Szárazföldi szeizmika

Felvételező rendszer: Sercel Unite (Gyártó: Sercel) és DMT Summit (Gyártó: Summit-System)

Geofonok: Geospace GS-32CT Solo és GS-3C Land Case (Gyártó: Geospace Technologies)

Forrás: Saját fejlesztésű S-hullám kalapács, Vibroseis és Robbantásos jelgerjesztés

 

A szeizmikus módszerrel lehet legeredményesebben leképezni a földkéreg belső szerkezetét a talajrétegektől kezdődően egészen a néhányszor tíz kilométeres mélységekig. Szeizmikus méréseknél mesterségesen keltünk rezgéseket a földben, és a mélyből visszaérkező rugalmas hullámokat regisztráljuk. A rezgéskeltés eszköze a mérési feladathoz és a mérési környezethez alkalmazkodva többféle lehet. Szárazföldön sekély fúrásokban végzett robbantásokkal vagy több tonnás hidraulikus rázószerkezetekkel (ún. vibrátorokkal lásd.: 1.kép), esetleg, sekély kutatásoknál, egy néhány kg tömegű kalapáccsal gerjesztünk akusztikus hullámokat. A beérkező jelet, a működés elvét tekintve a szeizmográfokkal analóg, hegyes végű, talajba szúrható geofonokkal észleljük.

Legegyszerűbb és leggyorsabban kivitelezhető az ún. egycsatornás reflexiós szeizmikus szelvényezés. Ekkor egy jelforrást és egy geofont helyezünk el egy vonal mentén (2.kép). A forrással akusztikus impulzust gerjesztünk, és a geofonhoz érkező rezgéshullámokról felvételt készítünk.

A felvételen („szeizmikus csatornán”) nagy amplitúdóval először az ún. direkt hullám jelenik meg, majd az egyre mélyebben húzódó réteghatárokról az egyre később beérkező visszavert hullámok („reflexiók”) jelentkeznek. A forrást és a geofont a köztük lévő távolság megtartásával tovább helyezzük a vonal mentén, és újabb felvételeket készítünk, amelyeket egymás mellé felrajzolva kialakul a szeizmikus időszelvény. A többcsatornás szeizmikus mérések két típusát különböztetjük meg: a reflexiós és a refrakciós szeizmikát. Reflexiós esetben, mint láttuk, a határfelületekről visszaverődött síkhullámok beérkezését vizsgáljuk. Refrakció jelensége akkor alakul ki, ha egy felső, kisebb terjedési sebességű közegből a határfelületre αk kritikus szöggel (a teljes visszaverődés határszögével) érkezik síkhullám. (A Snell-Descartes törvény szerint sinαk = V1/V2). Ekkor az nem hatol be az alsó közegbe, hanem a határfelület mentén halad tovább az alsó rétegre jellemző terjedési sebességgel, és a felszín felé a kritikus szögben kiinduló hullámok forrásává válik.

A többcsatornás szárazföldi mérések menete, mindkét méréstípus esetén a következő. Egy, a felszínen kitűzött egyenes vonal mentén egyenlő lépésközökben elhelyezünk több tíz, vagy akár több száz geofont, melyeket vezeték köt össze egy sokcsatornás digitális felvevő egységgel. Az egyenes egy pontján rezgést keltünk, és a geofonok jelét külön-külön csatornákon, alkalmasan megválasztott ideig regisztráljuk.

A kihelyezett geofonsorral („terítéssel”) újabb és újabb felvételeket készítünk úgy, hogy az egyenes további kijelölt pontjain („robbantópontok”) is rezgéseket keltünk. Ezután adott számú geofont a sor elejéről a végére áthelyezve tovább lépünk a terítéssel, és újabb robbantópontokon gerjesztve további méréseket végzünk. A vázolt műveletsort a kívánt szelvényhosszúság eléréséig folytatjuk. A reflexiós és refrakciós eljárás a mérési paraméterek (elsődlegesen a robbantópontok és a terítés közötti távolság) megválasztásában különböznek.

Mindkét méréstípus feldolgozása során elsődleges cél a réteghatárok, azaz a szeizmikus reflektorok minél pontosabb kijelölése (leképezése). Az azonos határfelületről reflektálódott vagy refraktálódott hullámok felszínre érkezésének idejét a robbantóponttól mért távolság függvényében az ún. menetidő görbe írja le (2. ábra). Az egy menetidőgörbéhez tartozó pontok az egymást követő geofonokhoz tartozó felvételeken kiugró amplitúdójuk alapján rendre kijelölhetők. h mélységben elhelyezkedő, a sík felszínnel párhuzamos határfelületről refraktált hullám menetidőgörbéje a következő egyenes:

Dőlt határfelület esetén is hasonló összefüggésre juthatunk. Így, egy refrakciós menetidőgörbe alapján megadható egy határfelület mélységének szelvény menti változása. A számításhoz ismerni kell még a hullámterjedés sebességét a felső (V1) és az alsó közegben (V2). V1 a robbantóponttól a geofonokhoz egyenes vonalban terjedő, ún. direkt hullám menetidőgörbéjének reciprok meredeksége, V2 pedig a refrakciós menetidőgörbe meredekségének reciproka.

A reflexiós menetidőgörbe képlete sík felszín alatt húzódó, vízszintes határfelületre a következő:

A képlet dőlt határfelület esetén kissé bonyolultabb, ám szintén egy hiperbola egyenlete.

A többcsatornás reflexiós mérések feldolgozásának legfontosabb lépése az ún. dinamikus (NMO) korrekció, amely a fenti képlet alapján úgy transzformálja a csatornákat, hogy azonos vízszintes felületről visszavert hullámok beérkezései a csatornák kezdetétől azonos (a 2. ábrán t0-lal jelölt, a vertikális hullámútnak megfelelő) távolságra kerüljenek, tehát a menetidő hiperbolák „kiegyenesedjenek”. Az egymást követő felvételeket szomszédos, függőleges tengelyek mentén ábrázolva kirajzolódnak a nagy amplitúdójú reflexiós horizontok. Minden csatornát a robbantópont – geofon távolság felezőmerőlegesében ábrázolunk, ugyanis azok a réteghatárok felezőmerőlegest metsző mélységpontjait képezik le (lásd a 4. kép).

Egy felező merőlegeshez általában több szimmetrikus robbantópont – geofon pár is tar-tozik. Az így összetartozó csatornák összeadása, az ún. közös mélységponti összegzés (stacking), a szeizmikus feldolgozás másik jelentős lépése. Egy összegzési ponthoz („CDP”-hez) tartozó csatornák számát fedéspont-számnak nevezzük. A fedéspontok száma modern, igényes méréseknél elérheti a több százat is, miáltal alapvetően javul a jel/zaj viszony és nagymértékben kierősödnek a koherens reflexiós horizontok az összegzett szeizmikus időszelvényeken.

Az időszelvények kiindulópontjai lehetnek a földtani-szerkezeti értelmezésnek (3/b. ábra), ám vegyük észre, hogy azokon a függőleges koordináta nem a mélység, hanem a visszavert hullámok kétszeres futási ideje. (Tehát 2000 m/s átlagos szeizmikus sebesség esetén 1 ms = 1 m). További műveletekkel az időszelvények mélységszelvénnyé konvertálhatók, de ez csak akkor pontosítja a leképezést, ha, például mélyfúrásokban elvégzett akusztikus mérések eredményeképpen részletesen ismerjük a területre jellemző sebesség-mélység függvényt. Jellemző hullámterjedési sebességeket közöl a következő táblázat.

Víz 1,485 Laza mészkő 1,5-2,5 Tufa 1,2-4,0
Homokkő 2,0-4,0 Tömött mészkő 4,0-7,0 Andezit 5,0-7,0
Márga 1,0-3,0 Dolomit 5,0-8,0 Gránit 4,0-6,0

Megjegyzendő, hogy a szeizmikus szelvényeket általában túlmagasítva ábrázolják, tehát az értelmezéskor figyelembe kell venni, hogy a réteghatárok és törésvonalak dőlésszöge nagyobbnak látszik a valódinál. Ugyanakkor a valóban meredek réteghatárok leképezése bizonytalanná válhat és könnyen belátható, hogy 45°-nál meredekebb határfelületről egyáltalán nem érkezik reflexió a felszínre.

2. ábra Reflexiós és refrakciós hullámutak és menetidőgörbék. h a réteghatár mélysége, V1 < V2 a terjedési sebesség a felső ill. alsó közegben, αk a kritikus szög.

Facebook
LinkedIn