Seismische Verfahren

Marine seismische Messverfahren

Marine seismische Messmethoden gehören zu den Hauptkomponenten in der Meeresforschung zur Untersuchung des marinen Rohstoffpotentials und Gefährdungsabschätzung, beispielsweise durch Hangrutschungen, Tsunamis oder der Freigabe von Treibhausgasen.

Während für die bathymetrischen Untersuchungen meist die fest an Bord installierten Systeme genutzt werden, werden die Mess-Systeme für reflexionsseismische und refraktionsseismische Untersuchungen direkt von der BGR eingebracht. Sowohl für die Datenakquisition als auch für die folgenden Schritte der Datenbearbeitung und Interpretation verfügt die BGR über moderne und ausgereifte Systeme. Im Folgenden werden, nach einer kurzen Skizzierung der Messmethodik, die einzelnen System-Blöcke zur seismischen Datenerfassung und Bearbeitung dargestellt:

Reflexionsseismik

Bei der reflexionsseismischen Datenerfassung werden die im Untergrund an geologischen Grenzen reflektierten seismischen Wellen über eine Hydrophonkette empfangen und in elektrische Signale umgewandelt. Nach Digitalisierung werden die Messdaten auf Datenträgern gespeichert und anschließend weiterbearbeitet. Laufzeit und Amplitude der Reflexionssignale liefern später Aussagen über die Tiefenlage und Eigenschaften der Grenzschicht.

Die Hydrophone sind linear in einem insgesamt 3000 m langen Streamer angeordnet, der hinter dem Schiff in ca. 8 m Wassertiefe geschleppt wird.

Standard-Messkonfiguration zur reflexionsseismischen Datenaufnahme. Hinter dem Forschungsschiff wird ein Luftkanonen-„Array“ geschleppt, das als seismische Quelle dient. Mithilfe der Hydrophone im geschleppten Messkabel (Streamer) werden die reflektierten Wellen aufgezeichnet. Quelle: BGR

Die im Rahmen der seegeophysikalischen Messeinsätze aufgezeichneten seismischen Daten werden in der BGR aufbereitet und weiterverarbeitet. Die Aufzeichnung refraktionsseismischer Daten setzt im Vergleich zur reflexionsseismischen Datenerfassung größere Entfernungen zwischen seismischer Quelle und Empfängern voraus.

Beispiel einer reflexionsseimischen Sektion. Die X-Achse bezeichnet die horizontale Entfernung, die Y-Achse bezeichnet die Zweiwege Laufzeit der seismischen Wellen. Mit Kenntnis der seismischen Ausbreitungsgeschwindigkeit kann die Laufzeit in Tiefenwerte umgerechnet werden. Quelle: BGR

Refraktionsseismik

Ozeanbodenhydrophone.doc] werden auf den Meeresboden ausgebracht und nach den Messungen wieder an Bord des Schiffes aufgenommen. Aufgezeichnet werden Laufzeitkurven bis zu einem Entfernungsbereich von über 350 km. Quelle: BGR

Das refraktionsseismische (weitwinkelseismische) Verfahren setzt im Gegensatz zum steilwinkelseismischen Verfahren eine große Entfernung zwischen Signalquelle und -empfänger voraus, um die Ausbreitungsgeschwindigkeit der seismischen Wellen entlang von Grenzschichten bestimmen zu können. Die seismischen Signale werden deshalb mit Ozeanbodenhydrophonen (OBH) empfangen und aufgezeichnet.

In allen seismischen Verfahren wird die vom Untergrund reflektierte Energie als Funktion der Entfernung über die Laufzeit aufgetragen. Während in der Reflexionsseismik (Steilwinkelseismik) nur die unterkritischen Reflexionen d.h. Reflexionen aus einem relativ geringen Entfernungsbereich betrachtet werden wird in der Refraktionsseismik üblicherweise der gesamte Entfernungsbereich, in dem Energie zu empfangen ist, abgedeckt. In der Praxis kann das je nach Luftkanone, Untergrund und Lage der Krusten-Mantel Grenze bis über 350 km betragen. Die Laufzeiten der wichtigsten Einsätze sind mit den Strahlenwegen für den einfachsten theoretischen Fall, den horizontalen Zweischichtfall, in der folgenden Abbildung dargestellt.

Strahlenweg- und Laufzeitkurvenschema für den horizontalen Zweischichtfall Quelle: BGR

Bathymetrie

Bathymetrische Messungen Quelle: http://www.meeresgeo-online.de

Bathymetrische Messungen untersuchen nicht wie bei den seismischen Messverfahren den Untergrund sondern die Meeresbodenoberfläche. Mit einem Fächerecholot wird der Meeresboden streifenweise abgetastet. So wird eine präzise topographische Karte des Meeresbodens erstellt. Zu Fächerecholot Messungen greift die BGR in der Regel auf die auf den Forschungsschiffen installierten Systeme zurück. In der Abbildung links wird das Forschungsschiff Meteor dargestellt, das mit einem STN ATLAS Hydrosweep System arbeitet.

Die hier erfassten Daten können digital gespeichert und anschließend weiterbearbeitet werden. Die Korrelation der seismischen Daten mit den großräumigen bathymetrischen Daten liefert zusätzliche Erkenntnisse zu den strukturellen Gegebenheiten des Untergrundes.

Detaillierte Angaben über die Ausrüstung und Arbeitschwerpunkte des Arbeitsbereichs "Marine seismische Messverfahren und Methodenentwicklung".