misst die Laufzeit von Schallwellen (elastischen Wellen, seismischen Wellen) die künstlich an der Eroberfläche oder in flachen Bohrungen erzeugt werden, im Untergrund Brechung und Reflexion an Diskontinuitäten erfahren und mit Seismographen (Seismometern, Aufnehmern, Geophonen) registriert werden.
Die Refraktionsseismik (Ra-Seismik) und die Reflexionsseismik (Rx-Seismik) betrachten jeweils unterschiedliche Wellenwege im Untergrund und berücksichtigen unterschiedliche Parameterwechsel an den Schichtgrenzen: Wellengeschwindigkeitszunahme bei der Ra-Seismik, Wechsel der Impedanz (= Produkt aus Wellengeschwindigkeit und Dichte) bei der Rx-Seismik.
Wellenwege der refraktierten und reflektierten seismischen Wellen im allereinfachsten Zweischichtenfall sowie – schematisch – die Schwingungsbilder an den Geophonen. Aus den Laufzeiten der jeweiligen Schwingungseinsätze und den seismischen Geschwindigkeiten lässt sich nach Weg = Zeit x Geschwindigkeit die Tiefe der Schichtgrenze ermitteln. Im Prinzip verfährt der Seismiker auch bei viel komplexeren geologischen Strukturen und entsprechend komplexeren Wellenwegen.
Die Entstehung refraktierter Wellen, die an der Schichtgrenze entlang laufen (geführt werden) verlangt nach dem Brechungsgesetzt für seismische Wellen, dass die liegende Schicht eine höhere seismische Geschwindigkeit besitzt. Das bedeutet eine Einschränkung in der Anwendung. Wellen-Reflexionen entstehen auch, wenn die Geschwindigkeit an der Schichtgrenze abnimmt. Bedingung ist, dass sich die seismische Impedanz als das Produkt von Geschwindigkeit und Dichte ändert. Die Rx-Seismik ist universeller einsetzbar, verlangt aber vielfach einen Mehraufwand bei Auswertung und Interpretation. Bei flachgründigen Untersuchungen der Ingenieurseismik spielt die Ra-Seismik immer noch eine wichtige Rolle.
Komplexe Strukturen können zu komplexen Wegen der seismischen Wellen führen und die Auswertung erschweren – aber auch über die zugehörigen Einsätze der Wellen im Seismogramm erkannt werden. Im unteren Fall beschreibt der Wellenweg eine sogenannte reflektierte Refraktion: Die primär an der Schichtgrenze refraktierte Welle wird an einer Verwerfung reflektiert und erreicht die Geophone als Refraktionseinsätze „von hinten“. Kann man diese entsprechend identifizieren, kann die Entfernung der Verwerfung bestimmt werden.
Die „kleine“ Seismik“
12-kanalige Seismik-Apparatur für ingenieur-geophysikalische Anwendungen
… und die „große“ Seismik
Drei-Vibratoren-Array zur Signalerzeugung in der Tiefenseismik
Ausschnitt aus einem Reflexions-Seismogramm mit Schichtgrenzen und interpretierten tektonischen Strukturen.
Refraktionsseismik: Mächtigkeit sandig-kiesiger Talsedimente über Muschelkalk-Festgestein.