Seismika

Seismika (z řeckého seismos = otřes) je částí geofyziky, která se zabývá studiem elastických vln, vznikajících při zemětřesení nebo otřesech vyvolaných uměle, a současně i studiem všech parametrů, které je možné odvodit ze šíření těchto vln.

Obr. 1: Vibrátor EnviroVibe (fa IVI, USA) - měření seismiky v rámci projektu ČGS Rebilance zásob podzemní vody ve vybraných rajonech ČR

Registrace a analýza zemětřesení je předmětem studia tzv. velké seismiky (seismologie); výsledky těchto analýz jsou jedinečným zdrojem informací o vnitřní stavbě Země, včetně jejích nejhlubších částí. Naproti tomu seismika jako průzkumná metoda je součástí užité geofyziky, která zkoumá geologickou stavbu přípovrchové části Země (zemskou kůru) a využívá umělé zdroje seismické energie – odpaly, vibrace, údery „padostroje“ a v případě mělké seismiky i pouhé údery kladiva.

Obr. 2: Padostroj PEG40 s urychlovačem (fa Geometric, Velká Británie)

Uměle vyvolané elastické vlny se šíří všemi směry a pronikají do hloubek až několika km v závislosti na použitém zdroji energie. Na fyzikálně geologických rozhraních se tyto vlny lomí, odrážejí a vracejí k povrchu, kde jsou zaznamenány jimi vyvolané kmity. Měření doby průběhu vlny a studium charakteru vlnění umožňuje určit hloubku a tvar těch rozhraní, od nichž se vlna vrátila k povrchu, a současně poskytuje informace o horninách, jimiž vlna na své dráze proběhla. Seismický průzkum je využíván především při vyhledávání ložisek uhlovodíků a uhlí, při studiu strukturní geologické stavby (podzemní zásobníky plynu, ukládání CO₂) i při inženýrsko-geologických pracích.

Podle povahy kmitání částic vzhledem ke směru šíření vlny můžeme rozdělit elastické vlny na podélné a příčné. Příčné vlny se v seismickém průzkumu využívají jen okrajově. Využití odražených vln je základem metody odražených vln (reflexní seismika), zatímco metoda lomených vln (refrakční seismika) využívá lomené (čelné) vlny. V obou metodách je používán k registraci vln „přijímač“ zvaný geofon, což je zařízení, které mechanické kmity převádí na elektrické impulzy. Tyto impulzy jsou registrovány seismickou aparaturou a následně numericky zpracovány. Měření refrakční seismiky je vždy profilové a v současnosti je používáno především pro vysledování mělkých rozhraní při inženýrsko-geologickém průzkumu. Reflexní seismika se používá jak při profilovém (2D), tak i plošném (3D) měření. V obou případech se používá taková geometrie měření, která umožní součet signálů, pocházejících z různých, avšak symetrických dvojic „zdroj-geofon“ (viz Obr. 3), tzv. metoda společného reflexního bodu (vícenásobné překrytí).

Obr. 3: Geometrie měření při metodě společného reflexního bodu

Výsledkem numerického zpracování reflexní seismiky je časový řez, případně časový migrovaný řez, který zobrazuje geologickou stavbu v časové doméně, tzn. ve formě časového řezu (Obr. 4). Na základě znalosti o rychlostech elastických vln je potom možné pomocí hloubkové transformace získat hloubkový řez.

Obr. 4: Ukázka časového migrovaného řezu z oblasti Vídeňské pánve

Na území České republiky byly metody refrakční i reflexní profilové seismiky použity při průzkumu uhlovodíků poprvé ve 40. letech 20. století ve Vídeňské pánvi; registrace byla analogová a použilo se jednoduché překrytí a pouze ruční zpracování. Na přelomu šedesátých a sedmdesátých let 20. století začala digitální registrace a reflexní seismika se měřila s vícenásobným (6, 12, 24) překrytím. Na konci 20. století se začala pro průzkum uhlovodíků široce používat plošná (3D) reflexní seismika.

Česká geologická služba je mj. správcem seismické databanky, která obsahuje digitální záznamy (posoučtové řezy ve formátu SEGY) reflexních seismických profilů, odměřených na území ČR v letech 1971 – 1994 a hrazených ze státního rozpočtu. Tyto profily jsou veřejně přístupné ve webové mapové aplikaci geofyzikální měření ČR ve službě "Seismika". V další samostatné vrstvě se zobrazují výsledky seismokarotážního měření ve vrtech, které umožňují korektní převod seismických řezů z časové oblasti do hloubky.

Česká geologická služba v současnosti dozoruje geofyzikální průzkum lokalit pro plánované úložiště jaderného odpadu. Součástí geofyzikálních prací je i měření seismiky, při kterém se používá speciální zdroj signálu - tzv. generátor impulsů (Obr. 5).

Obr. 5: Generátor impulsů VIBSIST 1000 (fa Vibrometric Finsko)