Seismiske metoder

Seismologi (fra gresk seismos = jordskjelv og logos = kunnskap) er læren om jordskjelv og utbredelse av elastiske bølger gjennom jordkloden. I aktiv seismikk genererer man et signal (f. eks. en eksplosjon), mens man i passiv seismikk utnytter signaler fra naturlige kilder som jordskjelv.
Bøyer som markerer luftkanonene ved seismiske undersøkelser i Andfjorden i Nordland.

Jordskjelv og andre kilder generer forskjellige seismiske bølger som forplanter seg gjennom grunnfjellet. Disse bølgene kan måles og benyttes til å avbilde kilder og strukturer i grunnen.

Seismiske metoder kan benyttes til alt fra å studere dyp ned til Moho til grunne ingeniørgeologiske undersøkelser. NGU utfører ikke seismiske målinger på oppdrag.

P- og S-bølger

Det finnes i hovedsak tre typer seismiske bølger; P- og S-bølger (rombølger) og overflatebølger. Overflatebølger beveger seg i to dimensjoner langs jordoverflata. Disse deles opp i Rayleigh-bølger og Love-bølger og kan forenklet forklares som interaksjon av S- og P-bølger.

Seismisk tomografi av jordskjelvbølger er benyttet for å kartlegge jordens indre. Oppnådd oppløsning er noen hundre kilometer. Denne oppløsningen gjør det mulig for forskere å identifisere konveksjonsstrømmer og varmeflekker og andre store strukturer i mantelen og kjernen. Seismisk tomografi benyttes også ved ingeniørgeologisk undersøkelser.

Måler jordskjelv

Passive metoder blir også brukt til å bestemme strukturer i skorpe og øvre mantel. Her bruker man teleseismiske signaler langs semi-permanente seismiske nettverk. I slike seismiske nettverk er instrumenter som måler gangtid av seismiske signaler gjennom jordkloden, oppstilt langs profiler eller i et bestemt område for å måle jordskjelv fra stor avstand (nesten fra andre sida på jorden). Forskjell i gangtid fra jordskjelv i forskjellige retninger brukes til å kartlegge regionale strukturer.

Seismiske bølger som stammer fra eksplosjoner eller kontrollerte kilder (f. eks. VIBROSEIS) er hovedsakelig brukt i undersøkelser av undergrunnen (f.eks. leting etter petroleum).

Kontrollerte seismiske metoder, også kalt aktiv seismikk, er brukt til å kartlegge forkastninger, folder og til å bestemme skorpestrukturer i Sør-Norge. For slike seismiske målinger bruker man et stort antall seismometre og flere titalls forskere og ingeniører kan delta i datainnsamlingen.

Vannsprut fra seismiske målinger.

Ingeniørgeologiske undersøkelser, refraksjon og refleksjon

Det finnes to målemetoder innen seismikk, refraksjon og refleksjon, som benyttes ved ingeniørgeologiske undersøkelser.

Refraksjonsseismikk

Refraksjonsseismikk baserer seg på kritisk refrakterte lydbølger fra en grenseflate i undergrunnen. Ved å konstruere gangbanene til lydbølgene ut fra målte gangtider (førsteankomst) kan en beregne hastigheter og tykkelse på lag. En av forløperne til NGU, Geofysisk Malmleting, startet allerede i 1953 med refraksjonsseismiske målinger ved ingeniørgeologiske undersøkelser.  Senere er metoden benyttet ved ressursundersøkelser, miljøundersøkelser, geotekniske undersøkelser og ikke minst generell kvartærgeologisk kartlegging. Metoden er mye brukt for å kartlegge fjellkvalitet, og den er den mest pålitelige geofysiske metode for kartlegging av løsmassetykkelse. NGU har også i samarbeid med nordiske universiteter utflørt refraksjonsseismiske målinger for skorpestudier. 

Refraksjonsseismisk tomografi

Tilgang på forsterket datakraft har gjort det mulig å videreutvikle den refraksjons-seismiske metode.  Ved å gjøre tomografiske beregninger på måledata kan en langt med detaljert hastighetsmodell for undergrunnen konstrueres.  I tilfeller en har mistanke om heterogene forhold, bør refraksjonsseismisk tomografi velges, og datainnsamlingen gjøres i henhold til dette.

Refleksjonsseismikk

Ved refleksjonsseismikk måler man gangtiden (2-veis) til en lydbølge fra overflaten ned til en grenseflate hvor den reflekteres opp igjen. Refleksjonsseismikk er standardverktøy ved oljeundersøkelser, og metoden benyttes også til tektoniske studier på land.  Metoden har vært for ressurskrevende for ingeniørgeologiske undersøkelser, men etter at PC-er og digitale seismografer kom på markedet i slutten av 80-tallet, ble metoden tilgjengelig for et bredere publikum.  Metodens styrke ligger i å kartlegge strukturer i løsmasser som er viktige for forståelsen av geologien. I dag er teknikken en standard metode ved undersøkelser av fjordkrysninger (tunneler under sjøen).

Akustisk logging av borehull

NGU har utstyr for logging av seismiske hastigheter (P- og S-bølge) i borehull. Se borehullslogging.