Die seismische Refraktion ist ein geophysikalisches Prinzip, das durch das Snellsche Gesetz geregelt wird. Verwendet in den Bereichen Ingenieurgeologie, Geotechnik und Explorationsgeophysik. Seismische Brechungsdurchgänge (seismische Linien) werden unter Verwendung eines Seismographen und/oder Geophons in einem Array und einer Energiequelle durchgeführt. Das seismische Refraktionsverfahren nutzt die Refraktion seismischer Wellen an geologischen Schichten und Gesteins-/Bodeneinheiten, um die geologischen Bedingungen und die geologische Struktur unter der Oberfläche zu charakterisieren.
Die Methoden beruhen auf der Tatsache, dass seismische Wellen in verschiedenen Bodenarten (oder Gesteinen) unterschiedliche Geschwindigkeiten haben: Außerdem werden die Wellen gebrochen, wenn sie die Grenze zwischen verschiedenen Bodenarten (oder Bedingungen) von Böden oder Gesteinen überschreiten. Die Methoden ermöglichen die Bestimmung der allgemeinen Bodentypen und der ungefähren Tiefe zu den Schichtengrenzen oder zum Grundgestein.
Das Refraktions-Mikrotremor-Verfahren kombiniert den urbanen Nutzen und die Einfachheit von Mikrotremor-Array-Techniken mit der operativen Einfachheit der SASW-Technik und der geringen Genauigkeit der MASW-Technik. Durch die Aufzeichnung städtischer Mikrozittern auf einer linearen Anordnung einer großen Anzahl von leichten Seismometern erreicht die Methode eine schnelle und einfache Felddatenerfassung, ohne dass die zeitaufwändige schwere Quelle erforderlich ist, die für SASW- und MASW-Arbeiten erforderlich ist.
Durch Beibehaltung aller ursprünglichen Seismogramme und durch Anwendung einer Zeitbereichs-Geschwindigkeitsanalysetechnik, wie sie in MASW durchgeführt wird, kann die hier beschriebene Analyse Rayleigh-Wellen von Körperwellen, Ätherwellen und anderen kohärenten Geräuschen trennen. Die Transformation der Geschwindigkeitsergebnisse im Zeitbereich in den Frequenzbereich ermöglicht die Kombination vieler Ankünfte über einen langen Zeitraum und ergibt eine einfache Erkennung von dispersiven Oberflächenwellen.
Seismische Brechung und Geophon
Energie wird eingebracht, indem eine von mehreren möglichen seismischen Quellen verwendet wird. Häufige Quellen sind seismische Schrotflinten, kleine Dynamitladungen, Gewichtsverlust oder Stampferquellen. In einigen Umgebungen, wie beispielsweise gashaltigen Deltasedimenten, werden eine Scherwellenquelle und Geophone verwendet. Das zurückkehrende Wellenfeld wird im Seismographen von einer Reihe von Geophon-Empfängergruppen aufgezeichnet. Die Anzahl der verwendeten Geophone kann in günstigen Umgebungen nur 24 bis zu einem Vielfachen betragen, wenn eine hohe Probenredundanz unter der Oberfläche erforderlich ist.
Das Ziel einer hochauflösenden seismischen Untersuchung ist es, ein möglichst detailliertes Bild des Untergrunds innerhalb der Grenzen zu liefern, die durch die Natur der Schallwellenausbreitung in der Erde vorgegeben sind. Das seismische 2D-Verfahren beinhaltet die Ausbreitung der akustischen Wellen durch die Erde von einem Oberflächenmuster aus Quell- und Empfängerpunkten.
Das Vermessungsverfahren umfasst die Erfassung eines Seismogramms, das anschließende Vorrücken der Energiequelle um eine festgelegte Entfernung entlang der Vermessungslinie und das Wiederholen des Vorgangs, um ein weiteres Seismogramm zu erhalten. Dieses als gemeinsamer Mittelpunkt (CMP) bekannte Verfahren bietet einen sehr hohen Grad an Redundanz beim Abtasten der Energie, die von einem gegebenen Reflektor in der Tiefe empfangen wird. Die Redundanz wird in der Datenverarbeitungsprozedur verwendet, um ein hochgetreues Bild des Untergrunds zu entwickeln. Wenn alle Empfängerorte als Aufnahmepunkte verwendet werden, ist die Datenvielfalt an einem unterirdischen Punkt (als CMP- oder CDP-Faltung bezeichnet) gleich der Hälfte der Anzahl der Aufzeichnungskanäle.
In jedem Seismogramm sind zusätzlich zu den interessierenden Reflexionen eine Reihe von seismischen Ereignissen vorhanden. Es werden Datenverarbeitungsschritte ausgeführt, die darauf ausgelegt sind, diese unerwünschte Energie zu dämpfen und die interessierenden Reflexionen zu verstärken. Das Endprodukt der Reflexionsverarbeitung ist ein korrigierter Querschnitt mit Reflexionsereignissen, die zur Interpretation bereit sind.
Die SEGY-formatierten seismischen Daten werden zusammen mit den Positionsinformationen der Vermessungslinie in das seismische 2D/3D-Interpretationspaket von Seismic Micro Technologies (SMT) importiert. Diese Software ist ein umfassendes seismisches 2D/3D-Interpretationsprogramm, das Interpretations- und Horizontauswahlwerkzeuge bereitstellt, die in eine Karten- und Abschnittsdatenbank, ein Objektmanagement und ein Anzeigesystem integriert sind.
Der erste Schritt bei der Interpretation seismischer Daten ist die Korrelation der wichtigsten geologischen Strukturen mit seismischen Reflektoren. Der Prozess des Verfolgens von Reflektoren innerhalb einer gegebenen seismischen Linie und von Linie zu Linie an Verknüpfungspunkten erfordert eine sorgfältige Phasenkorrelation der Ereignisse.
Während dieses Prozesses werden Sedimentationscharakter und stratigraphische Merkmale und Verwerfungen berücksichtigt. Ein Geschwindigkeitsmodell wird während der Verarbeitung und durch Korrelation mit geologischen Bohrloch- und Geschwindigkeitsaufzeichnungsinformationen entwickelt. Die Zeiten, die jedem der interpretierten Reflektoren zugeordnet sind, werden dann unter Verwendung dieses Modells von Zeitabschnitten in Tiefenabschnitte umgewandelt.