Effektivare refraktionsseismisk mätmetod för infrastrukturprojekt
Seismiska mätningar med elektriska hammarslag.
Artikelförfattare: Omid Ahmadi, Sebastian Buntin och Stefan Aronsson, Bjerking AB
Geofysiska mätmetoder är värdefulla att använda i olika skeden inom infrastrukturprojekt. Genom att kombinera både geofysiska och geotekniska resultat från markundersökningar fås högre kvalité och noggrannhet. Refraktionsseismik är en av de vanligaste geofysiska mätmetoderna som används för att ta fram kontinuerliga modeller på bergnivåer och jordlagerföljder under markytan. Metoden är också effektiv vid kartläggning av sprickzoner längs planerade tunnlar eller bergrum [1].
Ett önskemål i olika infrastrukturprojekt är att kunna bedöma geologiska strukturer ner till cirka 30–40 m djup. Dock utvärderas generellt seismiska data ner till cirka 10 m djup eller mindre. En anledning till detta är att man har använt utrustning med ett begränsat antal sensorer (till exempel 24–48 st) på grund av logistiska och ekonomiska skäl. I den här artikeln har problemet diskuterats närmare och vi redovisar två exempel från verkliga projekt. Ett förslag har tagits fram för hur refraktionsseismiska mätmetoder kan användas med samma kapacitet och utrustning, men på ett sätt där större djupnerträngning kan uppnås.
Teori och problemställning
Metoden Refraktionsseismik är baserad på att analysera gångtider (utbredningshastighet) av seismiska vågor längs med ett led av sensorer (mätlinje). De seismiska vågorna genereras på flera punkter (skottpunkter) genom en energikälla, såsom en slägga eller en accelererad fallvikt (till exempel elektriska hammarslag) [2], se Figur 1. Vanligtvis ligger ett mätinstrument i mitten av en mätlinje och sensorerna kopplas till det genom kablar. Detta möjliggör att halva mätlinjen kan förflyttas fram för att uppnå en längre mätlinje och skapa en kontinuerlig sektion, se Figur 1. Den här konfigurationen kallas ”roll-along” och används ofta som ett standardprotokoll när refraktionsseismik används vid markundersökningar.
En stor fördel med refraktionsseismik är att den är en icke-förstörande mätmetod och kan ge detaljerad information om material under markytan. Utvärdering av resultat och data genom den refraktionsseismiska metoden kan utföras
på olika sätt och idag finns det en modern utvärderingsmetod som kallas seismisk tomografi. Med seismisk tomografi används samma princip som i datortomografin inom sjukvården [3].
Den tomografiska analysen grundar sig i uppbyggnaden av en matris under befintliga mätlinjer och genom att beräkna seismiska våghastigheter för varje cell i matrisen. Metoden fungerar bra om utbredningshastighet av seismiska vågor ändras gradvis med djupet vilket är fallet för det mesta [4]. Osäkerheter kan hanteras genom att verifiera resultat med borrpunkter som ligger längs med mätlinjerna [1]. Upplösningen och den djupnerträngning som kan uppnås av metoden beror delvis på respektive avstånd mellan sensorer och den totala längden av mätlinjen. Utbredningshastigheten och dess struktur under markytan kan också påverka djupnerträngning men detta är en okänd parameter och studeras inte i denna artikel.
Avståndet mellan sensorerna bestäms utifrån objektspecifika parametrar, men normen inom befintliga byggprojekt är att ha 2 m eller 5 m avstånd. Mindre avstånd ger en högre upplösning, dock till priset av en försämrad djupnerträngning.
På grund av logistiska begränsningar i infrastrukturprojekt används ofta utrustning med 24 sensorer eller mindre. Detta kan eventuellt leda till kortare profillängd och mindre djupnerträngning, vilket inte är idealt och syftet med den marktekniska undersökningen riskerar att inte uppnås på ett effektivt sätt.
