Seismisk refraksjon

Brytning av kritisk vinkel ved hodebølger ifølge Snell's lov.

Seismisk refraksjon omhandler hvordan seismiske bølger endrer retning når de møter grensesnitt mellom geologiske lag med ulike hastigheter. Denne endringen i bølgebanen er styrt av Snells brytningslov, som knytter sammen bølgens innfallsvinkel med dens nye vinkel etter å ha krysset grensesnittet, basert på hastighetsforskjellene mellom de to materialene. Når bølgen treffer grensesnittet ved en innfallsvinkel lik eller større enn den kritiske vinkelen, vil den skifte til å løpe parallelt med laget istedenfor å trenge videre ned. Dette skaper en lateral bølge som reiser langs grensesnittet.

Snells brytningslov

Utdypende artikkel: Snells brytningslov

Ved kritisk refraksjon vil en hodebølge som beveger seg fra punktet S ved overflaten nå 90° når det møter det underliggende laget og refrakteres.

Snells lov sier at:

${\frac {\sin(i_{C})}{v_{1}}}={\frac {\sin(90)}{v_{2}}}$

$\sin(i_{C})={\frac {v_{1}}{v_{2}}}\sin(90)={\frac {v_{1}}{v_{2}}}$

hvor i_C er den kritiske vinkelen, v₁ er den seismiske hastigheten i det første laget og v₂ er den seismiske hastigheten i det andre laget.

Refraksjon i flere lag

Illustrerer hvordan de seismisk refrakterte bølgene beveger seg i flere lag. S = Episenter. C1, C2 og C3 er bølger som kommer inn med den kritiske vinkelen i tilhørende lag 1,2 og 3. C1', C2' og C3' er de tilhørende refrakterte lagene. V_1 < V_2 < V_3 < V_4

For å kunne beskrive refraksjonsseismikk i flere lag forutsettes det at lagene har relativt like parametere i alle horisontale lag. Når man tar for seg flere horisontale lag er man opptatt av lagenes tykkelse, bølgenes hastighet og materialets tetthet. For å kunne beregne refraksjonen i flere lag brukes det brytningspunktene og grensesjiktet (grenselaget) mellom lagene hvor hastigheten og den kritiske vinkelen vil endre seg over grensesjiktene. Ved flere lag analyseres tiden bølgene bruker til de er reflektert tilbake for å beregne egenskapene til de ulike lagene.

Anvendelse og oppmåling

Illustrerer hvordan geofoner registrerer de seismiske signalene som kilden (hammeren) sender ut. V1 og V2 står for velocity (hastighet) i de to ulike lagene.

Refraksjonsseismikk benyttes til å kartlegge og forstå hvordan de ulike berggrunnslagene (se berggrunn) ser ut under jordoverflaten. Det kan både brukes i en liten skala for å finne ut om underlaget, men det kan også brukes i stor skala for å kartlegge ned i litosfæren over flere hundre kilometers dybde. Uansett skala så krever oppmålingen av seismisk refraksjon tre punkter; en seismisk kilde, en linje av mottakere og en måte å tidfeste ankomster. Den seismiske kilden kan være hva som helst som sender ut rystelser ned i bakken. Det finnes instrumenter som er spesiallaget til å sende seismiske bølger, men noe så enkelt som å slå en slegge ned i bakken vil også fungere. Mottakerne som skal ta opp signalet som kilden sender ut, kalles geofoner (eventuelt hydrofoner hvis målingene gjøres i vann). Disse geofonene plasseres på en linje over området som skal undersøkes. Ved å måle både de seismiske signalene, og tiden signalene bruker på å ankomme geofonenene, kan man finne ut mer om berggrunnen basert på de ulike hastighetene i de ulike lagene.

Referanser

Autoritetsdata