Seismische Kartierung von alpinem Permafrost im Lockergestein

摘要

Hochalpine Täler, in denen Permafrost vorkommt, gehören zu den Gebieten, die am stärksten von einer Klimaänderung betroffen sind, und haben dadurch einen großen Einfluss auf das hydrologische Regime. Das ÖAW-Projekt „Permafrost in Austria" versucht genau diese Auswirkungen zu erfassen und zu verstehen. Die vorliegende Arbeit behandelt eine punktweise Erfassung von Permafrost im Lockergestein. Im Rahmen der Diplomarbeit wurden im Krummgampental 32 seismische Feldmessungen von 2D-Profilen mit Längen von 90m bis 210m mittels Hammerschlag-Refrakti-onsseismik durchgeführt. Dabei wurden Profile auf den unterschiedlichen geomorphologischen Strukturen wie Schutthalden, Blockgletscher und Moränen gemessen. Um eine bessere Aussage über die detektierte P-Wel-lengeschwindigkeit treffen zu können, wurden noch vier seismische Profile auf dem an die Oberfläche ragenden Felsen zur Interpretation hinzugezogen. Aufgrund der refraktionsseismischen Daten werden durch eine Tauchwellentomographie die seismischen Geschwindigkeiten im Untergrund bestimmt. Um die einzelnen Tomographien berechnen zu können, werden für die Inversionen drei Startmodelle mit unterschiedlichen P-Wellengeschwindigkeiten für die Klasse des unge-frorenen Schuttes, des Permafrostes und des Felses erstellt. Danach wird ein Modell mit synthetisch erstellten seismischen Laufzeiten (Ersteinsätzen) für einen Permafrost ähnlichen ebenen Zweischichtfall generiert. Um den Einfluss der drei Startmodelle auf das Ergebnis der 1 D-Tomographie zu testen wird dieses zuvor erstellte Modell mit jedem der drei Startmodelle berechnet. Anschließend wird die Dicke der Lockerschicht im Modell mit den synthetisch produzierten Ersteinsätzen variiert und eine Grafik zur Klassifizierung der folgenden Berechnungen erstellt. Dabei zeigt sich, dass sich die berechneten Geschwindigkeits-Tiefenkurven der 1 D-Tomographie bei allen zuvor berechneten Modellen gut an die gewählte Geschwindigkeit des Permafrostes annähern. Anschließend werden alle 32 Profile 1D-tomographisch ausgewertet. Hier sieht man, dass die Berechnungen nur bei homogen geschichteten Profilen niedrige RMS-Werte liefern und laterale Änderungen im Geschwindigkeitsfeld direkt proportional mit den hohen RMS-Werten der Berechnung korrelierten. Dies führt zu der Bildung einer Schranke (RMS＞5ms), ab der die Profile noch 2D-refraktionstomographisch ausgewertet werden. Durch diese 2D-Tomographien werden dann einzelne signifikante vertikale Schnitte gelegt und gemeinsam mit den Geschwindigkeits-Tiefenkurven der 1 D-Tomographie als „kein Permafrost", „Permafrost möglich" und „Permafrost" klassifiziert. Um eine finale Aussage über das Vorhandensein von Permafrost im Lockergestein zu tätigen, werden die seismischen Ergebnisse noch mit den zugehörigen mittleren Bodentemperaturdaten der winterlichen Schneedecke, aus dem ÖAW-Projekt „Permafrost in Austria" korreliert und anschließend in einem Orthofoto des Geländes kartiert. Dabei zeigt sich, dass sich bei 48% der Profile die Klassifizierungen aus der Seismik mit den Ergebnissen aus der Temperaturklassifizierung decken. Bei 39% findet man eine mögliche Übereinstimmung der zwei unterschiedlichen Verfahren. Das heißt, dass eine Klassifizierung mit der vollen und der möglichen Übereinstimmung beider Verfahren 87 % der Ergebnisse beinhaltet, was ein weiteres Indiz für ein gutes Zusammenspiel der beiden Verfahren darstellt.