Strona główna | Baza wiedzy | Badania geofizyczne | Badania sejsmiczne | Profilowania prędkościowe
BADANIA SEJSMICZNE TECHNIKĄ PROFILOWANIA PRĘDKOŚCI W OTWORACH
BADANIA JEDNOOTWOROWE TYPU UPHOLE I DOWNHOLE
Badania sejsmiczne profilowania prędkości fali sejsmicznej prowadzone są np. w badaniach sejsmiki poszukiwawczej. Profilowania realizuje się poprzez klasyczne pomiary refrakcyjne dla określenia miąższości i przebiegu strefy małych prędkości (SMP, ang. LVZ) oraz poprzez mikrosejsmokarotaż tzw. „uphole” czyli określenie zmian prędkości fali podłużnej P, wzdłuż zawodnionego otworu o głębokości do kilkudziesięciu m, na poszukiwawczych profilach sejsmicznych. Pomiary polegają na seryjnym wzbudzaniu fal sprężystych za pomocą źródeł fali (np. udar młotem, kafarem) na powierzchni, przy zmieniającym się położeniu w otworze odbiornika drgań, którym może być jednokanałowy hydrofon lub 24-kanałowy układ hydrofonów.
Przykład dwóch nałożonych na siebie rekordów sejsmicznych z badań techniką „downhole”, dla przeciwnych polaryzacji źródła fali poprzecznej wraz z rodzajami zarejestrowanych fal
Alternatywnym sposobem wzbudzania fali jest zastosowanie „sparkera” w zawodnionym otworze, przy stałym położeniu geofonu przy otworze na powierzchni terenu. Inną odmianą badań z wykorzystaniem 1 otworu są badania „downhole”. Podczas takich badań w otworze zamiast hydrofonu jako odbiornik drgań stosowana jest wieloskładowa geofonowa sonda z systemem docisku do ścianki otworu zabudowanej rurą wykonaną z PVC lub ABS. Jako źródło stosuje się udar: młotem w płytę na powierzchni w pobliżu otworu (dla wygenerowania fali podłużnej P) oraz w belkę umieszczoną w odpowiedni sposób do otworu (dla wygenerowania fali poprzecznej S). Wynikiem profilowań prędkości są tzw. hodografy – wykresy zmian czasów przyjścia fal P i S do odbiornika przy zmiennej głębokości pomiaru. Finalnie zostają obliczone wartości prędkości fal i miąższości warstw (rysunek po lewej). Dodatkowo istnieje możliwość określenia wartości dynamicznych modułów sprężystości Gmax, Kmax, Emax oraz dynamicznego współczynnika Poissona, które docelowo wykorzystywane do projektowania fundamentów.
BADANIA MIĘDZYOTWOROWE TYPU CROSSHOLE
Do badań sejsmicznych wykonywanych w wersji „crosshole” wymagane jest wykonanie przynajmniej dwóch odpowiednio przygotowanych otworów oddalonych od siebie o kilka metrów. Badania te polegają na zastosowaniu w jednym otworze „otworowego” źródła fal sejsmicznych, natomiast w drugim otworze – wieloskładowej (wielokierunkowej) geofonowej sondy, pełniącej funkcję odbiornika. Najczęściej do wygenerowania fal wykorzystywane są źródła mechaniczne mogące wytworzyć falę podłużną P i poprzeczną S z możliwością przeciwnej polaryzacji, dla lepszego wyznaczenia wstąpienia fali S. Odbiornik podczas każdego pomiaru jest pozycjonowany na tej samej głębokości jak źródło co pozwala na precyzyjne określenie profilu prędkościowego między otworami.
Wyniki badań elektrooporowych przedstawiane są w formie pionowych profili, przekrojów i map zmian oporności z interpretacją geofizyczną lub geologiczno – inżynierską.
W związku z tym, że pomiar odbywa się pomiędzy otworami, niezbędna jest informacja na temat dokładnej odległości pomiędzy nimi. Jest to niezbędne do precyzyjnych obliczeń wartości prędkości fal. Informację takie uzyskiwane są podczas pomiaru tzw. sondą inklinometryczną wyposażoną w czujniki pozwalające na przestrzenne określenie odchylenia od pionu osi otworów z głębokością. Na rysunku (po prawej) przykład badań w wersji „crosshole” pomiędzy dwoma otworami. Badania takie wykonywane są w podłożu np dla projektowanego budynku wielokondygnacyjnego. Mają na celu określenie zmienności prędkości fal sejsmicznych P oraz S, co finalnie pozwala na obliczenie wartości dynamicznych modułów sprężystości: postaciowej (ścinania) Gmax, objętościowej Kmax, Younga Emax oraz dynamicznego współczynnika Poissona, z głębokością. Poprzez wykorzystanie źródła o dwóch przeciwnych kierunkach wzbudzania, dla każdego pomiarowego poziomu głębokościowego uzyskać można pole falowe o przeciwnej polaryzacji. Taka technika generowania fal pozwoliła na precyzyjne wyznaczenie czasu wstąpienia fali poprzecznej S. Zauważalne jest, że czasy wstąpienia fali S znacznie różnią się między sobą wraz z głębokością. Późniejsze czasy rejestracji fali S informują o mniejszych prędkościach co w efekcie pozwala na lokalizowanie stref np. warstw o obniżonych parametrach wytrzymałościowych.
Przykładowe zastosowania badań sejsmicznych techniką profilowania prędkości w otworach:
- określenie w ciągły sposób wielkości zmian wartości prędkości fal sejsmicznych z głębokością,
- wyznaczenie wartości dynamicznych modułów sprężystości: postaciowej (ścinania) G, objętościowej K, Younga E oraz dynamicznego współczynnika Poissona, z głębokością,
- dostarczenie szczegółowych informacji o stanie geomechanicznym podłoża, niezbędnych dla potrzeb zaprojektowania posadowienia obiektów inżynieryjnych,
- określenie miąższości tzw. strefy małych prędkości (SMP),
- dostarczenie danych potrzebnych do obliczenia poprawek statycznych , wymaganych dla dalszych etapów processingu sejsmicznego,
- kompleksowe i szczegółowe uzupełnienie badań geotechnicznych,
- ocena stanu podłoża dla potrzeb projektowanych konstrukcji na terenach zagrożonych trzęsieniami ziemi,
- określenie litologii oraz lokalizacja stref spękań, pustek i uskoków,
- analiza stabilności struktur zapór, tam, grobli, przesłon, wałów przeciwpowodziowych oraz innych obiektów hydrotechnicznych,
- monitoring wpływu negatywnych efektów (drgania, wstrząsy, pęknięcia) na podziemne budowle (np. tunele).
