Il metodo di profilazione geologica noto come rifrazione sismica misura il tempo necessario alle onde o ai raggi sismici per spostarsi attraverso il terreno, colpire il substrato roccioso e tornare in superficie. Utilizzato in geofisica, questo metodo è più accurato quando si mappano profondità inferiori a 100 piedi. Oltre a misurare la profondità del substrato roccioso, la rifrazione sismica può fornire informazioni sulla qualità e la resistenza della roccia.
Le onde sismiche sono un tipo di energia di forza che si muove attraverso la terra. Queste onde possono essere create naturalmente, come nel caso dei terremoti, o attraverso metodi artificiali, come le esplosioni. Piccole onde sismiche possono essere create sparando un colpo al suolo o facendo cadere qualcosa di pesante a terra. Se il terreno trema o vibra, ciò è dovuto a un’onda sismica.
Nella rifrazione sismica, l’energia viene sparata nella terra dalla superficie di solito da proiettili sparati da un fucile, un peso caduto a terra, un piccolo esplosivo o colpendo una piastra con un martello. Le onde si spostano nel terreno e quindi vengono rifratte lateralmente lungo il substrato roccioso prima di rimbalzare in superficie. Una serie di geofoni disposti in linea retta lungo l’area in esame registrano le onde quando raggiungono nuovamente la superficie.
I geofoni sono piccoli cilindri di metallo che hanno approssimativamente la forma di una batteria, sebbene siano disponibili in diverse dimensioni. All’interno del cilindro c’è una bobina che pende da una molla. Su entrambi i lati della bobina ci sono dei magneti. Quando le onde sismiche causano la vibrazione del suolo, la bobina si muove attraverso il campo magnetico e l’energia dell’onda può essere misurata. I computer vengono spesso utilizzati per analizzare i dati ricevuti dai geofoni e vengono creati grafici che riportano i tempi di viaggio in funzione della distanza per calcolare le velocità.
Le velocità forniscono informazioni sul tipo di materiale sotto la superficie del terreno poiché un’onda si muoverà attraverso diversi tipi di terra a velocità diverse. Ad esempio, un’onda sismica si muoverà attraverso l’argilla a una velocità diversa da quella che si muoverebbe attraverso la sabbia. Questo è il motivo per cui i geofisici possono raccogliere informazioni sui materiali tra la superficie e il substrato roccioso.
La rifrazione sismica non deve essere confusa con la riflessione sismica. Sebbene la riflessione sismica utilizzi molti degli stessi metodi di prova, raccoglie immagini del substrato roccioso dalle onde che semplicemente rimbalzano o vengono riflesse dal substrato roccioso piuttosto che disperdersi ad angoli diversi. A differenza della rifrazione sismica, la riflessione sismica non può fornire informazioni sullo spessore del materiale o sulla velocità dei raggi. È meglio utilizzato in ambienti marini in cui la rifrazione sismica è inaffidabile.