Seismische Refraktion

Die seismische Refraktion ist ein geophysikalisches Prinzip, das dem Snelliusschen Brechungsgesetz unterliegt . Die seismische Refraktionsmethode nutzt die Brechung seismischer Wellen an Gesteins- oder Bodenschichten, um die geologischen Bedingungen und die geologische Struktur des Untergrunds zu charakterisieren .

Die seismische Refraktion wird in der Ingenieurgeologie , der Geotechnik und der Explorationsgeophysik eingesetzt . Seismische Refraktionsmessungen ( seismische Linien ) werden mithilfe eines Arrays von Seismographen oder Geophonen und einer Energiequelle durchgeführt .

Die Methoden beruhen auf der Tatsache, dass seismische Wellen in verschiedenen Boden- oder Gesteinsarten unterschiedliche Geschwindigkeiten aufweisen. Die Wellen werden gebrochen, wenn sie die Grenze zwischen verschiedenen Boden- oder Gesteinsarten (bzw. -zuständen) überschreiten. Mit diesen Methoden lassen sich die allgemeinen Bodentypen und die ungefähre Tiefe bis zu den Schichtgrenzen oder zum Grundgestein bestimmen.

Die P-Wellen-Refraktion analysiert die Kompressionswelle, die von einer seismischen Quelle in bekannter Entfernung vom Array erzeugt wird. Die Welle wird erzeugt, indem man mit einem Vorschlaghammer senkrecht auf eine Schlagplatte schlägt , eine seismische Schrotflinte in den Boden schießt oder eine Sprengladung im Boden zündet. Da die Kompressionswelle die schnellste seismische Welle ist , wird sie auch als Primärwelle bezeichnet und ist in der seismischen Aufzeichnung meist leichter zu identifizieren als die anderen seismischen Wellen.

Die S-Wellen-Refraktion misst die Scherwelle, die von einer seismischen Quelle in bekannter Entfernung vom Array erzeugt wird. Die Welle entsteht durch horizontalen Auftreffen einer Welle auf ein Objekt an der Erdoberfläche. Da die Scherwelle die zweitschnellste Welle ist, wird sie auch als Sekundärwelle bezeichnet . Im Vergleich zur Kompressionswelle ist die Scherwelle etwa halb so schnell (kann aber je nach Medium deutlich von diesem Wert abweichen).

i _{c 0} - kritischer Winkel V ₀ - Geschwindigkeit der ersten Schicht V ₁ - Geschwindigkeit der zweiten Schicht h ₀ - Dicke der ersten Schicht T0 ₁ - Achsenabschnitt

${\displaystyle i_{c_{0}}=asin\left({V_{0} \over V_{1}}\right)}$

${\displaystyle T={2h_{0}cos(i_{c_{0}}) \over V_{0}}+{X \over V_{1}}=T0_{1}+{X \over V_{1}}}$

${\displaystyle h_{0}={T0_{1}V_{0} \over 2cos(i_{c})}}$

${\displaystyle h_{0}={X_{cross_{1}} \over 2}{\sqrt {V_{1}-V_{0} \over V_{1}+V_{0}}}}$

${\displaystyle h_{n}={V_{n} \over cos(i_{n})}\left({T0_{n+1} \over 2}-\sum _{j=0}^{n-1}{h_{j}{\sqrt {{1 \over V_{j}^{2}}-{1 \over V_{j+1}^{2}}}}}\right)}$

• Die allgemeine Reziprokmethode
• Die Plus-Minus-Methode
• Refraktionsinversionsmodellierung ( Refraktionstomographie )
• Monte-Carlo -Simulation
• Genetische Algorithmen

Die seismische Refraktion wurde erfolgreich zur Charakterisierung von Abraumhalden mittels tomographischer Inversionen der P- und S-Wellenlaufzeiten eingesetzt. ^{[ 1 ]}

• Reflexionsseismologie
• Seismische Weitwinkelreflexion und -brechung

• US Army Corps of Engineers EM 1110-1-1802
• Zentrale Bundeslandstraßenabteilung