläche mit auf Profilen ausgelegten Erschütterungsaufnehmern (Geophonen) registriert werden.
Die Laufzeiten und Amplituden der Wellen werden im sogenannten Seismogramm dargestellt. Daraus wird – nach einer sorgfältigen Datenverarbeitung (Processing) – ein seismisches Bild des Untergrundes erstellt. Aus diesem kann ein geologisches Modell interpretiert werden. Für spezielle Erkundungen stehen auch Horizontalgeophone, ein 9-Komponenten Bohrlochgeophon und das eigens entwickelte FAST 24-System zur Verfügung.
Reflexion
Die Reflexionsseismik basiert auf der Messung der Geschwindigkeit elastischer Wellen, die an Schichtgrenzen im Untergrund reflekiert werden.
Erkundungstiefe: ca. 10 m bis 1000 m
Anwendungsbeispiele
- Hochauflösende Strukturerkundung des oberflächennahen und des tiefen Untergrundes (lithologischer Aufbau, Störungen, Diskordanzen)
- Erfassung lateraler Faziesgrenzen
- Reservoirerkundung (Geothermie, Erdgas, Erdöl, Wasser, …)
Die Reflexionsseismik betrachtet die an Schichtgrenzen (Impedanzkontrasten) im Untergrund direkt reflektierten seismischen Wellen und ihre Laufzeiten. Je nach Aufgabenstellung werden unterschiedliche Messkonfigurationen gewählt. Man unterscheidet 2D-Reflexionsseismik und 3D-Reflexionsseismik.
Bei der 2D-Reflexionsseismik sind Quelle und Empfänger entlang einer geraden Linie angeordnet. Die Messergebnisse werden einer umfangreichen rechentechnischen Bearbeitung unterworfen (seismisches Processing). Ziel ist es, Störwellen (z. B. Oberflächenwellen) zu unterdrücken und eine sog. Zero-Offset-Sektion (oder auch CMP-Stapelsektion) zu erzeugen, in der die Reflexionen von den Schichtgrenzen als Funktion der Laufzeit dargestellt werden.
Um die Reflexionen den richtigen Tiefen zuzuordnen und in der richtigen Lage abzubilden, wird anschließend eine Tiefenmigration durchgeführt. Die tiefenmigrierte Sektion bildet die Grundlage der geologischen Interpretation.
Refraktionsseismische Messungen nutzen die refraktierte Energie künstlich erzeugter seismischer Wellen (siehe Seismik). Dabei werden die Laufzeiten der Kopfwellen, also Wellen, die an den Schichtgrenzen im Untergrund gebrochen werden, ausgewertet.
Erkundungstiefe: bis ca. 50 m (für Forschungszwecke auch tiefer)
Anwendungsbeispiele
- Allgemeine Strukturerkundung (Lithologie, Störungen)
- Felsklassenbestimmung aus den Wellengeschwindigkeiten der Gesteine
- Bestimmung der Mächtigkeit von Sedimenten und Verwitterungszonen
- Bestimmung des Verlaufs der Festgesteinsoberkante
- Ermittlung von elastischen Eigenschaften und Lagerungsverhältnissen im Baugrund
- Kartierung eines Grundwasserstauers
- Deponieerkundung
Entlang von Profilen (2D-Seismik) werden Geophone gesteckt, die die Bodenbewegungen messen. Anschließend werden nacheinander an verschiedenen Positionen (Schusspunkte) des Messprofils seismische Wellen erzeugt. Für geringe Zieltiefen nutzt geoFact als seismische Quelle einen Handhammer, für größere ein beschleunigtes Fallgewicht oder auch Sprengstoff. Bei Messungen auf dem Wasser wird eine Airgun zur Anregung seismischer Wellen genutzt.
Bei der Auswertung werden zunächst für jeden Schusspunkt die Laufzeiten der seismischen Wellen “gepickt”, d. h. es wird bestimmt, wann die seismischen Wellen die einzelnen Geophone erreichen (Ersteinsätze). Anschließend wird aus diesen Daten über Inversionsverfahren ein Modell des Untergrunds erzeugt (Refraktionsseismische Tomographie).
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