Metoda sejsmiczna należy do grupy metod falowych podobnie jak GPR. Jest bezinwazyjną metodą badania ośrodka geologicznego, dostarczającą informacji na temat budowy i stanu geomechanicznego badanego ośrodka. Najczęściej stosowane są techniki pomiarowe: refrakcyjna, refleksyjna, prześwietlanie oraz coraz częściej stosowana wielokanałowa analiza fal powierzchniowych (ang. MASW) w wersji 1D (profile głębokościowe) i 2D (przekroje głębokościowe). Technika refrakcyjna oraz MASW pozwala na badanie ośrodka do głębokości ok. 30 m natomiast technika refleksyjna od ok. 15-20 m do ok. 100 m.
Podstawy powierzchniowych pomiarów sejsmicznych
Pomiary sejsmiczne na powierzchni terenu wykonywane są wzdłuż tzw. rozstawów, składających się z maksymalnie 24 odbiorników (geofony lub hydrofony) odległych od siebie od 1 do 5m co daje maksymalną długość rozstawu 115 m. Na rozstawie a także poza nim, w wyznaczonych punktach wzbudza się fale sejsmiczne – podłużne P, poprzeczne S oraz powierzchniowe Rayleigha. Fale te wzbudzane są z użyciem źródła (udarowy generator energii sejsmicznej, młotek, materiał wybuchowy), propagują w badanym ośrodku i natrafiają na niejednorodności takie jak granice litologiczne, pustki, uskoki, płaszczyzny poślizgu, horyzonty wód gruntowych itp. Wówczas ulegają one zjawiskom przechodzenia, odbicia, załamania, dyfrakcji, rozproszenia. Zarejestrowane sygnały te są następnie przesyłane do rejestratora sejsmicznego a następnie w postaci cyfrowej do przenośnego komputera i zapisywane w plikach w formacie SEG.
Rodzaje fal generowanych podczas pomiarów sejsmicznych
W pomiarach refrakcyjnych istotne są czasy „pierwszych wstąpień” (ang. first break) fal podłużnych typu P, które powstają na granicy 2 ośrodków przy czym ośrodek niżej leżący musi mieć większą prędkość fali. Wówczas taka fala „refrakcyjna” propaguje wzdłuż granicy z prędkością charakterystyczną dla niżej leżącej warstwy a następnie wraca do odbiorników na powierzchni. Do obliczenia modelu głębokościowo – prędkościowego ośrodka wykorzystuje się metodę czasu wzajemnego (ang. Generalized Reciprocal Method) lub tw. członu czasowego (ang. Time-term inversion).
Przykład rejestracji sejsmicznej wraz z typami fal
W technice MASW wykorzystuje się fale powierzchniowe Rayleigha, które przechodzą poprzez badany ośrodek. Uzyskane rejestracje sejsmiczne są wykorzystywane do obliczenia krzywych dyspersji (zmiana prędkości fazowej w funkcji częstotliwości). Następnie dokonuje się inwersji tych krzywych na modele głębokościowe 1D i 2D zmian prędkości fali S.
Natomiast w pomiarach refleksyjnych metodą pokryć wielokrotnych użyteczne są fale odbite od granic i nieciągłości warstw. Sytuacja taka ma miejsce gdy istnieje kontrast w tzw. impedancji akustycznej (gęstości i prędkości fal) w sąsiadujących warstwach. Podczas pomiaru istotne są tzw. „podwójne czasy” propagacji fal odbitych od granic i nieciągłości oraz zmiany amplitudy rejestrowanego sygnału, które są wykorzystywane w etapach przetwarzania i interpretacji, do określania budowy i właściwości ośrodka. Przeliczenia czasów przyjścia fal na realne położenie granic sejsmicznych i nieciągłości dokonuje się poprzez analizy prędkości i konwersję głębokościową.
Do pomiarów przetwarzania i interpretacji wykorzystywane jest specjalistyczne oprogramowanie. W zależności od techniki pomiarowej (refrakcyjna, refleksyjna, MASW, prześwietlanie) stosowane są odpowiednie procedury przetwarzania i interpretacji.
Sposób prezentacji wyników
Wynikiem badań są: czasowe/głębokościowe przekroje sejsmiczne 2/3D wraz z interpretacją geologiczno-inżynierską; mapy rozkładu prędkości fal P i S (tomografia pokładów i tomografia refrakcyjna podłoża), krzywe zmian prędkości fali P (profilowania prędkości w wyrobiskach dołowych), zestawienia parametrów np. modułów sprężystości i deformacji.
Wynik pomiarów techniką tomografii refrakcyjnej
Wynik z pomiarów techniką MASW
Możliwości metody sejsmiki inżynierskiej
wyznaczenie granic: podłoża skalnego, między warstwami zróżnicowanymi litologicznie, pomiędzy strefami o różnym stopniu wietrzenia,
wyznaczenie nieciągłości m.in. lokalizacja i ocena płytkich stref uskokowych, deformacji,
położenia i kształtu płaszczyzn poślizgu w ośrodku gruntowym i skalnym,
położenie stref spękań, osłabienia, rozluźnień i zapadania się ośrodka gruntowego i skalnego,
położenie zwierciadła wód gruntowych,
lokalizacja nieciągłości, pustek, kawern oraz procesów deformacji w nadkładzie i podłożu,
ocenę stanu intensywności spękań i zwietrzenia ośrodka skalnego,
badania właściwości geomechanicznych (dynamiczne moduły: sprężystości Ed, odkształcenia objętościowego Gd,wsp. Poissona, vd, i statyczne moduły: deformacji D, sprężystości ES).
Zastosowanie metody sejsmiki inżynierskiej
Wyniki pomiarów sejsmicznych powyższymi technikami mają zastosowanie dla:
projektowania posadowienia obiektów jak: autostrady, tunele, budowle wielkogabarytowe, drogi, linie kolejowe, obiekty hydrotechniczne (zapory wodne, zbiorniki retencyjne, osadniki itp.),
ocena stanu podłoża pod kątem stref zapadania, osłabienia (pod istniejącymi obiektami),
projektowania zabezpieczenia osuwisk, skarp,
ocena stopnia urabialności skał (kamieniołomy),
ocena stanu obwałowań przeciwpowodziowych,
ocena zagrożenia deformacjami nieciągłymi i rozpoznanie zmian strukturalnych w obszarach występowania starych szybów i zapadlisk, m.in. na terenach pogórniczych,
parametry anomalii naprężeń w wyrobiskach węglowych związanych z: oddziaływaniem krawędzi
i resztkami węglowymi, granicą zrobów w badanym pokładzie, frontem czynnej eksploatacji ścian eksploatacyjnych, weryfikacja skuteczności profilaktyki tąpaniowej,
określanie zaburzeń w budowie pokładów węglowych (uskoki, przerosty wymycia, zanik pokładu).
