aktywne eksperymenty sejsmiczne

Wśród wielu metod badawczych, które pozwalają poszerzyć wiedzę o strukturze litosfery należy wyróżnić metody sejsmiczne, a zwłaszcza głębokie badania sejsmiczne. Badania te wykorzystują rejestracje fal sejsmicznych, które rozchodząc się w Ziemi nawet na znacznych odległościach niosą ze sobą informacje o jej wewnętrznej strukturze. Używane są różne źródła energii sejsmicznej i różne metody interpretacji zarejestrowanych fal. W naszym Zakładzie zajmujemy się głównie modelowaniem i interpretacją danych pochodzących z aktywnych, rzadziej pasywnych eksperymentów sejsmicznych.

Jako źródła energii w aktywnych eksperymentach sejsmicznych wykorzystywane są eksplozje ładunków chemicznych (zazwyczaj trotylu - TNT) lub umieszczone na specjalnych pojazdach (wibratorach sejsmicznych), ciężkie płyty stalowe, które uderzając o powierzchnię gruntu, wprawiają go w drgania i generują użyteczne dla nas fale. W projektach morskich źródłem wzbudzenia fal są prócz ładunków chemicznych (TNT) tzw. działka na sprężone powietrze (ang. air-guns) ciągnięte za statkiem. Wzbudzana w ten sposób energia sejsmiczna rejestrowana jest za pomocą sejsmografów dennych (ang. ocean bottom seismometer, OBS) lub/także stacji lądowych. W dużych eksperymentach lądowych, o skali ponadregionalnej, do rejestracji fal sejsmicznych wykorzystuje się dużą liczbę (zwykle kilkaset) jednokanałowych (składowa pionowa drgań) rejestratorów cyfrowych.

W projektach pasywnych, które prowadzi się w dłuższych okresach pomiarowych (zwykle rok lub dłużej), wykorzystujących energię pochodzącą z naturalnych źródeł (dalekie silne trzęsienia ziemi, ale także i wstrząsy lokalne) i źródeł przemysłowych (kopalnie, kamieniołomy itp.) stosuje się często rejestracje trzech składowych (Z, N, E).

Mimo znacznego wzrostu w ostatnich latach liczby eksperymentów pasywnych i spektakularnych możliwości badawczych jakie ze sobą niosą, wciąż najlepszym narzędziem do rozpoznania struktury skorupy i górnego płaszcza pozostają metody sejsmologii aktywnej - refrakcyjna i refleksyjna.

Stosowany przez nas wariant metody refrakcyjnej nazywany jest też metodą głębokich sondowań sejsmicznych (GSS, ang. deep seismic soundings - DSS) lub metodą refrakcji i odbić szerokokątowych (ang. wide-angle reflection and refraction - WARR). Polega on na rejestracji i interpretacji fal załamanych i odbitych od granic strukturalnych w głębi Ziemi. Pozwala na określenie parametrów fizycznych skorupy i górnego płaszcza Ziemi w badanym regionie (pola prędkości fal sejsmicznych P (Vp), a także fal S (Vs) i rozkładu współczynnika Vp/Vs) oraz geometrii granic sejsmicznych. W zależności od skali i projektu eksperymentu oraz jakości uzyskanych danych można na ich podstawie otrzymać jedno-, dwu- lub trójwymiarowe modele struktury litosfery dla badanego obszaru.

Metoda refleksyjna dzięki otrzymanym sekcjom sejsmicznym pozwala poznać bardzo dokładny obraz właściwości odbijających (refleksyjności) w poszczególnych warstwach skorupy i górnego płaszcza, a co za tym idzie, ich zróżnicowanie, kierunek zapadania granic itd. Metoda ta, poza stosunkowo płytkimi warstwami, nie pozwala na precyzyjne określenie prędkości fal sejsmicznych, a w konsekwencji daje tylko przybliżoną informację o dokładnej głębokości horyzontów odbijających. Głębokie badania refleksyjne mają kilkakrotnie wydłużone czasy rejestracji w porównaniu do standardowych refleksyjnych badań poszukiwawczych, których zasięg ograniczony jest zwykle do kilku kilometrów głębokości. Do pomiarów polowych i przetwarzania danych wymagane jest zaangażowanie specjalistycznych przedsiębiorstw geofizycznych dysponujących odpowiednim wyposażeniem technicznym.

Informacje uzyskane dzięki obu metodom uzupełniają się wzajemnie, a ich wspólne wykorzystanie pozwala na dużo dokładniejszy opis własności modelu niż jest to możliwe przy użyciu tylko jednej z metod.

Prowadzone projekty

  • chihe