1. Geofizyka ogólna – nauka która zajmuje się rozpoznawaniem Ziemi jako globu, jej wielkości, kształtu, ogólnej budowy wewnętrznej oraz związanej z Ziemią hydrosfery i atmosfery.
Geofizyka stosowana (poszukiwawcza) – rozpoznawanie budowy skorupy ziemskiej i poszukiwanie złóż kopalin użytecznych w celu ich gospodarczej eksploatacji.
2. Natężenie siły ciężkości - jest równe przyśpieszeniu ziemskiemu g.
Geoida – powierzchnia ekwipotencjalna o przebiegu zbliżonym do powierzchni mórz i oceanów Wartość normalna przyspieszenia ziemskiego - średnie przyspieszenie ziemskie na poziomie morza dla szerokości geograficznej 45O
g = 9,80665 m/s2
3. Anomalia siły ciężkości – różnica pomiędzy wartością g w punkcie na powierzchni ziemi, zredukowaną do poziomu morza a wartością normalną g. Δg = g - gn
4. Metody pomiaru siły ciężkości
- dynamiczne – obserwuje się ruch ciała, a wielkością mierzoną bezpośrednio jest czas (prawo ruchu wahadła , spadania ciał
- bezwzględne (absolutne) - określają absolutną wartość g na dowolnym pkt kuli ziemskiej;
- metody względne – określamy wartość siły ciężkości w danym punkcie , wtedy gdy pomiar jest wykonany w punkcie o znanej wartości siły ciężkości (pomiar różnicy siły ciężkości pomiędzy punktami);
- statyczne – element mierzący pozostaje w spoczynk w czasie pomiaru, a wielkością mierzoną jest przesunięcie lilniowe lub kątowe+/-(np odkształcenie elementu sprężystego obciążony znaną masą ) 5. Wymienić rodzaje poprawek (redukcji) stosowanych przy pomiarach siły ciężkości
- zmiany przyspieszenia ziemskiego spowodowane szerokością geograficzną
- zmiany przyspieszenia ziemskiego spowodowane wysokością.
Redukcja wolnopowietrzna Faye'a – uwzględniająca wzniesienie terenu
- zmiany przyspieszenia ziemskiego spowodowane wysokością.
Poprawka uwzględniająca warstwę pośrednią. Poprawka Bouguer'a.
- zmiany przyspieszenia ziemskiego spowodowane topografią terenu.
Poprawka topograficzna
- Okresowe ruchy skorupy ziemskiej spowodowane przyciąganie Słońca i Księżyca, siły Luni – Solarne.
- różnice gęstości powierzchniowej
6. Dryft grawimetru (definicja) + sposób wyznaczania
Dryft grawimetru – zjawisko zmian w czasie wartości wskazań grawimetru (siły), które obserwuje się w tym samym punkcie pomiarowym.
D=(g obs(5)-g obs(1))/(T(5)-T(1))
Powtarzanie obserwacji w określonym punkcie lub punktach pomiarowych w interwale czasu w którym dryft jest względnie liniowy
1. METODYKA POMIARÓW SIŁY CIĘŻKOŚCI W GRAWIMETRII POSZUKIWAWCZEJ
1. Zasada pomiaru grawimetrem polowym. Wykonuje się pomiar względny na powierzchni terenu z dokładnością rzędu rzynajmniej 0,01 mGal=10 μGal. Pomiar ten polega na wyznaczaniu różnicy siły ciężkości Δg między dwoma punktami pomiarowymi, których położenie geograficzne i
wysokość npm. wyznacza się z dokładnością do kilku mm. Wartość absolutną natężenia siły ciężkości g w danym punkcie pomiarowym otrzymujemy poprzez nawiązanie pomierzonej różnicy Δg do wartości bezwzględnej w punkcie podstawowym. W ten sposób wyznaczamy wartości bezwzględne siły ciężkości g dla poszczególnych punktów pomiarowych. Grawimetr polowy może być również używany do pomiarów siły ciężkości pod ziemią. Specjalnie skonstruowane grawimetry służą do pomiarów otworowych. W mikrograwimetrii wymagana dokładność grawimetrów wynosi 5 μ Gal.
2. Metodyka pomiarów grawimetrycznych: sieć pomiarów podstawowa i wypełniająca. Pomiary względne w punktach sieci podstawowej wykonywane są metodą łańcuchową. Poniżej opisano metodę łańcuchową na przykładzie ciągu sześciu punktów bazowych, leżących daleko od siebie i oznaczonych jako A, B, C, D, E, F. Pomiary wykonane grawimetrem dają szereg szesnastu odczytów; ABA BCB CDC DED EFE F, w punktach zewnętrznych A, F odczyt jest dwukrotny, w punktach wewnętrznych B, C, D, E odczyt jest trzykrotny. Celem metody łańcuchowej jest eliminacja dryftu grawimetru podczas pomiarów dokonywanych w okresie jego liniowości.
Dryft grawimetru (chód własny) jest to samoistne przesunięcie punktu zerowego narastające w miarę upływu czasu. Sposób pomiarów w punktach sieci wypełniającej;
A{1,2,3,..., n}B{1,2,3,...,n}C...,
A, B, C – punkty bazowe, 1,2,3,...,n – punkty wypełniające. Każdy ciąg odczytów w punktach wypełniających rozpoczyna się i kończy na punkcie bazowym, przy czym bazowy punkt końcowy może być inny niż punkt początkowy. Dryft w danym punkcie szczegółowym oblicza się podobnie jak w metodzie łańcuchowej za pomocą szybkości dryftu mnożonej przez odpowiedni upływ czasu, jaki nastąpił do chwili odczytu w tym punkcie. Jeśli punkty bazowe początkowy i końcowy są różne, to w celu obliczenia dryftu dla punktów wypełniających należy od różnicy odczytów siły ciężkości w punktach bazowych odliczyć względną wartość siły ciężkości między tymi punktami.
7. Zastosowanie metod grawimetrycznych:
~~ geologia i geofizyka poszukiwawcza
- moga służyć do badania pola siły ciężkości i jego związku z figura i wewnątrzną budową ziemi
- mogą służyć do śledzenia granic gęstościowo – litologicznych , elememntów tektoniki utworów osadowych,
- wykrywania złóż surowców skalnych, rud metali, surowców chemicznych, surowców energetycznych stałych,
- rozpoznawanie struktur akumulacji weglowodorów,
- badanie podłoża krystalicznego w kompleksie z metoda magnetyczną.
~~ geologia inżynierska
- wykrywanie płytkiej eksploatacji górniczej (pustek),
- lokalizacja poluźnień podłoża,
- do badania stanu technicznego zapór wodnych i wałów przeciwpowodziowych.
8. Zastosowanie metody mikrograwimetrycznej w górnictwie
Ze względu na efektywność oraz niewątpliwe zalety, mikrograwimetria górnicza jest stosowana do:
- szczegółowych badań tektoniki górotworu i złoż kopali użytecznych,
- określania gęstości ośrodka skalnego, szczególnie do rozpoznawania niecki osiadania nad przestrzenią eksploatacyjną,
- poszukiwanie srtef erozji i wymycia,
- lokalizacji naturalnych i poeksploatacyjnych kawern,
- badania stanu górotworu zaburzurzonego eksploatacją górniczą szczególnie pod kątem występowania wstrząsów górniczych,
- wykrywanie złóż kopalin użytecznych występujących na niewielkich głebokościach,
- wykorzystywanie do wykrywania starych wyrobisk górniczch i oceny stopia ich likwidacji; (wyrobisko jest związane z pustka – ujemne anomalie),
- przewidywanie niebezpiecznych procesów niszczenia górotworu, (gdyż towarzyszą im zmiany objętości, które poprzedzaja jego zniszczenie, czemu towarzyszą zmiany gęstości), Wykorzystywanie metody grawimerycznej do przewidywania niebezpieczych przejawów ciśnienia w górotworze.
9. Elementy składowe ziemskiego pola magnetycznego
T – natężenie pola magnetycznego
x – składowa północna natężenia
y – składowa wschodnia
z – składowa pionowa natężenia
Hp – składowa pozioma leżąca w płaszczyźnie południka magnetycznego
I – inklinacja, kąt zawarty pomiędzy płaszczyną pozioma a kierunkiem wektora T
D – kąt zawarty między Hp i x – deklinacja
10. Anomalia magnetyczna – lokalne różnice między ziemskim polem magnetycznym w danym miejscu a jego wartością teoretyczną, wyliczonymi na podstawie położenia biegunów magnetycznych na Ziemi. H=Hn+Ha
Ze względu na wielkość obszarów dzieli się je na kontynentalne, regionalne i lokalne.
11. Geologiczne przyczyny występowania anomalii magnetycznych
- obecność minerałów ferromagnetycznych w seriach rudnośnych,
- obecność masywów skał magmowych zaw min ferromagnetyczne
- obecność w obrębie kompleksu osadowego złóż rud magnetycznych
- spękanie i wzajemnie poprzesuwane części podłoża krystalicznego zbudowanego ze skał
metamorficznych
12. Zastosowanie metod magnetycznych
a) w geologii:
- badanie podłoża krystalicznego przykrytego kompleksem skał osadowych lub stanowiących dno dużych zbiorników wodnych,
- poszukiwanie i badanie struktur złóż rud (żelaza)
- wykrywanie i badanie żył, dajek, masywów skał wylewnych, podatnych magnetycznie wystepujących wśród utworów osadowych,
b) geologii inżynierskiej:
- zaleganie (?) stropu płytko występujących skał magmowych i metamorficznych;
c) archeologii:
- lokalizacja starożytnych (hłe, hłe) pieców hutniczych i innych obiektów;
d) ochrona środowiska:
- wykrywanie zakrytych wyrobisk,
- lokalizowanie starej infrastruktury wodno-ściekowej,
- poszukiwanie podziemnych obiektów np: metalowych zbiorników;
13. Jak można podzielić minerały i skały ze względu na charakter ich oddziaływania z polem magnetycznym (podatność magnetyczna χ )?
- diamagnetyki χ < 0
- pramagnetyki χ > 0
- ferromagnetyki χ >> 0 (występowanie domen (miejsc uporządkowanych), zjawisko histerezy magnetycznej)
14. Od czego zależy głębokościowy zasięg badań geoelektrycznych?
Zasięg głebokościowy badań geoelektrycznych zależy od:
- mocy źródła wywołującego pole
- geometrii układu punktowego lub
- częstotliwości prądu użytego do badań
15. Zastosowanie metod geoelektrycznych
- wykrywania podziemnych pustek,
- wykrywanie niemetalowych przewodów,
- badanie obiektów archeologicznych,
- wykrywanie niejednorodności podłoża,
- badanie skażeń gruntów,
- przedinwestycyjne badanie podłoża.
- geologiczna kartografia powierzchniowa lub wgłębna,
- poszukiwanie i rozpoznawanie złóż wód pitnych i mineralnych,
- złóż rud metali, surowców budowlanych i chemicznych,
- rozwiązywanie różnorodnych zadań hydrogeologii, geologii inżynierskiej i górnictwa.
16. Metoda elektrooporowa – sondowanie, profilowanie – zastosowanie
Metoda elektrooporowa (stosowana np w górnictwie)
Wykorzytuje stałe sztuczne pole elektryczne wytworzone za pomocą źródeł punktowych lub dipolowych. Uziemiane za pomocą uziemień... badawczych?
Zastosowanie:
- wyznaczanie oporu właściwego kompleksów skalnych,
- poszukiwanie surowców skalnych, wód podziemnych,
- badania podłoża skalnego będącego przedmiotem zainteresowania budownictwa lądowego i morskiego.
Sondowania elektryczne
Zmiana rozstawu elektrod zasilających AB, lub zmiana odległości między dipolem zasilającym lub pomiarowym. ->
Zmiana głębokości penetracji ->
Wyodrębnienie warstw skalnych różniące się oporem elektrycznym.
* Im większa odległość, tym większa odległość badania;
Wykonuje się wzdłłóż profili, stałej siatki, efektem są krzywe sondowań;
Interpretacja jakościowa ->
Wyjanienie na podstawie przebiegu krzywych typu badanego przekroju geoelektryczego i położenia poziomów geoeletryczch (dużo miąszość, duży opór), ->
Mapy i przekroje izoomów ->
Określenie miąższości, oporu właściwego niektórych warstw, kierunków ich rozciągłości i kąta upadu.
Zastosowanie sondowań elektrycznych:
- rozpoznawanie budowy geologicznej, do pierwszej warstwy o większej miąższości i oporze (np skały solonośne, waapienie, podłoże krystaliczne)
- poszukiwanie i badanie struktur perspektywicznych występowania ropy lub gazu,
- węgla kamiennego,
- złóż rud i kruszców,
- poszukiwanie wód podziemnych,
- badanie zapór i wałów przeciwpowodziowych,
- badanie skarp i osówisk,
- wykrywanie i monitorowanie skażeń,
Profilowanie elektryczne
Badanie przekroju geoelekrycznego w kierunku poziomym
Odległość elektrod pozostaje stała, zmienia się ich położenie, głębokość badań jest stała.
Iterpretacja jakoścowa ->
Wydzielenie skał o różnym oporze elektrycznym, wkładki lokalne innych skał.
Interpretacja ilościowa (wykonuje się sporadycznie) ->
Ocena rozmiarów i glębokości występowania rozpoznanych obiektów geologicznych.
Zatosowanie:
- poszukiwanie i badanie struktur geologicznych tyu synklina, antylina, uskok, nasuniecie,
- śledzenie kontaktu różnych litologicznych skał leżacych pod utworami trzecio- i czwartorzędowymi, kilkaset metrów,
- poszukiwanie i okonturowanie złóż kopalin użytecznych (kwarc, baryt, rudy , węgiel, grafit, zbiorniki wodne) gł ok. 100m.
17. Sposoby wzbudzania pól elektrycznych
a) wzbudzanie galwaniczne,
b) wzbudzanie indukcyjne,
c) sposób mieszany.
18. Tomografia elektrooporowa – na czym polega, zastosowania
Metoda polega na wykonaniu wielopoziomowego profilowania opornościowego badanego ośrodka.
Zastosowanie:
- metoda badań gruntu na niewielkiej głęgokości, do 30m, głebokości rekomendowana do zagadnień geologii inżynierskiej , hydrogeologii, i ochrony środowiska,
- geologiczne rozpoznanie podłoża budowlanego,
- wykrywanie i monitowanie skażeń gruntu i wód podziemnych,
- badanie skarp i osówisk,
- badanie wałów przeciwpowodziowych i zapór.
19. Zastosowanie metod geoelektrycznych w górnictwie
Jedną z aktywnych metod zapobiegania tąpaniom jest wytworzenie wokół wyrobiska strefy odprężonej, spękanej. Im szersza jest ta strefa tym większa część energii wyzwolonej przy wstrząsie ulega rozproszeniu i uszkodzenia wyrobiska sa mniejsze.
Zastosowano do tego celu metodę elektrooporwą wyznaczając zasięg strefy spękań.
Rozwiązanie problemu który polega na określeniu miejsca i czasu wystąpienia pierwszego pełnego zawału skał stropu, po rozpoczęciu eksploatacji, po zawale można zaprzestać stosowania kosztownych środków profilaktycznych.
Wzrost oporu elektrycznego – wzrost porowatości – faza I dylatancja, faza II spadek związany z przenikaniem wody złożowej do powstałych pęknięć – przewidywanie niszczenia skał, zawałów –
zapobiaganie wypadkom ludzi, zniszczenia mienia.
20. Definicje: prawo rozpadu promieniotwórczego, czas połowicznego rozpadu, aktywność próbki
Prawo rozpadu promieniotwórczego, prawo określające zmianę w czasie ilości jąder substancji promieniotwórczej na skutek rozpadu promieniotwórczego.
Czas połowicznego rozpadu, okres połowicznego rozpadu (zaniku) – czas, w ciągu którego liczba nietrwałych obiektów lub stanów zmniejsza się o połowę.
Aktywność promieniotwórcza – wielkość fizyczna równa szybkości rozpadu promieniotwórczego jąder atomowych danej próbki.
21. Metody geofizyki jądrowej – podział
Metody pasywne (naturalne) – wykorzystują naturalne, istniejące w skałach źródła promieniowania.
~~metoda profilowania promieniotwórczości naturalnej – polega na pomiarze natężenia promieniowania γ lub α – określa się koncentrację pierwistków radioaktywnych w skale.
Metody aktywne – polegają na wprowadzeniu do ośrodka skalnego zamkniętego źródła promieniowania γ lub neutronów i pomiarze produktów reakcji tego promieniowania w ośrodku skalnym .
Metody wykorzytujące źródła promieniowania γ:
- metody γ - γ – wyznaczanie gęstości skał
- metody γ - γ – skłąd chemiczny skał
- metoda fotoelektronowa
- metoda aktywacji kwantami γ
- metoda fluorescencji roentgenowskiej
Metody neutronowe:
- profilowanie n - γ ,
- profilowanie termiczne n – n,
- profilowanie epitermiczne n – n,
- profilowanie γ – czasu życia n.
- metody profilowania aktywacyjne na neutronach termicznych,
- metody profilowania aktywacyjne na neutronach prędkich,
- metody spektrometryczne n – γ.
Metody otwartego źródła – polegają na pomiarze prędkości i kierunku przemieszczania się wód, w których zostały rozproszone związki izotopów promieniotwórczych.
22. Zastosowanie metod radiometrycznych
Na podstawie pomiarów powierzchni (?) można określić:
- zawartość materiału radioaktywnego w skale,
- określenie rozmiaru strefy o większym nagromadzeniu pierwiastków radioaktynych.
Mogą to być:
- wychodnie warstw radioaktywnych,
- lokalne wzbogacenia w pierwiastki promieniotwórcze (wymywane przez wodę, przeważnie w strefie ukoków na powierzchni ziemi),
- osadzanie nad złożami uranowymi produktów rozpadu – radonu,
- złoża rud metali ciężkich ...
Wykorzystywanie J i Br, zastosowanie:
- określenie prędkości i kierunku przepływu wód podziemnych,
- badanie mieszania się wód w zbiorniku przez znakowanie strug wodnych różnyim radioizotopami,
- wyznaczenie wieku wód podziemnych,
Inne zastosowania metod radiometrycznych:
- badanie wilgoci i gęstości skał,
- określenie składu chemicznego skał lub ...
- wyznaczanie wieku metoda rozpadu promieniotwórczego:
- powstawania złóż geoloicznych
- wiek wód jak dawno miała inną postać,
- określenie wieku próbek organicznych/ archeologicznych
- w kopalniach badanie narażenia radiacyjnego (pomiar stężenia radonu w
powietrzu/wodzie/osadach, promieniowanie γ),
23. Wymienić zjawiska związane z oddziaływaniem promieniowania γ z materią
- zjawisko fotoelektryczne (Kwant energii dawany jest elektronowi w materii, a ta energia dodatkowa elektronu jest potrzebna do pokonania bariery potencjału w niej i stworzenia energii kinetycznej elektronu w elektronie.),
- zjawisko Comptona (Przedstawmy sobie foton o częstotliwości ω, który zderza się ze spoczywającym elektronem, w wyniku której ten foton zostaje rozproszony pod pewnym kątem względem pierwotnego biegu kierunku fotonu przez zderzeniem pod kątem θ, a elektron też zostaje rozproszony pod kątem φ względem pierwotnego kierunku biegu naszego fotonu.),
- zjawisko tworzenia par elektronów (Kwant może być zamieniony w w parę elektron-pozyton, wtedy, gdy jego energia jest większa niż podwojona energia spoczynkowa energia spoczynkowa e1lektronu.)
24. Definicje: trzęsienie ziemi, ognisko hipocentrum, epicentrum trzęsienia ziemi, odległość epicentralna; Rodzaje fal sejsmicznych, magnituda, zjawiska poprzedzające trzęsienie ziemi Trzęsienie ziemi – naturalny krótkotrwały wstrząs ośrodka skanego pochodzący z głębi ziemi i rozchodzący się w postaci fal sejsmicznych na powierzchni ziemi i w jej wnątrzu.
Ognisko trzęsienia ziemi – miejsce w którym występuje trzęsienie Ziemi
Hipocentrum – punkt położony w głębi Ziemi, w którym skoncentrowana jest cała energia trzęsienia z ogniska hipocentrum
Epicentrum – rzut pionowy hipocentrum na powierzchnię ziemi
Odległość epicentralna – odległość epicentrum od punktu, w którym dokonuje się rejestracji zjawiska
Magnituda – logarytm dziesiętny z max amplitudy fali sejsmicznej mierzonej w um, zapisanej przez standardowy sejsmograf w odległości 100 km od epicentrum wstrząsu.
Magnituda – logarytm z amplitudy przemieszczenia A odpowiedniego typu fali sejsmicznej, anomalia względem amplitudy Ao, dla standardowego wstrząsu.
M=logA(Δ)/Ao(Δ).
Magnituda – pojęcie związane z ilością energii sejsmicznej wypromieniowanej z ogniska trzęsienia ziemi.
Rodzaje fal sejsmicznych:
1) fale podłużne, 2) poprzeczne, 3) powierzchniowe, 4) Rayleya., 5) Fale Loveà.
Zjawiska poprzedzające trzęsienie ziemi:
- zmiana aktywności sejsmicznej,
- zmiana prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych na obszarach aktywnych sejsmicznie (zmieniają się właściwości fizyczne ośrodka),
- anomalne deformacje gruntu
- zmiany ciśnienia i prędkości przepływu i składu chemicznego, wody gruntowej, ropy, gazów, wypływ radonu do atmosfery wzdłuż uskoków i głębokich studni,
- zmiany oporu elektrycznego skał w obszarach epicentralnych, spadek wartości oporu elektrycznego wiele miesięcy przez trzęsieniem.
25. Parametry wpływające na rozwój sytuacji geomechanicznej; przyczyny prowadzące do pojawienia się sejsmiczności indukowanej; metody lokalizacji ognisk wstrząsu Najczęstsze przyczyny sejsmiczności indukowanej:
- działalność górnicza – wydobycie takich surowców jak węgiel, ropa naftowa czy gaz ziemny może powodować tąpnięcia, czyli zapadanie się warstw ziemi ponad strefą wydobycia,
- sztuczne zbiorniki wodne – olbrzymie masy wody wywierają dodatkowy nacisk na podłoże skalne. Woda penetruje głębokie szczeliny, zmniejszając tarcie na uskokach, co może spowodować, ruch skał wzdłuż tych uskoków, czyli wstrząsy sejsmiczne (na ogół o magnitudzie poniżej 5),
- wstrzykiwanie płynów w głębokie otwory wiertnicze,
- wydobycie i wstrzykiwanie wody na polach geotermicznych,
- wybuchy broni jądrowej.
Metody lokalizacji ognisk wstrząsu
Ia) czasy pierwszego wejścia fali P (metoda P),
Ib) różnice czasów wstąpienia fal P i S (metoda S-P),
Ic) amplitudy pierwszego wstąpienia fali P (metoda azymutalna, zwana też metodąkierunkową), Id) największe amplitudy fali P, S lub L, które wykorzystywane są do oceny odległości danego stanowiska sejsmometrów od ogniska na podstawie znanych lub wyznaczanychw procesie lokalizacji parametrów tłumienia fali z odległością (metoda raczej nie stosowanaw Polsce, dlatego nie mająca sprecyzowanej nazwy; być może nazwa „metoda tłumieniowa"dobrze oddawałaby jej istotę),
Ie) łącznie dwa lub kilka parametrów wyżej wymienionych (metoda mieszana),
If) podobieństwo zapisów wstrząsów (metoda praktyczna lokalizacji przybliżonej z do-kładnością do pewnego rejonu, niealgorytmiczna); metoda ta może być również „mieszana"z wszystkimi powyższymi