La sismica a rifrazione utilizza, come la sismica a riflessione, onde acustiche nei corpi solidi. L'energizzazione avviene tramite martello percussore (video clip , 5 secondi), massa battente (video clip , 14 secondi) oppure tramite esplosivo. Le onde sismiche rifrangendosi sulle superficie di confine degli strati geologici, caratterizzati da una differenza di velocità tra lo strato superiore (V0) e lo strato ad esso sottostante (V1), producono dei raggi rifratti (in tedesco chiamati Mintrop-Wellen) che viaggeranno parallelamente alla superficie di discontinuità (con la stessa velocità dello strato "più veloce") rifrangendo continuamente verso l'alto (quindi verso lo strato "più lento") energia elastica. Una delle condizioni principali per l'applicazione del metodo della sismica a rifrazione è che la velocità di propagazione delle onde sismiche aumenti con la profondità (V0 < V1).

Abb. 1: Schema einer Refraktionsmessung.

L'energia rifratta che ritorna alla superficie (raggi delle onde di sismica a rifrazione) viene misurata attraverso i geofoni. In base al rapporto tra la distanza (punto di sparo-geofone) ed il tempo di percorso è possibile stabilire le velocità sismiche presenti nel sottosuolo.

Abb. 2: vereinfachtes Laufzeitdiagramm an einer Schussposition

Mentre fino a pochi anni fa, 5 spari (energizzazioni) venivano registrati da 24 geofoni (canali), oggi è possibile effettuare 500 spari registrandoli ed analizzandoli attraverso 200 (o più) canali. In tal modo il campo delle velocità di sismica a rifrazione tomografica che ne risulta, permette di avere una precisa e dettagliata interpretazione.


Abb. 3: Messkampagne mit 5 Schüssen und 44 Geophonen. gelbe Kreuze/blaue Linien: Ersteinsatzzeiten/-kurven; orange/grüne/rote Linien: nach einzelnen Refraktoren und statisch korrigierte Laufzeitkurven.


Abb. 4: Realer Datensatz: Nach CMP (gemeinsamem Tiefenpunkt) sortierte Laufzeitkurven (hier mit reduzierter Geschwindigkeit) und nach einzelnen Refraktoren (Farben) separiert Laufzeitkurven. An jedem CMP ist ein lokales Distanz-Laufzeit-System anzubringen (Beispiel in fett).



Abb. 5: Nach der WET-tomographischen Methode (Wavepath Eikonal Traveltime) bestimmtes Distanz-Tiefe-Geschwindigkeit-Diagramm.

Mehr über die Theorie der WET-Tomographie finden Sie bei Gerard T. Schuster and Aksel Quintus-Bosz 1993, GEOPHYSICS VOL. 58 NO. 9 September 1993, P. 1314 – 1323

Applicazione

Le indagini di sismica a rifrazione vengono impiegate per le seguenti problematiche:

• Mappatura delle zone formate da materiale disgregate (costruzione tunnel, individuazione posizione di una discarica)
• Determinazione della resistenza allo scavo (rippability)
• Mappatura della permeabilità di strati ghiaiosi
• Mappatura degli strati composti da materiale sciolto
• Localizzazione delle zone di frattura (=> infiltrazioni d'acqua, problema che si riscontra nelle costruzioni sotterranee)
• Mappatura del substrato roccioso

La sismica a rifrazione viene spesso combinata con la sismica a riflessione (sismica ibrida).

Esempio di un moderno profilo di sismica a rifrazione: