Refraktionsseismik
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 17

Refraktionsseismik PowerPoint PPT Presentation


  • 223 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Refraktionsseismik. Messprinzip Anwendung. Einführung I. Klassisches geophysikalisches Verfahren mit geringem technischem Aufwand seismische Quelle (Impulsquelle) > elastische Wellen ausbreitendes Wellenfeld wird mit Schwingungssensoren aufgezeichnet (Aufzeichnung liefert Einsatzzeiten)

Download Presentation

Refraktionsseismik

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Refraktionsseismik

Refraktionsseismik

Messprinzip

Anwendung


Einf hrung i

Einführung I

  • Klassisches geophysikalisches Verfahren mit geringem technischem Aufwand

  • seismische Quelle (Impulsquelle) > elastische Wellen

  • ausbreitendes Wellenfeld wird mit Schwingungssensoren aufgezeichnet (Aufzeichnung liefert Einsatzzeiten)

  • Bestimmung v über Laufzeitinversion

  • Gut zu erfassen sind bspw. Auflockerung über Fels und in grobkörnigen Böden die Lage des Grundwasserspiegels

  • Einsatz zum Beispiel bei: Baugrunduntersuchungen, Hangabrutschungen, Erprobung der Erdkruste


Einf hrung ii

Einführung II

  • Mit refraktionsseismischen Messungen lassen sich Aussagen über die Tiefe von Schichtgrenzen und den seismischen Wellengeschwindigkeiten der Schichten treffen.

  • Erfassung der Ausbreitungsgeschwindigkeit elastischer Wellen >  Aussagen über die Lithologie


Grundlagen i

Grundlagen I

  • Grundsätzlich Kompressionswellen (P-Wellen) und Scherwellen (S-Wellen), die Raumwellen der Seismik

  • Sonst noch Oberflächenwellen (Love-, Releigh-, Scholte-Wellen)

  • durch Erdbeben (Seismologie) oder künstlich durch Sprengungen, bzw. Hammerschlag, Fallgewicht erzeugt.

  • Hauptaugenmerk P-Wellen, weil schneller

  • Laufzeitbestimmung entscheidend, Amplitude/Energie nicht (siehe Reflexionsseismik)

  • Impedanz (v*p)>Reflexionskoeffizient


Grundlagen ii

Grundlagen II

Snelliussches Brechungsgesetz:

Kritischer Winkel:

Lotrecht gebrochen (refraktiert) bei


Grundlagen iii

Grundlagen III

  • 2-Schichten-Modell mit ebenem Refraktor

  • v2 > v1 ist Voraussetzung für Entstehung der Kopfwelle, sonst keine Brechung nach Oben

  • Welle mit v2 erzeugt Sekundärwellen,  die nach dem 

  • Huygensschen Prinzip unter dem kritischen Winkel Energie zur Oberfläche (nur) hin abstrahlen

  • > E-Abgabe nur nach Oben bedeutet Ersparnis (statt Zunahme der Verbreitungsfläche um r^2), größer Distanzen möglich


Laufzeitkurven

Laufzeitkurven

  • Strahlenverlauf und Laufzeitkurven (Laufzeitast) von direkter Welle, Reflexion und Kopfwelle

  • Kritische Entfernung (abhängig von Mächtigkeit der Schicht) entspricht 2*tan(ikrit)*d

  • Überholentfernung > Ersteinsätze

  • Interzeptzeit

  • Kehrwert der Anstiege entspricht der Geschwindigkeit

  • An Seismometer angeschlossene Geophone (lineare Kette) zeichnen Signal auf


Lzk funktion und schichtdicke funktion

LZK-Funktion und Schichtdicke-Funktion

  • Ableitung der Schichtdicke h bei einem Refraktor parallel zur Messebene aus der Interzept-Zeit t und der Überholentfernung

  • mit sin α = V1 / V2 und  

  •  folgt die Gleichung für die Laufzeit

  • Aus kritischer Entfernung und Wellengeschwindigkeit kann die Tiefenlage des Refraktors abgeleitet werden


2 schichten modell

2-Schichten-Modell

  • Bestimme v1 aus der Steigung (1/ v1 ) der direkten Welle

  • Bestimme v2aus der Steigung(1/ v2 ) der refraktierten Welle

  • Bestimme kritischen Winkel aus v1 und v2

  • Lies Interzeptzeit ti aus Laufzeitkurve der refraktierten Welle

  • Bestimme Tiefe h mit

  • Ermittle Überholdistanz aus Laufzeitkurve und bestimme h mit


Ebener mehrschichtfall

Ebener Mehrschichtfall

  • Geschwindigkeiten der Schichten steigen stets in dieser Abbildung

  • Laufzeitkurven zeigen immer flachere Neigung

  • Je mächtiger die erste Schicht ist, desto später erscheint der Knickpunkt als Schnittpunkt von direkter und refraktierter Welle

  • macht größere Entfernungen nötig, über die Geophone ausgelegt werden

  • Regionale Untersuchungen der Erdkruste, die bis in eine Tiefe von 60 - 70 km reichen sollen, erfordern Geophonauslagen von vielen Hundert Kilometern Länge! 

  • Theoretisch lassen sich auf diese Weise beliebig viele Schichten berechnen

  • In der Praxis beschränkt sich die Auswertbarkeit auf vier bis fünf Schichten

  • Faustzahl: Aussagen bis zu 1/7 der Auslagenlänge sinnvoll


Refraktionsseismik

- v1-3aus Steigungen (1/v1-3) der Laufzeitkurven

- Lies Interzeptzeit ti2der Refraktion in Schicht 2

- Bestimme Höhe h1 mit der Gleichung für t2

- Lies Interzeptzeit ti3 der Refraktion in Schicht 3

- Berechne mit h1 eine Zwischeninterzeptzeit t*

- Mit t* berechne h2 der Schicht 2


Geneigte ebene schichtgrenzen

Geneigte, ebene Schichtgrenzen

  • Geneigter Refraktor ist allgemeiner Fall (Profile siehe Hangabrutschungen)

  • Liefert Scheingeschwindigkeiten

  • Messungen an beiden Profilenden nötig (mindestens) (Schuss und Gegenschuss)

  • Zusätzliche Laufzeitkurve in Gegenrichtung

  • Interzeptzeiten von Schuss und Gegenschuss unterscheiden

  • refraktierte Welle ist langsamer, wenn der Refraktor in Ausbreitungsrichtung abwärts geneigt ist, und umgekehrt

  • S > Kehrwerte scheinbarer Geschwindigkeiten

  • Tiefe des Refraktors unter „Schuss-“punkten durch Interzeptzeit

  • Erst jeweils v1 und v2, dann Tiefen

  • Testen welches Beta das liefert

  • Mit diesem Beta neu rechnen, bis sich keine Änderung mehr vollzieht

cosβ = 1


Wellengeschwindigkeit gesteinslithologie

Wellengeschwindigkeit > Gesteinslithologie

  • Neben Tiefe der Schichtgrenzen, Geschwindigkeiten

  • Abhängig von Dichte, elastischen Eigenschaften

  • Deutliche Unterschiede durch vorhandenes Wasser in Medien (keine Ausbreitung von S-Wellen)

  • Beeinflussung der Dichte durch Klüftigkeit, Porosität, Fluidgehalt und die Komponenten des Festgesteins

  • Aussage über Gestein durch v nicht ohne Weiteres möglich > siehe Grafik, allerdings:

  • Sind die Werte jedoch einem Versuchsfeld zuzuordnen, so engt sich deren Spannweite ein, so dass eine Zuordnung von Geschwindigkeit zu Gesteinsart möglich wird.


Probleme auswertung interpretation

Probleme/Auswertung/Interpretation

  • Kontrast zw. Lockermaterialien u Felsgestein

  • v`s: 200 - 2000 m/s / 2000 - 7000 m/s

  • Beachte: Klüfte, Erosion, tektonische Beanspruchung, Zerscherungen, allgemein Inhomogenitäten

  • ebene Grenzflächen, Schichtneigung max. 10°, homogene Schichtgeschwindigkeit, linearer

  • Geschwindigkeitsgradient und elastische Isotropie

  • Steile Flanken sehr schlecht (seismische Wellen untertunneln diese), keine Zuordnung Ersteinsatz-Kopfwelle


Zusammenfassung

Zusammenfassung

  • Wenn sich die Geschwindigkeiten mit der Tiefe erhöhen beobachtet man Refraktionen

  • Refraktionen breiten sich im schnelleren Medium in horizontaler Richtung aus und strahlen zur Oberfläche

  • Refraktierte Wellen erlauben die Bestimmung der Geschwindigkeits-Tiefenverteilung

  • Die Verallgemeinerung des Konzept für 3D Medien führt zur seismischen Tomographie

  • Tomographische Abbildungen können große Unsicherheiten enthalten wegen ungenügender Strahlabdeckung oder verdeckter Regionen (z.B. Niedriggeschwindigkeitszonen etc.)


  • Login