Seismische Refraktionstomographie: Kartierung von Felsoberflächen und Rutschhorizonten
Informationen zur Tiefenlage der Felsoberfläche oder von Rutschhorizonten werden mit Bohrungen nur punktuell aufgeschlossen. Mit geophysikalischen Methoden, insbesondere der Refraktionstomographie, lassen sich diese Punkte zu einem räumlichen Gesamtbild verbinden.
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Hammerschlagseismik zur Bestimmung des Verlaufs der Wellengeschwindigkeiten im Untergrund. Ideal zur Kartierung von Rutschungen und Felsoberflächen. -
Das Ergebnis einer refraktionsseismischen Tomographie in sehr steilem Gelände zur Bestimmung des kompakten Gebirges. -
Ein kabelloses 1-Komponenten Geofon. -
Feldarbeit einer refraktionsseismischen Tomographie zur Charakterisierung einer Felsinstabilität. Diese wurde in Kombination mit der passiv-seismischen Vibrometrie durchgeführt.
Die Refraktionsseismik gehört zu den klassischen geophysikalischen Methoden zur Erkundung des Untergrundes, insbesondere zur Kartierung von Übergängen von weicherem zu kompetenterem Material, wie beispielsweise der Bestimmung der Felstiefe. Dabei wird eine Linie von Geophonen ausgelegt und an verschiedenen Punkten entlang der Linie seismische Wellen erzeugt, zum Beispiel mittels eines schweren Hammers. Beim Auftreffen der Welle auf das festere Material an der Schichtgrenze wird die Welle kritisch refraktiert und läuft im unterliegenden Medium mit einer höheren Geschwindigkeit weiter. Mit den gemessenen Ankunftszeiten der Welle wird ein numerisches Modell des Untergrundes erzeugt, welches mittels Inversionsverfahren so weit optimiert wird, bis der Fehler zwischen Messdaten und Modell minimiert ist.
Typische Anwendungsfälle der Refraktionsseismik sind:
- Bestimmung des Verlaufs der Felstiefe, z.B. zur Projektierung von Fundamenten von Brücken, Galerien, Stützmauern.
- Charakterisierung von Rutschmassen und Bestimmung von Rutschhorizonten. Dazu ist jedoch ein ausreichender Kontrast zum Liegenden / stabilen Fels erforderlich.
- Ermittlung der Scherwellengeschwindigkeit (Vs), zum Beispiel zur Erdbebenbemessung (Richtlinie über die Sicherheit der Stauanlagen, Teil C3: Erdbebensicherheit). Dazu verwenden wir spezielle Anregungsquellen und 3-Komponenten Geofone.
- Bestimmung der Abbaubarkeit von Gesteinen.
Wie jede geophysikalische Methode ist auch die Seismik aussagekräftiger, wenn sie mit komplementären Methoden eingesetzt wird. So kann die absolute Tiefe mit einer oder mehreren Bohrung kallibriert werden, während die Seismik effizient die horizontale Variabilität kartieren kann.
Spektrum Geophysik bietet refraktionsseismische Messungen im Ingenieur- und Naturgefahrenbereich mit Erkundungstiefen bis rund 50 m. Wir arbeiten mit kabellosen Sensoren, welche auch an alpinen und steilen Standorten, bei Bedarf am hängenden Seil, installiert werden können. Als Quelle verwenden wir neben dem klassischen Seismik-Hammer auch Kleinsprengungen, zum Beispiel bei erhöhtem Hintergrundrauschen oder langen Messlinien. Auf Hanginstabilitäten empfehlen wir die Kombination mit der passiv-seismischen Methode der Vibrometrie.
Eine gute Seismik-Sprengung bietet kein Spektakel, aber auch keinen (Flur-)schaden, dafür beste Datenqualität.
Über die Spektrum Geophysik AG
Die Spektrum Geophysik AG ist ein Spin-off-Unternehmen der ETH Zürich. Die von uns eingesetzten Methoden basieren auf jahrelanger akademischer Forschung und Entwicklung, mit massgeblicher Beteiligung der ETH Zürich. Vor der Gründung (Dezember 2022) wurde das Projekt im Rahmen eines Wissenschafts-Industrie Transfer-Projektes durch die ETH Foundation gefördert.
