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2024-06-24T17:47:58Z

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[[Datei:Lewis4-Accretionary Prism.gif|mini|hochkant=1.4|Reflexionsseismisches Profil und seine [[geologisch]]e Interpretation]]
Die '''Reflexionsseismik''' ist ein Verfahren der [[Seismik]] zur Bestimmung von [[Diskontinuität (Geologie)|Schichtgrenzen]] im [[Erdinneres|Erdinneren]]. Reflexionsseismische Messungen zielen darauf ab, aus [[Reflexion (Physik)|reflektierten]] [[Seismische Welle #P-Wellen|P-Wellen]] Erkenntnisse über die Untergrundstruktur zu gewinnen und [[geologisch]]e oder [[geophysik]]alische [[Grenzfläche]]n zu rekonstruieren.

== Grundlagen ==
Die Reflexionsseismik untersucht durch [[seismische Welle]]n, die mit verschiedenen Methoden künstlich erzeugt werden ([[Seismische Sprengung]]en, [[Vibroseis]], [[Hammerschlagseismik|Schlaghammer]]) die Beschaffenheit des Bodens. Die Wellen breiten sich im Untergrund aus und werden an Grenzflächen reflektiert und [[Brechung (Physik)|gebrochen]]. Ein kleiner Teil des reflektierten Wellenfeldes gelangt zurück zur [[Erdoberfläche]], seine Energie und der zeitliche Einsatz der Wellenbewegung wird dort mit [[Geophon]]en registriert. Nach dem [[Processing (Seismik)|Processing]] der aufgezeichneten Daten liegt ein [[Seismogramm]] vor, aus dem sich dann die Tiefe von Schichtgrenzen feststellen lässt.

An Schichtgrenzen wird die seismische Welle, wie ein [[Lichtstrahl]] an optischen Grenzen, beim Übergang von einer Schicht in eine andere teilweise gebrochen und teilweise reflektiert und in andere Wellentypen konvertiert.

Die Brechung des Schallstrahls gehorcht dem [[Snelliussches Brechungsgesetz|Snelliusschen Brechungsgesetz]].

Für die Reflexion gilt, wie in der Optik, das [[Reflexionsgesetz]]:
:Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel.

Der Anteil der an einer Grenzfläche reflektierten Welle hängt ab von den Unterschieden der angrenzenden [[Gesteinsschicht]]en in Geschwindigkeit <math>v</math> und [[Dichte]] <math>\rho</math>. Bei senkrechtem Welleneinfall, dem Standardfall der Reflexionsseismik, gilt für den [[Reflexionsfaktor|Reflexionskoeffizienten]]:

:<math>R_{PP} = \frac{\rho_2 \cdot v_2 - \rho_1 \cdot v_1}{\rho_2 \cdot v_2 + \rho_1 \cdot v_1}.</math>

Eine geologische Grenzfläche ist also nur erkennbar, wenn die [[Schallwellenwiderstand|Impedanz]], d. h. das [[Produkt (Mathematik)|Produkt]] <math>\rho \cdot v</math>, der benachbarten Schichten unterschiedlich ist.

== Anwendungen ==
* Erdöl- und Erdgas[[Prospektion (Geologie)|erkundung]]
* Erkundung von [[Mineral]][[lagerstätte]]n<ref>{{Literatur |Autor=Alireza Malehmir, Milovan Urosevic, Gilles Bellefleur, Christopher Juhlin, Bernd Milkereit |Titel=Seismic methods in mineral exploration and mine planning — Introduction |Hrsg= |Sammelwerk=GEOPHYSICS |Band=77 |Nummer=5 |Auflage= |Verlag= |Ort= |Datum=2012-09 |ISBN= |ISSN=0016-8033 |DOI=10.1190/2012-0724-spsein.1 |Seiten=WC1–WC2 |Online=https://library.seg.org/doi/full/10.1190/2012-0724-SPSEIN.1 |Abruf=2019-09-17}}</ref>
* [[Geothermiekraftwerk]]e (Erkundung)
* [[Kartierung (Geowissenschaften)|Kartierung]] von [[Deponie]]n
* [[Grundwasser]][[Exploration (Geologie)|exploration]] (der [[Grundwasserspiegel]] ist eine [[hydrogeologisch]]e Barriere)
* [[Ingenieurbau]]ten, vornehmlich [[Tunnelbau]] und Bauwerks[[Gründung (Bauwesen)|gründungen]]
* [[Naturgefahr]]en (z. B. [[Böschung|Hang]]<nowiki/>instabilitäten).

== Methoden ==
=== Split-Spread-Methode ===
Diese Methode wird verwendet, um sich einen ersten Eindruck des Untergrundes zu verschaffen. Der Schusspunkt (der Punkt, an dem seismische Wellen ausgelöst werden) liegt in der Mitte der Geophonauslage. Im Seismogramm sind Schichtgrenzen als [[Hyperbel (Mathematik)|Hyperbeln]] erkennbar, und die [[Wellengeschwindigkeit]] der Schichten lässt sich aus der [[Krümmung]] der Hyperbeln bestimmen.

=== Common-Midpoint-Technik und Normal Move Out ===
[[Datei:Seismic CMP NMO.png|mini|hochkant=2|Common Midpoint und Normal Move Out]]
Die Common-Midpoint-Technik ist das gebräuchlichste Verfahren des seismischen Processings.

Die Geophonauslage wird von verschiedenen Punkten aus angeschossen. Dann werden die aufgezeichneten Spuren nach gemeinsamen Mittelpunkten ('''C'''ommon '''M'''id'''P'''oint, CMP) zwischen Schusspunkt und Geophon sortiert. Um die Spuren konstruktiv überlagern zu können, wird eine Laufzeitkorrektur ('''N'''ormal '''M'''ove '''O'''ut) vorgenommen. Damit erscheinen die Einsätze im Seismogramm so, als seien sie direkt über dem Reflektor registriert worden. Anschließend können alle Spuren des Seismogramms addiert werden, um so das Nutz-/Stör-Verhältnis zu verbessern.

Die Lage der Reflektoren wird im Zeitbereich beschrieben, also durch Quell-Empfänger-Mittelpunkt (CMP) und Laufzeit der Wellen. Somit kann nicht unmittelbar auf deren räumliche Position im Untergrund geschlossen werden.

Das Ergebnis eines CMP-Processings ist eine [[Lotrichtung|Lot]]<nowiki/>zeit[[Schnitt (Darstellung)|sektion]], welche den zeitlichen Abstand eines Reflektors senkrecht zur Oberfläche darstellt. Das CMP-Verfahren zeichnet sich insbesondere durch seinen geringen [[Rechenzeit]]<nowiki/>bedarf aus.

Für den Fall, dass der Untergrund aus ebenen, wenig geneigten Reflektoren aufgebaut ist, liefert das Verfahren meist ein recht brauchbares Abbild. Geneigte oder gekrümmte Reflektoren jedoch werden durch das CMP-Verfahren verzerrt abgebildet.

=== Migration ===
Ein Abbildungsverfahren, das die Transformation vom Zeit- in den Tiefenbereich leistet, ist die Tiefen[[Migration (Seismik)|migration]]. Diesem Verfahren liegt die Vorstellung zu Grunde, dass der Untergrund aus vielen [[Diffraktion]]s<nowiki/>punkten aufgebaut ist. Nach dem [[Huygenssches Prinzip|Huygensschen Prinzip]] ist jeder Diffraktor, der von einer Welle getroffen wird, Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle. Ziel der Migration ist es, aus den Reflexionseinsätzen im Seismogramm den Ort des Diffraktors im Untergrund zu berechnen. Dabei wird mit einem durch andere Verfahren gewonnenen Untergrundgeschwindigkeitsmodell zu jedem Einsatz im Seismogramm der Ort aller möglichen Diffraktoren berechnet, die diesen Einsatz verursacht haben könnten ([[Isochrone]]n<nowiki/>fläche). Anschließend wird diesen Orten der betrachtete [[Amplitude]]n<nowiki/>wert zugeordnet. So wird mit allen Einsätzen im gesamten Seismogramm verfahren. An den Orten, an denen sich tatsächlich ein Diffraktor befindet, stapeln sich die Amplitudenwerte konstruktiv auf und geben dadurch ein unverzerrtes, lagerichtiges Abbild des Untergrundes wieder.

== Siehe auch ==
* [[Laufzeitkurve]]
* [[Refraktionsseismik]]
* [[Oberflächenwellenseismik]]

== Literatur ==
* Dirk Gajewski: {{Webarchiv | url=http://www.geophysics.zmaw.de/fileadmin/documents/teaching/Skripten/Skript.pdf | wayback=20120131122844 | text=''Vorlesungsskript: Angewandte Geophysik II.''}} (PDF; 32,5 MB) Hamburg 2010

== Weblinks ==
{{Commonscat|Reflection seismics|Reflexionsseismik}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Seismik]]

Reflexionsseismik - Versionsgeschichte

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