Seismiske undersøkelser
Seismiske metoder baserer seg på akustiske bølger som forplanter seg i grunnen. Bølgene genereres vanligvis ved hjelp av en kilde som enten lager et støt (såkalte trykkbølger, P-bølger) eller vibrasjoner (såkalte skjærbølger, S-bølger).
Bølgenes hastighet og retning i bakken er avhengig av massetettheten. Når bølgene møter et skille mellom to forskjellige materialer blir noen bølger reflektert, noen fortsetter videre, mens noen følger grenseflaten bortover med høy hastighet (såkalt refraksjon). Når de seismiske bølgene når overflaten blir de registrert av akustiske sensorer (kalt geofoner), og de seismiske dataene blir prosessert og tolket.
NGI benytter tre-komponents digitale geofoner (trådløse og kablede) som registrerer både P- og S-bølger og ikke blir påvirket av elektromagnetisk støy. Systemet tillater videre sanntidskontroll av innsamlede data og overvåkning av akustisk støy. Flere ulike kilder kan benyttes, f.eks. sveip-vibratorer eller dynamitt. NGI har utviklet en kraftig P-bølgekilde som gir opptil 4 kJ repeterbare slag med et 160 kg lodd.
Det finnes en rekke ulike seismiske metoder for ulike anvendelser, alt ettersom hva slags bølger man generer og registrerer, og hvordan disse prosesseres. Eksempler på forskjellige metoder er beskrevet nedenfor.
Refraksjonsseismikk
Refraksjonsseismikk baserer seg på P-bølger og egner seg til å kartlegge grunnen ned til 40-60 m dybde. Geofoner installeres langs en rett linje, og man skyter i bakken enten med en hammer eller med dynamitt. Jo lenger linjen er, desto dypere rekker signalene, og jo kortere avstand mellom geofonene, desto høyere oppløsning blir det i resultatet.
Prosessering innebærer typisk å finne skillet mellom løsmasser og berg (to-lags modell) samt å modellere seismisk hastighet i massene (tomografisk inversjon), som kan brukes til å kartlegge svakhetssoner i berg.
Eksempel på tomografisk inversjon av refraksjonsseismiske data. Profilet indikerer en sone med forvitret berg ved 80 m, som kan være en svakhetssone.
Refleksjonsseismikk
Metoden baserer seg på å registrere den reflekterte bølgen (i motsetning til den refrakterte) fra grensesjikt i grunnen. På grunn av støy fra overflatebølger gir denne teknikken sjelden gode data nær overflaten, men egner seg heller til dypere kartlegging, for eksempel der man forventer store mektigheter leire over berg.
Skjærbølge-seismikk
Refleksjonsseismikk kan også gjøres med utgangspunkt i skjærbølger, der man istedenfor hammer eller dynamitt bruker en vibrator som kilde. Dette er et foretrukket alternativ dersom man trenger informasjon om skjærstyrke eller lagdeling i løsmasser.
Overflatebølge-seismikk
Overflatebølge-seismikk er også omtalt som Multichannel analysis of surface waves (MASW). Det er en metode der man registrerer og prosesserer seismiske overflatebølger. I motsetning til bølger som forplanter seg inne i et materiale er dette spesielle bølger som kun beveger seg langs en fri overflate (slik som terrenget).
Datainnsamling foregår gjerne på vanlig måte med et geofon-utlegg og en hammer eller vibrator som kilde, men prosesseringen innebærer analyse av bølgenes frekvensspektrum i tillegg til inversjon. I motsetning til standard seismikk kan MASW registrere lommer med lav seismisk hastighet.
Passiv seismikk og støyovervåkning
Det er også mulig å innhente fornuftig informasjon fra akustisk støy (for eksempel på en byggeplass). Man vil typisk analysere signalenes frekvensspektrum og utføre enten MASW eller tilsvarende prosessering.
I tillegg kan trådløse geofoner brukes til å overvåke seismisk aktivitet – for eksempel fra skred og steinsprang eller fra mekaniske vibrasjoner.
Asgeir Olaf Kydland Lysdahl
Senioringeniør Bergmekanisk og geofysisk testing asgeir.olaf.kydland.lysdahl@ngi.no+47 91736409