Geologische Störungen bedeuten aufgrund von Verwitterung und Auflockerungen im Gestein sowie erhöhter Wasserwegsamkeit eine Herabsetzung der Gesteinsfestigkeit und stellen daher für die Gründung von Bauwerken ein erhöhtes Risiko dar. Im Falle eines Erdbebens können durch seismische Bewegungen sogar Lageveränderungen entlang der Störung auftreten. Mit der Refraktionsseismik können anhand der seismischen Geschwindigkeiten die Materialeigenschaften und deren Änderungen, wie z. B. in Störungszonen, bestimmt werden.
Anwendungsbeispiel:
Im Zuge eines geplanten Pumpspeicherkraftwerkes wurden refraktionsseismische Messungen durchgeführt, um die geologischen Verhältnisse am Standort des geplanten Ober- und Unterbeckens zu untersuchen und die Lage vermuteter geologischer Störungen zu erkunden.
Verteilung seismischer Geschwindigkeiten im Untergrund und eingezeichnete Störungszonen
Zur Detailerkundung von geologischen Strukturen in komplexen und stark variierenden Untergründen bietet sich das Verfahren der hochauflösenden seismischen Tomographie als Ergänzung zu Bohrungen an, deren Aussagekraft nur wenig über das tatsächlich durchbohrte Bodenvolumen hinausgeht.
Anwendungsbeispiel 1:
Im Rahmen der Errichtung geplanter Windenergieanlagen wurden drei Standorte, die im Bereich verkarstungs- und auslaugungsfähiger Gesteine liegen, hinsichtlich ihrer Standsicherheit untersucht. Da verfüllte oder bereits eingebrochene Hohlräume im Bereich der geplanten Anlagen vermutet wurden, wurde eine hochauflösende seismische Tomographie zur Erkundung des Untergrundes zwischen zwei Bohrungen eingesetzt. Anhand der Tomogramme konnten Bereiche mit signifikant niedrigeren Geschwindigkeiten ausgegliedert werden, welche auf eine Zerrüttung des Gesteins hinweisen.
Tomographiemessungen zwischen zwei Bohrungen
Verteilung der seismischen Geschwindigkeiten zwischen zwei Bohrungen und potentielle Auflockerungszonen
Anwendungsbeispiel 2:
Im Zuge der Umverlegung einer Bundesstraße wurde der Bau einer Talbrücke geplant. Erkundungsbohrungen zeigten eine hohe laterale Variabilität des Untergrundes im für die Gründung des Bauwerks relevanten Tiefenbereich. Diese sollte durch seismische Tomographie unter Nutzung einer Schrägbohrung näher untersucht werden. Dazu wurden seismische Wellen an Oberflächenpunkten angeregt und im schrägen Bohrloch empfangen. Zusätzlich wurden zur Verbesserung der Auflösung im oberflächennahen Bereich refraktionsseismische Messungen durchgeführt.
Verteilung der seismischen Geschwindigkeiten verschiedener Tomographiemessebenen in 3D Darstellung
Verteilung der seismischen Geschwindigkeiten von drei Schnittebenen in 2D Darstellung
Die Refraktionsseismik eignet sich für die Unterscheidung von Materialeigenschaften des Untergrundes anhand seismischer Geschwindigkeiten und den Nachweis von Tiefenlage und Verlauf der Festgesteinsgrenze.
Anwendungsbeispiel:
Im Rahmen einer Baugrunderkundung für ein geplantes Hochwasserrückhaltebecken sollte an einem potenziellen Beckenstandort mittels der Refraktionsseismik die Tiefenlage der Festgesteinsgrenze ermittelt werden, um die Einbindetiefe des Bauwerkes zu bestimmen. Anhand der Ergebnisse ließen sich geologische bzw. verwitterungsbedingte Grenzen bestimmen und eine Unterteilung des Untergrundes in drei Schichten mit unterschiedlichen Materialeigenschaften vornehmen.
Verteilung seismischer Geschwindigkeiten im Untergrund und geologische Interpretation
Bei Reflexionseinsätzen handelt es sich um Einsätze seismischer P- oder S-Wellen, die sich im Untergrund ausbreiten und an geologischen Schichtgrenzen reflektiert werden. Die Reflexionsseismik eignet sich daher sehr gut für die Bestimmung von Mächtigkeit und Verlauf geologischer Schichten.
Anwendungsbeispiel:
Im Rahmen eine Grundwassersanierung wurde mit Hilfe der Reflexionsseismik eine Schichterkundung durchgeführt, um die Kontinuität und Mächtigkeit eines Ton-Schluffhorizontes zu untersuchen. Durchgängige Reflektoren in einer Tiefe zwischen etwa 20-30 m können in Verbindung mit Bohrlochinformationen als kontinuierliche Tonschicht interpretiert werden (zweites Seismogramm), während im ersten Seismogramm eine Unterbrechung des Horizontes sichtbar ist, die zu einem Fortschreiten der Grundwasserverschmutzung führen könnte.
Geologische Interpretation reflexionsseismischer Profile