BADANIA SEJSMICZNE

Podczas pomiarów drgania sejsmiczne wytwarzane są przez źródła energii np. udar młotem (sledgehammer), kafar (weight drop), iskrownik (sparker), eksplozja materiałów wybuchowych, użycie wibratorów tzw. Vibroseisów lub inne źródła (airgun, buffalo gun, boomer itp). Do rejestracji drgań powierzchni ziemi wykorzystywane są odbiorniki – geofony, akcelerometry lub hydrofony (przy badaniach pod powierzchnią wody). W zadaniach inżynierskich wykorzystuje się od kilkunastu od kilkudziesięciu odbiorników umieszczonych wzdłuż tzw. profilu sejsmicznego. Geometria pomiarów jest uzależniona od celu badań, przyjętej techniki pomiarowej, warunków terenowych oraz oczekiwanej głębokości i dokładności.

Technika refrakcyjna

wykorzystuje zjawisko „ślizgania się” fali po wyraźnych granicach pomiędzy warstwami, w których prędkości rozchodzenia się fal znacząco różnią się. Koniecznym warunkiem zaistnienia tego zjawiska jest wzrost prędkości z głębokością. Warstwy, w których występuje obniżenie prędkości fal w stosunku do wyżejległych, nie zostaną wykryte, natomiast dla ośrodków spełniających ten warunek jest to odpowiednia metoda geofizyczna dla precyzyjnego rozpoznania przebiegu granic. Wynikiem techniki refrakcyjnej są przekroje głębokościowe z wyznaczonymi warstwami oraz zmianami wartości prędkości fal. Po korelacji wyników badań refrakcyjnych z np. badaniami geotechnicznymi, uzyskujemy w sposób quasi-ciągły odwzorowanie budowy ośrodka z nieosiągalną dla geotechniki precyzją.

Technika tomografii refrakcyjnej

jest odmianą techniki refrakcyjnej, w wyniku której uzyskać można bardziej dokładny rozkład wartości prędkości fal najczęściej podłużnej P, niezależnie od wyznaczonych granic sejsmicznych. Warunkiem koniecznym, podobnie jak w technice refrakcyjnej jest stopniowe zwiększanie się prędkości sejsmicznej wraz z głębokością. Rezultatem, w odróżnieniu od refrakcji, są przekroje głębokościowe rozkładu wartości prędkości fal (tzw. pole prędkościowe). Po zestawieniu z geotechnicznymi badaniami punktowymi wykonanymi do celów korelacyjnych, wyniki przedstawia się w formie przekrojów geologiczno-inżynierskich. Dla celów projektowych określić można również wartości dynamicznego modułu sprężystości objętościowej Kmax. Znając rozkład prędkości fali poprzecznej S (z badań MASW), możliwe jest określenie zmian pozostałych dynamicznych modułów sprężystości (Gmax i Emax) oraz dynamicznego współczynnika Poissona „in-situ”, w sposób całkowicie nieinwazyjny.

Technika MASW

jest najnowocześniejszą metodą zwaną wielokanałową analizą fal powierzchniowych i wykonywana jest wersji aktywnej (jako źródło np. udar młotem lub kafarem) a wynikiem badań są głębokościowe: profile 1D, przekroje 2D, przestrzenne mapy 3D zmian prędkości fali poprzecznej S, w sposób ciągły. W wersji pasywnej MAM/ReMi 1D badania są realizowane wzdłuż różnych układów (profile, okręgi, trójkąty i inne) natomiast jako źródła wykorzystuje się drgania komunikacyjne, przemysłowe bądź inne. Wersja pasywna ma większy zasięg głębokościowy natomiast jest mniej dokładna oraz uśredniająca zmiany prędkości fali S dla całego obszaru objętego układem pomiarowym. Dlatego często stosuje się kombinacji obu wersji celem zwiększenia zasięgu głębokościowego oraz dokładności. Dla celów projektowych, po korelacji z badaniami geotechnicznymi, określić można wartości modułu sprężystości postaciowej Gmax. Razem z tomografią refrakcyjną stanowi podstawę do obliczenia parametrów wytrzymałościowych in-situ w sposób całkowicie nieinwazyjny.

Profilowania prędkościowe typu UPHOLE i DOWNHOLE

są badaniami jednootworowymi, polegającymi na pomiarze prędkości fal P oraz S w ośrodku za pomocą wieloskładowej sondy geofonowej. Mogą być wykonywane w zarurowanych i ocementowanych otworach lub też bez orurowania. Wzbudzanie odbywa się poprzez udar wykonany na powierzchni w odległości ~1-3 m od otworu. Odpowiedni sprzęt oraz metodologię ustala się indywidualnie dla każdego zadania, w zależności od oczekiwań projektowych. Możliwe jest określenie zmian wartości dynamicznych modułów sprężystości postaciowej Gmax, objętościowej Kmax, Younga Emax oraz dynamicznego wsp. Poissona. Co najważniejsze w odróżnieniu od techniki refrakcyjnej, moduły mogą być obliczane niezależnie od warunków geotechniczno – geologicznych, gdyż jest to pomiar bezpośredni i  nie jest konieczne zaistnienie zjawiska np. refrakcji.

Profilowania prędkościowe typu CROSSHOLE

nazywane także jako sejsmiczne prześwietlenia międzyotworowe – są badaniami wykonywanymi w dwóch lub więcej otworach (odpowiednio przygotowanych), gdzie sonda geofonowa jest umieszczona analogicznie do techniki UPHOLE i DOWNHOLE – w otworach. Różnica polega na tym, że wzbudzanie fali sejsmicznej odbywa się za pomocą specjalnego źródła otworowego w 1 otworze, a rejestracje zapisów drgań analizowane są jedynie pod kątem pierwszych wejść fal P i S. Pomiar musi być wykonany na równych poziomach głębokościowych co punkty wzbudzania, przy bardzo dokładnych pomiarach współrzędnych punktów pomiarowych w osi otworów, na całej ich długości. Dzięki badaniom techniką CROSSHOLE możliwe jest dokładne określenie dynamicznych modułów sprężystości: Gmax, Kmax, Emax oraz dynamicznego wsp. Poissona w każdych warunkach geotechniczno-geologicznych.

Technika tomografii sejsmicznej

zwana jest również tomografią międzyotworową, jest najbardziej zaawansowaną techniką pomiarową rozpoznania sejsmicznego ośrodka pomiędzy otworami. Dzięki niej możliwe jest nie tylko określenie modułów wytrzymałościowych na ustalonych poziomach głębokościowych jak w przypadku badań techniką CROSSHOLE ale również lokalizacja przestrzenna wszelkich zaburzeń w strukturze np. pustek i kawern wymyć oraz lokalnych zmian parametrów wytrzymałościowych badanego ośrodka. Wzbudzanie fali sejsmicznej również odbywa się za pomocą źródła otworowego, lecz rejestracje wykonuje się z uwzględnieniem różnych poziomów głębokościowych i pod różnymi kątami pomiędzy źródłem i odbiornikiem. W efekcie uzyskuje się całkowite szczegółowe rozpoznanie ośrodka gruntowo-skalnego.

Technika refleksyjna

jest to klasyczna metoda sejsmiczna dla określenia budowy geologicznej ośrodka, która oparta jest na zjawisku odbicia wygenerowanych fal sejsmicznych od granic w badanym ośrodku. Ze względu na złożoność pola falowego rejestrowanego podczas akwizycji refleksyjnej, jest metodą bardzo zaawansowaną pod kątem procedur przetwarzania danych polowych. Dodatkowo na występowanie silnie zakłócających fal powierzchniowych technika ta stosowana jest do rozpoznania podłoża od głębokości kilkudziesięciu metrów do nawet kilku kilometrów. Głównym zastosowaniem techniki refleksyjnej jest określanie struktur geologicznych m.in pod kątem poszukiwania surowców (ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny, wody termalne).