P_m= f(W_fiz(x,y,z), P_p(x_p.y_p,z_p), G)

W parametrze, który mierzymy niewiadomą będzie W_fiz. P_p i G są znane. Czyli musimy sobie to pomierzyć. Wynik jednak nie jest jednoznaczny. Jest wiele ekwiwalentnych rozwiązań. Kolejne problemy interpretacyjne rodzi określenie budowy geologicznej na podstawie własności fizycznych.

To co napisałem na górze to jest model, a obliczenie wartości modelu to modelowanie. Modelowanie się wykonuje choćby po to żeby sprawdzić jakie są możliwości danej metody. Sprawdzić czy warstwa dana nam wyjdzie czy nie wyjdzie. Tym łatwiej warstwę wykryć im będzie grubsza. Jeżeli spojrzymy na rozkład własności fizycznych tak, że to jest 1D, to podajemy miąższości i oporności poszczególnych warstw. Mając prrogram można sobie policzyć czy dana warstwa ma wpływ na model. To będzie zależało np. od miąższości.

Po drugie to jest dla nas materiał porównawczy. Dopracowujemy sobie model tak by był przystający do wyników badań polowych.

Metoda geoelektryczna jest najczęściej stosowaną metodą na świecie. Służy do rozpoznania płytkiej budowy geologicznej do 200, 300 a najczęściej kilkudziesięciu metrów. To ma znaczenie przy złożach odkrywkowych, w geologii inżynierskiej i ochronie środowiska. Ta metoda bazuje na własności oporności elektrycznej. czy przewodności elektrycznej, która jest odwrotnością oporności. Przewodność to zdolność do występowania w skale prądu przewodzenia. Dalej ten parametr, który mierzymy nazywa się opornością pozorną lub przewodnością pozorną. Jest to wypadkowa z pola widzenia aparatury pomiarowej. Jeżeli mówimy o skażeniach, to lepiej operować przewodnością, bo przewodność jest wprost proporcjonalną do mineralizacji. Metoda elektrooporowa jest metodą pola sztucznego. To jest metoda prądu stałego.

Co to jest oporność pozorna. Załóżmy, że w pewnym obszarze mamy na tyle miąższy jednorodny ośrodek w stosunku do głębokości penetracji, że widzimy tylko jedną warstwę. Zakładamy, że oporność powietrza jest nieskończenie duża. Zakładamy, że Ziemia jest płaska. W polu naszego widzenia jest jednorodny ośrodek, półprzestrzeń. Musimy wzbudzić pole. To jest prosty sposób wzbudzania, nazywa się galwaniczny. W glebę wbijamy dwie elektrody A i B. Mówimy o nich elektrody prądowe. To są szpiki, metalowe pręty wbite w glebę na kilkanaście centymetrów, grubość około centymetra. Szpilki są rozwijane z kabla, linka stalowo miedziana, żeby była giętka i się nie kruszyła. Kiedyś źródłem były baterie po 120 V. łączyło się je w szereg by dać kilkaset volt. Dziś będzie generator, skrzynka zasilana z akumulatora, i 12 V zamienia przetwornica, jest pokrętło i możemy zadawać napięcia najczęściej do 600V ale przy trochę głębszych kilka tysięcy Volt. Jest w to włączony amperomierz. Jest natężeni prądu elektrycznego, w odróżnieniu od natężenia pola oznaczanego literką E. Od nazwiska pana Galvaniego to wzbudzanie prądu wygląda tak, że do dwóch tych wbitych szpilek przykładamy napięcie. Np. na wyjściu 500 V. Czyli jest różnica potencjałów 500 V między AB to jeżeli są w tym swobodne ładunki to popłynie prąd. Mierzymy jego natężenie. Prąd popłynie najkrótszą drogą. Największa gęstość będzie po linii AB zatem.

Potem wprowadza się jeszcze dwie elektrody M i N. I razem te cztery elektrody tworza układ pomiarowy. Skrajne podłączone są do źródła prądu i ich zadaniem jest wywołanie prądu w Ziemi. Ten prąd by sobie płynął tam gdzie ma najmniejszy opór. Czyli popłynął by tak, że by przeszedł przez ośrodek o najmniejszej oporności. Jeżeli na powierzchni będą iły to on się nie zagłębi. Jeżeli na powierzchni są piaski to on pójdzie w dół przez iły.

Elektrody potencjałowe do metalowe pręty wbite w ziemie. Najczęściej żelazne. Do nich jest podłączony woltomierz. On zmierzy napięcie czyli różnicę potencjałów. Czyli potencjał w punkcie M i N. On to poda w Voltach. Jednostką będą miliwolty. Czyli te cztery elektrody dwie prądowe i dwie potencjałowe leżą na jednej linii prostej. AMNB. Jest symetria. Punktem symetrii jest woltomierz. Jest on środkiem symetrii MN i AB. Układem pomiarowym są cztery elektrody. To są nadajniki i odbiorniki pola. Czyli to jest układ czteroelektrodowy symetryczny. Cechą tego jest to, że elektrody są na jednej linii prostej i ten środek symetrii uznajemy za punkt pomiarowy (Pp). Te wszystkie wartości przypisujemy do tego miejsca w terenie.

Istnieją też układy niesymetryczne, ale są mało praktyczne. Jeżeli byśmy chcieli jednoznacznie zadać, położenie punktu pomiarowego (Pp (x, y, z). One leżą na jednaj linii prostej. Następny element to azymut linii, na której zostaną rozmieszczone. Musi być podany rozstaw układu AB. Mówiliśmy tu o pewnym mitycznym czynniku G. Im większy rozstaw tym większy jest zasięg penetracji. Czwarta rzecz to wielkość MN-u.

Układem pomiarowym możemy zmierzyć napięcie, natężenie i K czyli współczynnik geometryczny układu pomiarowego. Jest bardzo prosty wzór: Współczynnik proporcjonalności ma wymiar metra. Czyli om razy metr daje omometr.

Możemy wbijać w grunt, albo wbijać w ścianę skalną. Można wykonywać pomiary parametryczne. Bierze się układ i wbija w ścianę. On widzi tylko jedną warstwę nie działa to co pod i co nad. Generator zasilany jest z akumulatora. Pokrętło do dodawania gazu. Czyli to odpowiada za AB. A odbiornik to jest V i on jest podłączony do MN. Współcześnie ta aparatura jest skomplikowana, bo musi zapamiętać pomiary. Ma klawiaturę, coś w rodzaju system komputerowego i monitor, na którym widać wyniki pomiarów. Jeżeli będzie ich więcej, to będzie się wyświetlać krzywa.

Teraz mamy ośrodek niejednorodny. Wtedy to byłą oporność rzeczywista. Teraz mamy oporność pozorną, bo jest ośrodek niejednorodny. Bo wstawiamy tu oporności policzone w trakcie modelowania. Przewodność jest odwrotnością oporności. Ma to taki sens że to jest pewna wypadkowa narzucona przez istniejący rozkład oporności. to się oznacza ρ_a. I zwykle jest wprost proporcjonalne do V, chyba że ośrodek się polaryzuje i emituje pole po ustaniu prądu, np. przy rudach rozproszonych. Jest taka metoda polaryzacji wzbudzonej. Jest badanie tego przy różnych natężeniach prądu. Wytwarza się dodatkowe pole, które jest aktywne po wyłączeniu prądu – to jest dobre przy poszukiwaniu rod.

Układów pomiarowych jest dużo. Teraz powiemy sobie zatem o ich typach:

• Pierwszy typ to MN=1/3AB. To się nazywa Wennera. Przekształca nam się wzór

• Drugi gdzie MN należy do (1/3;1/6) wartości AB to układ Schlumberger’a. Teraz działa firma o tej nazwie o globalnym zasięgu.

• Gdy MN dąży do nieskończoności, jest mniejszy od 1/20 rozkładu to taki układ nazywa się gradientowym. Zmiana napięcia na bardzo małym odcinku to natężenie pola.(3). To się nazywa układ gradientowy.

Mamy też układ trójelektrodowy. Otrzymamy go wtedy, gdy jedno z zasilających uziemień oddalimy od uziemiń pomiarowych na taką odległość, że wywołana nim różnica potencjałów będzie znikoma w stosunku do różnicy potencjałów wywołanej bliższym uziemieniem zasilającym. Aby warunek ten był spełniony, AB musi być większe od 10 AN. W praktyce operację powyższą określa się terminem oddalenie elektrody w nieskończoność. Najlepiej jeśli się stosuje trójelektrodowy dwustronny (4). Umieszcza się dodatkową elektrodę w nieskończoności.

Są różne typy pomiarów: sondowania, profilowania i tomografia. Sondowanie to po angielsku sounding. Parametr mierzalny to u nas ρ_a. Nie wiemy jak wygląda W_fiz. Znamy P_p i G. G można zapisać jako AB/2. Na jakie sposoby mógłbym robić pomiary. Zakładamy że P_p jest constans, a AB/2 jest zmienna. Zmieniamy zasięg penetracji zatem. Takie postępowanie nazywa się sondowaniem. Kabel ma na sobie miarę, metki, z taśmy porobione znaczki. To jest badanie ρ_a w funkcji rozstawu. Punkt sondowania to tam gdzie w terenie jest środek układu pomiarowego. Mierzymy wartość ρ_a w funkcji AB/2 (5). To nosi nazwę krzywej sondowania. Skalę są z obu stron logarytmiczne czyli bilogarytmiczna. Ładniej wygląda. Łatwiej prześledzić ich zmienność wtedy. Moduł skali powinien być na osiach taki sam. Dekady na obu osiach powinny być tej samej długości. Od czasu do czasu zmienia się MN na większy co by nie stracić sygnału. Na zszyciu robi się zakładkę. Zszywanie jest podwójne. Mały rozstaw widzi tylko jedną warstwę. Lewą asymptotą krzywej jest oporność najwyższej warstwy. Duży rozstaw widzi więcej warstw. Prawą asymptotą krzywej będzie wartość ρ₂. Jeżeli warstwa ostatnia byłaby nieskończona, to nachylenie tej gałęzi prawej nie ma prawa być większe niż 45 stopni.

Czyli mogą być wapienie, nad nimi iły, a w górze piaski. To może być na egzaminie. To się nazywa pionowa krzywa sondowanie elektrooporowego. W Polsce mówi się PSE lub SE, zagranicą VES. Sformułowanie jest niefortunne, bo sugeruje że sondujemy tylko w głąb, co jest nieprawdą, bo w boki też sondujemy. Krzywa teoretyczna może być wyliczona na podstawie wprowadzenia liczby warstw oraz ich miąższości i oporności. Nie musimy tu podawać współrzędnych w modelu, bo model zakłada, że warstwy rozciągają się do nieskończoności. Można natomiast założyć AB/2. Rozstaw też się robi logarytmicznie. Metki są zatem w pewnych odstępach (6). Czyli wypada nam 6 punktów na dekadę. Jak program się nie pyta to bierze standard czyli a=6. Krzywą teoretyczną liczymy i porównujemy do polowej.

Typ drugi to profilowanie. to jest odwrotność sondowania. Tutaj AB = constans, ale Pp = var. Tutaj ρ jest zależne od x. Wynikiem będą opór do odległości. Skala pozioma będzie normalna, a pionowa zależy jaki jest rozrzut wyników. Jak jest duży to logarytmiczna. Możemy badać strop dolomitu np. Możemy robić przy różnych rozstawach i sprawdzać co lepiej wychodzi. Gęstość profilowania zależy od rozdzielczości jaką chcemy uzyskać. Profilowanie wielopoziomowe polega na przejściu kilkoma rozstawami.

Jeżeli wykonamy profilowanie wielopoziomowe np. na 13 poziomach, to mamy wykresy profilowania i krzywą sondowania. Ten wariant nazywa się tomografią. To jest hybryda. Wtedy otrzymujemy obraz 2D.

Można położyć kabel stużyłowy i uruchamiamy poszczególne komutatorem. Adresuje on, co gdzie podłączyć. Tym steruje komputer. Przyjęto pewną skalę barw. Np. fioletowe niskie, czerwone wysokie.

Pod Nowym Sączem zbadano gliny po wyrobisku. (9). Wody migrują prze dziury w dnie wyrobiska. 100 m od wyrobiska jest już pierwsza chałupa. Elektrody pokazywały co 1 m. Dwa metry na zewnątrz od ogrodzenia poprowadzono przekroje. Wody skażone mają ułamki omometra. Utwory fioletowe są skażone. Nasycone wodą o wysokiej mineralizacji. Widać skąd przeciekają skażenia!. Potem trzeba sprawdzić zasięg, ale zleceniodawcy nie chcieli.

Bardzo często łączy się sondowanie elektrooporowe z profilowaniem indukcyjnym. Robienie tomografii na wydmach jest np. uciążliwe. Mogą być też trójwymiarowe z całymi szpalerami poustawiane.

Wyobraźmy sobie, że wychodzi taka stroma zmiana. Czyli jest uskok. Do tego zatem patrzymy profil równoległy. Patrzymy czy się potwierdza. Jeżeli zaczyna skręcać to skręcamy też profile.

Jeszcze raz pokazana idea sondowania. piaski, iły, wapienie. 1 został opuszczony. Pierwszy rozstaw 1,47. Wyszło 113 Dalej 2,15 mamy 101 itd. (por. prezentacja nr 5).

Przyjmuje się że głębokość osiągania to jedna dziesiąta do jednej dwudziestej rozstawu. Mamy zapasowe metki jeszcze w połowie, żeby lepiej zrozumieć ewentualne anomalie.

Istota profilowani – są struktury, które mają tendencję do wyłażenia w pionie (por. prezentacja nr 6)

Nadkład sprawia że anomalia jest mniej wyraźna

Wracamy do sondowania. 1D jest tu bardzo użyteczny. Istnieje klasyfikacja typów przekroju. Jej podstawą są relacje między opornościami. Może być przypadek że ρ₁ jest większe niż ρ₂ lub na odwrót. Jeżeli ρ₁ jest większe to krzywa opadająca, np. piaski na powierzchni i iły pod spodem. Wtedy lewa asymptota ρ_a dąży do ρ₁. Zasięg głębokościowy zależy nie tylko od rozstawu, ale też od rozkładu oporności. Połowa rozstawu zaczyna nam współgrać z h₁ to druga warstwa nam zaczyna wpływać. Zmiany nie mogą być gwałtowne skokowe. Te krzywe są gładkie. Jeżeli h₂ jest cieńsze to minimum będzie płytsze i bardziej ostre.

Jeżeli stosunek oporności się nie zmienia to kształt krzywych jest taki sam. One są tylko przesunięte w górę lub w dół. Jest sens przyjęcia za miarę oporności, oporności pierwszej warstwy, a za miarę długości h₁. Każdą kolejną podajemy wartości względne.

Przy większej oporności prąd jest wsysany mocno, czyli jest ciężko zbadać głęboko.

Skrajny przypadek kiedy jest izolator w podłożu to asymptota nie jest pozioma tylko pod kątem 63 stopni.

Przy większej liczbie warstw mamy kolejno 4 przypadki dla trzech warstw, 8 dla czterech i 16 dla pięciu itd.

• Dla 4 mamy pierwszy przypadek 1>2>3 to Q.

• Drugi przypadek że ro rośnie z głębokością A

• Trzeci że oporność drugiej jest najmniejsza H

• Potem że pośrednie jest największe K (ryc. 10)

Tymi literami nazywamy zarówno przekroje jak i krzywe. To też będzie do egzaminu.

Potem przypadki czterowarstwowe będą dwuliterowe, pięciowarstwowe będą trzyliterowe. Czyli czterowarstwowe mamy QH, QQ, AA, AK, HK, HA, KH, KQ. Dla przykładu sześciowarstwowe (11a)

Można sobie kreślić mapki z typami krzywych (ryc. 11b) i do tego wykonać przekrój interpretacyjny (12).

Teraz mamy po trzynaście sondowań . Wszystkie dają typ K. To są dachówkowato ułożone otoczaki. nad tym piasek zamulony. a pod tym przewaga łupków. Czyli mamy takie zestawy krzywych sondowań. Możemy sobie zrobić mapkę oporności pozornych do danej głębokości. Możemy zrobić także przekroje możemy to sobie nazwać obrazowaniem czy pseudotomografią. Przy tomografii przekrój układa się z kostek.

Profilowania też można rysować w zestawach. Flisz ciężkowicki ma duże przeławicenia piaskowców. Można zrobić zestaw korelacyjny profili. Na szkicu geodezyjnym są ślady profili i na nie nanoszone są te wykresy (13). Można też robić mapy. Mapa mogłaby przedstawiać wstępny obraz dla wysokości stropu dolomitu.