• Geofizyka i jej rola w naukach o Ziemi –

wprowadzenie

• Własności fizyczne minerałów i skał

• Przegląd metod geofizycznych

• Grawimetria

• Metody sejsmiczne

• Magnetyka

• Metody geoelektryczne

METODA OPORNOŚCIOWA

Wykorzystywany

parametr

fizyczny:

oporność

właściwa

Zakres wykorzystania:

• Poszukiwania złóż węglowodorów

• Regionalne badania geologiczne

• Poszukiwania złóż mineralnych

• Badania inżynierskie

• Badania hydrogeologiczne

• Detekcja pustek podziemnych

• Detekcja obszarów zanieczyszczeń

• Lokalizacja pogrzebanych obiektów metalowych

• Badania archeologiczne

METODA OPORNOŚCIOWA

• Podstawy teoretyczne

• Metodyka pomiarów i interpretacji

• Przykłady zastosowań

METODA OPORNOŚCIOWA

• Podstawy teoretyczne

• Metodyka pomiarów i interpretacji

• Przykłady zastosowań

METODA OPORNOŚCIOWA

• Metoda opornościowa opiera się na zjawisku

modyfikowania przepływu prądu przez obiekty
geologiczne (bądź „antropogeniczne” – będące
efektem działalności człowieka) charakteryzujące
się oporem właściwym odmiennym od oporu
właściwego skał otaczających

• Pierwsze opornościowe badania geoelektryczne

przeprowadził Conrad Schlumberger w Normandii
w roku 1912

METODA OPORNOŚCIOWA

• Przewodność elektryczna skał - zdolność do

przewodzenia prądu elektrycznego

• Oporność skał

– odwrotność przewodności

METODA OPORNOŚCIOWA

• Przepływ prądu w znakomitej większości skał

związany jest z obecnością roztworów wodnych,
gdyż większość minerałów jest izolatorami

• Jedynie minerały metaliczne oraz minerały ilaste

zachowują się jak przewodniki

• W związku z częstą obecnością wody w skałach

(co jest pochodną ich porowatości) własności
elektryczne skał zależą tak od własności
elektrycznych minerałów tworzących skał jak i od:

 procentowej zawartości roztworów wodnych

 składu chemicznego roztworów wodnych

 stężenia roztworów wodnych

 temperatury roztworów wodnych

METODA OPORNOŚCIOWA

• Oporność jest bardzo zmiennym parametrem,

mogącym osiągać różne wartości nawet w
obrębie tej samej warstwy geologicznej

• oporność danej formacji skalnej

zmniejszają

wszelkie procesy prowadzące do powstania w jej
obrębie szczelin i porów, którymi mogą migrować
roztwory wodne:

 rozwój uskoków

 rozpuszczanie

 wietrzenie

METODA OPORNOŚCIOWA

• oporność danej formacji skalnej

zwiększają

wszelkie procesy prowadzące do redukcji
porowatości:

 kompakcja

 metamorfizm

 wytrącanie się kalcytu i krzemionki w przestrzeni

porowej skał (tj. zjawisko cementacji)

METODA OPORNOŚCIOWA

• Podstawy teoretyczne

• Metodyka pomiarów i interpretacji

• Przykłady zastosowań

METODA OPORNOŚCIOWA

• W przypadku górotworu homogenicznego (tj.

charakteryzującego się jednorodnym oporem –
przypadek

czysto

teoretyczny)

pomiary

geoelektryczne bez względu na konfigurację
systemu pomiarowego dadzą jednorodne wartości

• W

przypadku

rzeczywistego

górotworu

charakteryzującego się zmiennością oporności
oraz występowaniem lokalnych ciał zaburzających
pomiary geoelektryczne można wykorzystać do:

 określenia zmian oporności w obrębie badanych

serii skalnych

 lokalizacji ciał zaburzających

METODA OPORNOŚCIOWA

• Na potrzeby badań opornościowych opracowano

szereg układów pomiarowych, które składają się z
dwóch podstawowych elementów:

 para elektrod zasilających (AB)

 para elektrod pomiarowych (MN)

• W trakcie prac pomiarowych mierzone są

następujące wartości:

 natężenie prądu w obwodzie zasilającym AB

 spadek napięcia w obwodzie pomiarowym MN

 rozmiary całego układu pomiarowego

METODA OPORNOŚCIOWA

• Najczęściej wykorzystywane układy (konfiguracje)

pomiarowe to:

 układ Wennera

 układ gradientowy

 układ Schlumbergera

 układ jednobiegunowy (pole-dipole)

 układ dipolowy (dipole-dipole)

METODA OPORNOŚCIOWA

• Celem geoelektrycznych badań opornościowych

jest identyfikacja poziomych i pionowych granic
zmian oporności skał.

• Biorąc to pod uwagę, metody opornościowe

dzielimy na:

1. sondowania elektryczne
2. profilowania elektryczne

METODA OPORNOŚCIOWA

• Sondowania elektryczne

opierają się na

wykorzystaniu

różnicy

oporu

właściwego

następujących po sobie w pionie warstw.

• Wzrastająca w trakcie sondowania rozpiętość

obwodu

elektrycznego

tworzonego

przez

instalację elektryczną i skałę powoduje, iż
sondowanie obejmuje coraz głębsze warstwy
geologiczne o różnym oporze.

• Mierząc zmiany oporu zachodzące w trakcie

sondowań oraz geometrię systemu pomiarowego
można określić pionową zmienność opornościową
badanego ośrodka skalnego

METODA OPORNOŚCIOWA

• Profilowania elektryczne

wykorzystują różnice

oporu właściwego kontaktujących ze sobą
utworów

geologicznych

wzdłuż

wybranego

kierunku obserwacji (profilu)

• Podstawowe układy pomiarowe w trakcie

opornościowych profilowań elektrycznych to:

 układ Schlumbergera

 układ Wennera

METODA OPORNOŚCIOWA

• Dobór

metodyki

i

konkretnego

systemu

pomiarowego

zależy od

lokalnej

budowy

geologicznej badanego obiektu i jego położenia
w przestrzeni:

 jeśli spodziewamy się granic generalnie

poziomych bądź połogich to wykorzystujemy
metodę sondowań

 jeśli spodziewamy się generalnie granic

pionowych bądź stromych to wykorzystujemy
metodę profilowań

METODA OPORNOŚCIOWA

• Podstawy teoretyczne

• Metodyka pomiarów i interpretacji

• Przykłady zastosowań

METODA OPORNOŚCIOWA

Geoelektryczne badania opornościowe znajdują

szerokie zastosowanie w różnego rodzaju
płytkich badaniach geologicznych:

• identyfikacja stref uskokowych

• zagadnienia hydrogeologiczne

• ochrona środowiska

• zagadnienia geotechniczne – archeologia

• lokalizacja podziemnych pustek

• geotermia

Wiele z tych zagadnień ma szereg punktów

wspólnych.

METODA OPORNOŚCIOWA

Geoelektryczne badania opornościowe znajdują

szerokie zastosowanie w różnego rodzaju
płytkich badaniach geologicznych:

• identyfikacja stref uskokowych

• zagadnienia hydrogeologiczne

• ochrona środowiska

• zagadnienia geotechniczne – archeologia

• lokalizacja podziemnych pustek

• geotermia

Wiele z tych zagadnień ma szereg punktów

wspólnych.

METODA OPORNOŚCIOWA

Strefy uskokowe

:

• są

często

związane

z

mineralizacją

/

okruszcowaniem i dlatego ich identyfikacja jest
istotna w trakcie poszukiwań złożowych

• stanowią drogi migracji wód

• mogą być związane z ryzykiem wystąpienia

lokalnych ruchów tektonicznych (reaktywacja
uskoku)

METODA OPORNOŚCIOWA

Geoelektryczne badania opornościowe znajdują

szerokie zastosowanie w różnego rodzaju
płytkich badaniach geologicznych:

• identyfikacja stref uskokowych

• zagadnienia hydrogeologiczne

• ochrona środowiska

• zagadnienia geotechniczne – archeologia

• lokalizacja podziemnych pustek

• geotermia

Wiele z tych zagadnień ma szereg punktów

wspólnych.

METODA OPORNOŚCIOWA

Metody opornościowe są na szeroką skalę

wykorzystywane

w

problematyce

hydrogeologicznej:

 poszukiwania wód pitnych w skałach porowatych

 poszukiwania

wód

pitnych

w

skałach

szczelinowatych

 wyznaczania stref mieszania się wód słodkich i

zasolonych

• Porowate piaskowce, piaski, żwirowce i żwiry po

nasyceniu wodą mają znacznie niższą oporność
niż otaczające je nieprzepuszczalne iły i gliny
(np. doliny wcięte w obręb glin polodowcowych i
wypełnione piaskami i żwirami)

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

identyfikacji warstw wodonośnych

• W

przypadku

skał

szczelinowatych

zidentyfikowanie lokalnych, na ogół liniowych
zmian oporności może wskazać na koncentrację
stref spękanych a tym samym na obecność wód
podpowierzchniowych

• Badania dotyczące stref uskokowych i zagadnień

hydrogeologicznych

mają

szczególnie

duż

zastosowanie w obszarach, gdzie podłoże
zbudowane jest z masywnych skał krystalicznych
przykrytych niewielkiej miąższości pokrywą
osadową zbudowaną z generalnie młodych
(współczesnych)

utworów

(pokrywa

zwietrzelinowa)

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

identyfikacji wodonośnych stref uskokowych

• W przypadku mieszania się wód zasolonych

(znacznie podwyższona oporność) i wód słodkich
(niższa oporność) badania opornościowe mogą
pozwolić na określenie zasięgu zasolonych wód,
zanieczyszczających zbiorniki wód słodkich

• Badania takie służyć mogą do identyfikacji tak

naturalnych nagromadzeń wód zasolonych jak i
wód zasolonych migrujących związanych z
działalnością człowieka

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

identyfikacji kontaktu wód słodkich i zasolonych

METODA OPORNOŚCIOWA

Geoelektryczne badania opornościowe znajdują

szerokie zastosowanie w różnego rodzaju
płytkich badaniach geologicznych:

• identyfikacja stref uskokowych

• zagadnienia hydrogeologiczne

• ochrona środowiska

• zagadnienia geotechniczne – archeologia

• lokalizacja podziemnych pustek

• geotermia

Wiele z tych zagadnień ma szereg punktów

wspólnych.

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

problemów związanych z ochroną środowiska

• W związku z gwałtowną industrializacją wielu

regionów Ziemi dramatycznie wzrasta zagrożenie
zanieczyszczenia naturalnego środowiska przez
różnego rodzaju substancje chemiczne

• W razie awarii zbiorników takich substancji do

wód podpowierzchniowych mogą się dostać
znaczne ilości trujących i toksycznych związków
chemicznych, które mogą spowodować zupełną
destrukcję poziomów wodonośnych

• Wysypisko odpadów komunalnych w Nowym Sączu

ulokowane jest w starym wyrobisku po wydobyciu
gliny (Antoniuk i Mościcki, 2000).

• W związku z brakiem informacji o miąższości

(grubości) wysypiska oraz o charakterze skał
występujących w jego podłożu wykonano badania
geoelektryczne.

• Ich celem było stwierdzenie ewentualnych stref

nieszczelności w obwałowaniu wysypiska, przez
które szkodliwe odcieki mogły infiltrować na obszary
otaczające.

• Zastosowano metodą opornościową, gdyż odcieki są

bardzo wysoko zmineralizowane i charakteryzują się
niską opornością.

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

problemów związanych z ochroną środowiska

• W otoczeniu nieczynnego wysypiska odpadów

komunalnych w miejscowości Niedźwiedź koło
Mszany

Dolnej

przeprowadzono

badania

elektrooporowe

celem

identyfikacji

miejsc

potencjalnych

odcieków,

niebezpiecznych

dla

potoku Poręba (Antoniuk i Mościcki, 2000).

• Stwierdzono występowanie strefy infiltracji odcieków

skierowanej w stronę potoku

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

problemów związanych z ochroną środowiska

• Badania wykonane w Świnoujściu miały na celu

prześledzenie rozchodzenia się zasolonych wód
podziemnych (Twarogowski, 2000).

• Świnoujście ulokowane jest na nizinie nadmorskiej,

zbudowanej z piasków holoceńskich tworzących trzy
systemy wydm, oraz z torfowisk.

• Powierzchnia terenu rozcięta jest licznymi rowami

melioracyjnymi, w których przy sztormowej pogodzie
może pojawić się słona woda.

• Utwory kredy zawierają również poziomy wód

zasolonych, niedostatecznie odizolowanych od
wodonośnych poziomów czwartorzędowych

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

problemów związanych z ochroną środowiska

METODA OPORNOŚCIOWA

Geoelektryczne badania opornościowe znajdują

szerokie zastosowanie w różnego rodzaju
płytkich badaniach geologicznych:

• identyfikacja stref uskokowych

• zagadnienia hydrogeologiczne

• ochrona środowiska

• zagadnienia geotechniczne – archeologia

• lokalizacja podziemnych pustek

• geotermia

Wiele z tych zagadnień ma szereg punktów

wspólnych.

• Do

zagadnień

geotechnicznych

zaliczamy

wszelkie problemy związane z konstrukcją
budynków i identyfikacją ich pozostałości

• Do tego typu problematyki zaliczyć można

również poszukiwanie obiektów archeologicznych
– pozostałości historycznych budynków

• Pozostałości pogrzebanych budynków na ogół

charakteryzują się wyższą opornością niż ich
otoczenie, co pozwala na wykorzystanie metod
opornościowych do ich identyfikacji

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

problemów geotechnicznych

METODA OPORNOŚCIOWA

Geoelektryczne badania opornościowe znajdują

szerokie zastosowanie w różnego rodzaju
płytkich badaniach geologicznych:

• identyfikacja stref uskokowych

• zagadnienia hydrogeologiczne

• ochrona środowiska

• zagadnienia geotechniczne – archeologia

• lokalizacja podziemnych pustek

• geotermia

Wiele z tych zagadnień ma szereg punktów

wspólnych.

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

lokalizacji podziemnych pustek

• Podziemne

pustki

wypełnione

powietrzem

działają jak izolatory (powietrze nie przewodzi
prądu elektrycznego) i charakteryzują się wysoką
opornością

• Podziemne

pustki

wypełnione

gliną

charakteryzują się niskimi oporami gdyż gliny są
generalnie dobrymi przewodnikami

METODA OPORNOŚCIOWA

Geoelektryczne badania opornościowe znajdują

szerokie zastosowanie w różnego rodzaju
płytkich badaniach geologicznych:

• identyfikacja stref uskokowych

• zagadnienia hydrogeologiczne

• ochrona środowiska

• zagadnienia geotechniczne – archeologia

• lokalizacja podziemnych pustek

• geotermia

Wiele z tych zagadnień ma szereg punktów

wspólnych.

Wykorzystanie badań elektroopornościowych do

zagadnień geotermicznych

• Identyfikacja anomalnych stref pola cieplnego

oraz podziemnych stref akumulacji anomalnie
gorących wód mają podstawowe znaczenie dla
geotermii

• Oporność wody maleje wraz ze wzrostem

temperatury i tym samym badania opornościowe
mogą być wykorzystywane do identyfikacji
obszarów istotnych ze względu na potencjał
geotermalny