Wybrana literatura:

• FAJKLEWICZ Z., (red.), 1972, Zarys geofizyki stosowanej. Wydawnictwa

Geologiczne, 923pp.

• FAJKLEWICZ Z., 1972, Grawimetria poszukiwawcza. Wydawnictwa

Geologiczne, 416pp.

• JARZYNA J., (red.), 2001, Materiały konferencji naukowej “Geofizyka w

inżynierii i ochronie środowiska dla potrzeb samorządności lokalnej”,
Dębe, 15 – 16 marca, 245pp.

• KRZYWIEC P., W. MORAWSKI. J. TWAROGOWSKI, (2004), Aktualny stan

wykorzystania

metod

geofizycznych

w

badaniach

osadów

czwartorzędowych i trzeciorzędowych. Prace PIG, CLXXXI: 13-36.

• McCANN D.M., EDDLESTON M., FENNING P.J., REEVES G.M., (ed.), 1997,

Modern Geophysics in Enginnering Geology. Geological Society
Engineering Geology Special Publication, 12, 441pp.

• REYNOLDS J.M., 1997, An Introduction to Applied and Environmental

Geophysics. Wiley & Sons., 796.

• SHARMA P.V., 1997, Environmental and engineering geophysics.

Cambridge University Press, 475pp.

• TELFORD W.M., GELDART L.P., SHERIFF R.E., 1990, Applied Geophysics.

Cambridge Univ. Press., 770pp.

• WARD S.H., (ed.), 1990 - Geotechnical and Environmental Geophysics,

Society of Exploration Geophysicists Investigations in Geophysics, 5.

• Geofizyka i jej rola w naukach o Ziemi –

wprowadzenie

• Własności fizyczne minerałów i skał

• Przegląd metod geofizycznych

• Grawimetria

• Metody sejsmiczne

• Magnetyka

• Metody geoelektryczne

Geofizyka – wykorzystanie fizyki do badania

Ziemi

1. Fizyka Ziemi: budowa globu, fizyka atmosfery

(meteorologia), fizyka hydrosfery (mórz i oceanów),
fizyka jonosfery, etc.;

2. Geofizyka stosowana: wykorzystanie metod fizyki do

badania skorupy ziemskiej (w tym jej najpłytszych
fragmentów najważniejszych z perspektywy ochrony
środowiska),

ze

szczególnym

uwzględnieniem

aspektów utylitarnych i ekonomicznych:

• poszukiwania złóż (ropy i gazu, minerałów, etc.)

• poszukiwania wód podziemnych (hydrogeofizyka)

• badania inżynierskie (geofizyka inżynierska)

• badania związane z ochroną środowiska

• archeogeofizyka

Geofizyka w zastosowania hydrogeologicznych:

wykorzystanie metod geofizycznych do badań
związanych z wodami podziemnymi:

• lokalizacja

skał

zbiornikowych

dla

wód

podziemnych

(porowate

piaskowce,

szczelinowate wapienie)

• lokalizacja skał uszczelniających zbiorniki wód

podziemnych (nieprzepuszczalne iłowce)

• bezpośrednia detekcja stref nasyconych wodami

podziemnymi

• detekcja stref przepływów wód podziemnych

Geofizyka inżynierska (engineering geophysics):

wykorzystanie metod geofizycznych na potrzeby
badań

materiałów

i

struktur

przypowierzchniowych o potencjalnie dużym
znaczeniu dla działalności inżynierskiej, np.:

• badania na potrzeby budownictwa (tunele

podziemne – metro)

• badania określające stabilność gruntów (w

kontekście stabilności budynków, możliwości
wystąpienia naturalnych i antropogenicznych
osuwisk etc.)

Geofizyka

środowiskowa

(environmental

geophysics): wykorzystanie metod geofizycznych
do badań dużym znaczeniu dla środowiska:

• bezpośrednia detekcja podziemnych obszarów

zanieczyszczonych

i

stref

migracji

zanieczyszczeń

• detekcja pustek podziemnych (np. powstałych w

efekcie

działalności

górniczej)

będących

potencjalnymi strefami zapadania się gruntu

• detekcja obiektów stwarzających zagrożenie dla

środowiska (np. starych zbiorników z materiałami
toksycznymi)

• badania geofizyczne na potrzeby konstrukcji

podziemnych zbiorników (np. na gaz i ropę) i
składowisk (np. substancji radioaktywnych i
szkodliwych)

Metody geofizyczne podzielone mogą być na:

1. Metody pasywne

– opierające się na pomiarach

naturalnych pól geofizycznych związanych z
Ziemią, np.:

• grawimetria – pole ciężkości Ziemi

• magnetyka – pole magnetyczne Ziemi

2. Metody aktywne

– opierają się na wysyłaniu w

obręb Ziemi generowanych przez człowieka
sygnałów (impulsów) a następnie na pomiarach
tych sygnałów zmodyfikowanych przez górotwór,
który funkcjonuje jako swego rodzaju filtr

• W ostatniej dekadzie nastąpił gwałtowny rozwój

metod geofizycznych co było połączone ze
znacznym

poszerzeniem

obszarów

ich

stosowalności;

• Rozwój ten był bezpośrednią konsekwencją

gwałtownego rozwoju i miniaturyzacji sprzętu
komputerowego,

stosowanego

w

trakcie

polowych pomiarów geofizycznych, cyfrowego
przetwarzania pomierzonych danych oraz ich
interpretacji;

• Wiele aplikacji geofizycznych dzięki rozwojowi

technik

komputerowych

przemigrowała

ze

„świata” poszukiwań naftowych (dysponującego
ogromnymi budżetami) do świata innego rodzaju
szeroko rozumianych badań geologicznych;

• Każda pliszka własny ogon chwali - metody

geofizyczne są doskonałym i nowoczesnym
uzupełnieniem

standardowych

badań

geologicznych, ale z pewnością nie stanowią
jedynego i w pełni wystarczającego panaceum na
wszelkie problemy geologiczne!!!

• Każda

interpretacja

danych

geofizycznych

powinna uwzględniać wszelkie dostępne dane i
modele

geologiczne

(hydrogeologiczne,

inżynierskie, etc.)

• Wynik interpretacji danych geofizycznych stanowi

często jedynie wskazówkę co do poprawności
danej koncepcji geologicznej

• Geofizyka i jej rola w naukach o Ziemi –

wprowadzenie

• Własności fizyczne minerałów i skał

• Przegląd metod geofizycznych

• Grawimetria

• Metody sejsmiczne

• Magnetyka

• Metody geoelektryczne

Zasadnicze własności fizyczne minerałów i skał

istotne w kontekście badań geofizycznych:

1. Gęstość
2. Własności elektryczne:

• Opór właściwy

• Własności dielektryczne

• Zdolność do polaryzacji

3. Własności promieniotwórcze

• Naturalna promieniotwórczość

• Wzbudzona promieniotwórczość

4. Własności magnetyczne

• Podatność magnetyczna

• Pozostałość magnetyczna

5. Własności termiczne
6. Własności sprężyste

GĘSTOŚĆ

Zmiany

gęstości

we

wnętrzu

Ziemi

skutkują

powstawaniem anomalii siły ciężkości – umożliwia to
detekcję obszarów nagromadzenia skał o gęstościach
odmiennych od gęstości skał otaczających.

WŁASNOŚCI ELEKTRYCZNE

• Przewodność elektryczna skał - zdolność do

przewodzenia prądu elektrycznego

• Oporność skał – odwrotność przewodności

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

WŁASNOŚCI ELEKTRYCZNE

Stała dielektryczna (przenikalność elektryczna) skał
określa charakter rozchodzenia się w skałach pól
zmiennych,

przede

wszystkim

pól

elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości.

WŁASNOŚCI ELEKTRYCZNE

• Potencjały polaryzacji wzbudzonej są wtórnymi

potencjałami, które obserwuje się w wyniku
polaryzacji skał w polu elektrycznym i po
wyłączeniu prądu zasilania.

• Potencjały te związane są z powstawaniem w skale

zjawisk elektrochemicznych malejących w czasie.

WŁASNOŚCI PROMIENIOTWÓRCZE

• Naturalna promieniotwórczość uwarunkowana jest

obecnością w nich rozproszonych pierwiastków
promieniotwórczych (uranu, toru, potasu).

• Potas powszechnie występuje w przyrodzie w

minerałach ilastych, co pozwala odróżniać skały
ilaste od innych skał (np. piaskowców) za pomocą
otworowych

pomiarów

naturalnej

promieniotwórczości

WŁASNOŚCI MAGNETYCZNE

• Podatność magnetyczna – wartość określająca

zdolność skał do nabycia namagnesowania,
będąca stosunkiem namagnesowania skały do
wytwarzającego je pola magnesującego

WŁASNOŚCI TERMICZNE

Własności termiczne skał charakteryzują:

• współczynnik przewodności cieplnej

• cieplna oporność właściwa

• współczynniki przewodności temperaturowej

• cieplna pojemność właściwa

Ciepło generowane we wnętrzu Ziemi jest w różnym

stopniu przewodzone przez różne skały budujące
skorupę

ziemską,

co

skutkuje

powstaniem

powierzchniowych

anomalii

termicznych

w

rozkładzie strumienia cieplnego

WŁASNOŚCI SPRĘŻYSTE

• Minerały skałotwórcze mają właściwości kruche

• Skały mają właściwości sprężyste, kruche i

plastyczne

• Próbki skał po małych odkształceniach powrocają

do pierwotnych kształtów i wymiarów tj. zachowują
się jak ciała sprężyste

WŁASNOŚCI SPRĘŻYSTE

Własności sprężyste skał definiowane są za pomocą

następujących parametrów:

• moduł sprężystośc podłużnej (moduł Younga)

• moduł ściśliwości poprzecznej (stała Poissona)

• moduł sztywności

• prędkość rozchodzenia się sprężystej fali podłużnej

(P) i poprzecznej (S)

• impedancja (oporność, twardość) akustyczna

Obecność mediów nasycających (np. gazu) wpływa

na prędkości fal sprężystych co pozwala na
bezpośrednią detekcję stref nasyconych za
pomocą metod sejsmicznych.

• Geofizyka i jej rola w naukach o Ziemi –

wprowadzenie

• Własności fizyczne minerałów i skał

• Przegląd metod geofizycznych

• Grawimetria

• Metody sejsmiczne

• Magnetyka

• Metody geoelektryczne