roXplore gmbh
Oberfeldstrasse 6 · 8514 Amlikon-Bissegg · Switzerland · +41 78 687 39 99
Bohrloch-Seismik
Um geotechnische Boden-, Fels- oder Gebirgskennwerte zu bestimmen sowie für detaillierte, kleinräumige Untersuchungen im Untergrund werden oft Bohrlöcher benutzt. Dabei kann der Messwert des Mediums ungestört und in-situ bestimmt werden. Dies ist besonders bei grösseren Bauwerken wie Hochhäusern, Windenergieanlagen oder Tunnels sehr wichtig. Verschieden aufwändige Verfahren unter Zuhilfenahme von einem oder mehreren Bohrlöchern oder bestehenden Galerien. Je nach Fragestellung werden P- und S-Wellen, in einigen spezialanwendungen auch die in Bohrlöchern auftretenden Stonley-Wellen, einer spezifischen Ausprägung der Rayleigh-Welle.
Können die Messungen mittels einem einzigen Bohrloch ausgeführt werden, sind sowohl der einfach Downhole-Test als auch aufwändigere VSP-Messungen möglich. Im einfachsten Fall wird dem Kunden ein eindimensionales Geschwindigkeitsmodell entlang der Bohrung überreicht (Downhole-Test). Werden die Bohrempfänger beispielsweise mit Empfängerauslagen an der Oberfläche und verteilter Anregung der seismischen Wellen, können auch räumliche Abbilder des Untergrunds erzeugt werden (walk-away VSP).
Fragestellung: rasche Bestimmung der elastischen Bodenparameter, Verteilung der Bodenkennwerte, Hohlraumortung
Ergebnisse: 1D-Profil von Vp, Vs, elastische Kennwerte; bei Anwendung von walk-away: 2D-Verteilung Vp (und Vs)
Anwendungen: seismische Standortcharakterisierungen, Setzungsproblematik, Hohlraumortung
Downhole-Messung
Bestimmung der seismischen Geschwindigkeiten in einem einfachen 2-Schichten-Fall als Downhole-Test.
walkaway VSP-Messung
Bestimmung der seismischen Geschwindigkeitsverteilung mit einer Kombination von Tauchwellen- und Downhole-Tomographie. Links: Vp-Verteilung zwischen 72 Messpunkten an der Oberfläche und 72 Messpunkten im Bohrloch. Rechts: Tiefenschnitt 30 m unter Terrain der 3 verschiedenen Ebenen von Oberflächen-Bohrloch-Messungen.
Stehen für eine seismische Untersuchung zwei oder mehr Bohrlöcher zur Verfügung, kann Crosshole-Seismik in Form des Crosshole-Tests und/oder Crosshole-Tomographie-Messungen ausgeführt werden.
Beim Crosshole-Test werden Quelle und Empfänger parallel als sogenannte Zero-Offset-Anordnung in den entsprechenden Bohrlächern geführt. Die daraus direkt gemessenen seismischen Geschwindigkeiten erlauben die Berechnung der Materialkennwerte wie Schubmodul G, Elastizitätsmodul E, Kompressionsmodul K oder die Poisson-Zahl ν die überhaupt höchst-mögliche Präzision an in-situ-Messungen auf.
Fragestellung: präzise Bestimmung der elastischen Bodenparameter und der Dämpfung, Berechnung der Amplifikation
Ergebnisse: Vp, Vs, elastische Bodenparameter G, E, K, Ν als 1D-Funktion
Anwendungen: Tunnelbau, Windturbinen, seismische Standortcharakterisierungen, Erdbebensicherheitsberechnungen
seismischer Crosshole-Test
Ergebnisse einer Crosshole-Test-Messung für ein Windpark-Projekt.
Von links nach rechts: Vp-(blau) und Vs-Verteilung (rot); Vp:Vs- und Poisson-Verhältnis; Verteilung von Schubmodul G, Elastizitätsmodul E und Kompressionsmodul K.
Die Crosshole-Tomographie basiert auf einem Inversionsverfahren, welches die Messparameter zwar räumlich abzubilden vermag. Dabei werden die Laufzeiten zwischen einer Vielzahl an Quell- und Empfängerpunkten zu einer Verteilung der Geschwindigkeiten rückwärtsgerechnet. Die Genauigkeit der so indirekt bestimmten Messwerte ist i.d.R. jedoch etwas geringer als beim Crosshole-Test. Nebst dem räumlichen Abbild des Bohrloch-Zwischenraums hat die Tomographie auch die Potenz, Anisotropie-Effekte zu ermitteln. Crosshole-tomographische Aufnahmen werden oft zur Ortung von Hohlräumen und zur Bestimmung von Schichtverläufen ausgeführt
Fragestellung: Auflockerungszonen, Hohlraumortung, Verteilung der Bodenkennwerte, Anisotropie
Ergebnisse: 2D-/3D-Verteilung von Vp, Vs, elastische Bodenparameter G, E, K, Ν; Anisotropie im Untergrund
Anwendungen: Windturbinen auf karstanfälligen Untergrund, Tunnelbau, Hohlraumortung, seismische Standortcharakterisierungen,
           Erdbebensicherheitsberechnungen
Crosshole-Tomographie
Ergebnisse einer Crosshole-Tomographie-Messung. Links: Vp-Verteilung. Mitte links: Vs-Verteilung. Mitte rechts: Verteilung des Schubmodul G. Rechts: Verteilung des Elastizitätsmodul E.
In speziellen Anwendungen können tomographische Messungen beispielsweise auch zwischen Oberfläche und Stollen oder zwischen zwei Stollen ausgeführt werden.
Im folgenden Beispiel wurde zur Bestimmung der Amplifikation an einer Erdbebenstation - etwa 50 m unter der Oberfläche in einem alten Überlaufstollen installiert - die Scherwellengeschwindigkeitsverteilung zwischen der Station und der freien Luft ausgeführt. Dazu wurde eine Kombination von Oberflächenwellenanalyse und Tauchwellentomographie sowohl an der Oberfläche als auch im Stollen sowie Crosshole-Tmomographie (surface-to-gallery tomography) angewendet. Die Ergebnisse zeigen sehr schön die graduelle in-situ-Verwitterung des harten Granits zu Boden über einen Tiefenbereich von rund 25 m. Darunter folgt ein geringerer Geschwindgikeits-Gradient bis tief unter den Standort der Erdbebenmessstation.
Fragestellung: Auflockerungszonen, Verteilung der Bodenkennwerte, Anisotropie, Dämpfung, Amplifikation
Ergebnisse: 1D-/2D-/3D-Verteilung von Vp, Vs, elastische Bodenparameter G, E, K, Ν; Anisotropie im Untergrund, Dämpfungskurve
Anwendungen: Tunnelbau, Windenergie, seismische Standortcharakterisierungen, Erdbebensicherheitsberechnungen, Amplifikation
surface-to-gallery-Tomographie
Die kombinierte Anwendung verschiedener Verfahren zur Bestimmung der Scherwellengeschwindigkeit über einer in einem Stollen installierten Erdbebenmessstation.
links oben: tauchwellentomographischer Profilschnitt.
links unten: Vs-Verteilung aus der surface-to-gallery Tomographie.
Rechts: Zusammenfassung aller bestimmten Geschwindigkeitsfunktionen von der Oberfläche bis unter den Stollen.