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Vergleich P- & S-Wellenseismik

Innerhalb eines elastischen Mediums können sich longitudinale und transversale elastische Schwingungen ausbreiten, die als seismische Raumwellen bezeichnet werden. Das Ausbreitungsverhalten dieser Wellen wird durch die elastischen Eigenschaften des Mediums und deren Verteilung im Raum bestimmt. Durch die Beobachtung und Analyse der Wellenausbreitung in dem Medium können somit Rückschlüsse auf die elastischen Eigenschaften und deren Verteilung im Medium gezogen werden. So ermöglichte z.B. erst die Beobachtung der Wellenausbreitung von der Erdoberfläche aus einen Einblick in das Erdinnere mit dem schalenförmigen Aufbau aus festem Kern, flüssigem Mantel und fester Kruste.

Bei der Erkundung von Erdschichten z.B. für die Suche nach Lagerstätten werden in der Regel seismische Longitudinalwellen (Kompressionswellen, auch P-Wellen genannt) verwendet. Diese lassen sich vergleichsweise einfach  z.B. durch Sprengungen oder Hammerschlag künstlich erzeugen und liefern Erkenntnisse über den strukturellen Untergrundaufbau bis in Tiefen von ca. 50 km. Besonders ihre Eigenschaft, sensitiv auf Fluide und Gase im Untergrund zu reagieren, machte sie schon früh für die Exploration nach Kohlenwasserstoffen interessant, wodurch auch erhebliche Finanzmittel in die Erforschung dieses Wellentyps flossen.

Die Verwendung von Transversalwellen (Scherwellen, auch S-Wellen genannt) ist bei der Untergrunderkundung - mit Ausnahme von marinen Anwendungen – ehr von untergeordneter Bedeutung. Seismische Scherwellen sind wie etwa auch Lichtwellen polarisierbar und ihre Ausbreitungseigenschaften hängen von der Schwingungsorientierung zur Schichtung ab. Das erfordert - insbesondere bei der gezielten Scherwellenanregung - eine erheblich anspruchsvollere und damit kostenintensivere Messtechnik. Seit einiger Zeit gewinnen Scherwellen vermehrt an Bedeutung, da sie aufgrund ihrer im Vergleich zu P-Wellen geringeren Ausbreitungsgeschwindigkeit eine verbesserte Strukturauflösung ermöglichen. Dabei zeigt sich besonders ihre Nichtsensitivität gegenüber Fluid- und Gasgehalten im Porenraum als Vorteil. Auch wird die Scherwellengeschwindigkeit zunehmend als wichtiger Indikator bei oberflächennahen geotechnischen Fragestellungen herangezogen.

 

 
Erkundung des Untergrundes unterhalb von armierten Betonfundamenten innerhalb von Gebäuden.