1. Wyjaśnij na czym polega profilowanie elektrooporowe i w jakich (przewidywanych)sytuacjach geologicznych się je stosuje?

• Metoda ta polega na wykorzystaniu zjawiska zmiennej oporności skał w zewnętrznym polu stałego prądu.Podczas pomiarów jest zachowany stały rozstaw AB(geometria układu pomiarowego), a więc i głębokość badania. Zmienia się położenie punktu pomiarowego, wzdłuż założonej linii pomiarowej metodą krok po kroku. Odkładając na osi x punkty pomiarów a na osi y wartości ρ_a otrzymujemy krzywą profilowania elektrooporowego, która charakteryzuje zmiany budowy geologicznej wzdłuż profilu. Łącząc ze sobą kilka profili pomiarowych możemy wykreślić mapę izoomów tzn. równych oporności pozornych. Pozwala ona na okonturowanie obszaru o oporności różnej od skał otaczających i wyznaczanie struktur o rozciągłości pionowej. W wyniku analizy krzywych profilowań stwierdzić można, gdzie znajdują się granice, pomiędzy kolejnymi wydzieleniami.

1. Wyjaśnij na czym polega sondowanie elektrooporowe i w jakich (przewidywanych) sytuacjach geologicznych się je stosuje?

• Metoda ta polega na wykorzystaniuróżnicy oporności właściwych poszczególnych warstw w modelu płasko-równoległym. Punkt pomiarowy nie zmienia swojego położenia. Zwiększanie zasięgu głębokościowego odbywa się poprzez zwiększanie rozstawu elektrod. W ten sposób zasięg linii prądowych rośnie, penetrując głębiej ośrodek. Wykonuje się zwykle więcej pomiarów zwiększając rozstaw w sposób logarytmiczny . Z uzyskanych pomiarów oblicza się oporność pozorną nanosząc ją w układzie bilogarytmicznym w zależności od połowy długości(AB/2).

1. Zdefiniuj pojęcie oporność właściwa; jakie jednostki są stosowane, od czego zależy wartość oporności właściwej?

• Oporność właściwa ρ to cecha materiału charakteryzująca jego podatność do przewodzenia prądu elektrycznego. Jednostką oporności właściwej jest Ώm. Jej odwrotnością jest przewodność elektryczna σ.Wyznacza się ją w laboratorium i zależy od: składu mineralnego, struktury skały, porowatości, typu i ilości medium wypełniającego przestrzeń porową, mineralizacji medium, temperatury. Wzór:

$$\mathbf{\rho =}\frac{\mathbf{V}}{\mathbf{I}}\mathbf{\times}\frac{\mathbf{S}}{\mathbf{l}}$$

gdzie:

ΔV - różnica potencjałów, czyli napięcie między końcami przewodnika [V]

I – natężenie prądu w przewodniku [A]

l - długość przewodnika [m]

S - pole przekroju przewodnika [m2]

1. Zdefiniuj pojęcie oporność pozorna; jakie jednostki są stosowane, od czego zależy wartość oporności pozornej?

• Oporność pozorna ρ_a - oporność zmierzona, lub wyliczona teoretycznie dla danego układu pomiarowego dla ośrodków niejednorodnych. Dla ośrodka jednorodnego wielkość ta nie zależy od wielkości rozstawu i jest równa oporności właściwej ośrodka. Jej wartość zależy od:

-wartości oporności właściwej elementów ośrodka geologicznego, zastosowanego układu pomiarowego, a dokładniej od rozstawu AB/2 oraz własności elektrycznych skał.

Dla profilowań i sondowań oporność pozorną wylicza się wg wzoru:

$$\mathbf{\rho}_{\mathbf{a}}\mathbf{= K*}\frac{\mathbf{V}}{\mathbf{I}}$$

gdzie:

K - jest współczynnikiem geometrycznym układu [m.]

∆V - różnica potencjałów zmierzona pomiędzy punktami M. i N [V]

I - prąd płynący w obwodzie pomiędzy elektrodami A i B [A]

K=2πAM

Dotyczy całego kompleksu warstw skalnych. ‘’Oporność pozorna warstwy’’

1. Którą z metod wymienionych niżej i dlaczego można najprecyzyjniej określić pionowy profil geoelektryczno-geologiczny luźnych utworów przypowierzchniowych i dlaczego: resitivityimaging (ERT), sondowaniem elektrooporowym, metodą indukcji (EM), penetracyjnym profilowaniem oporności czy powierzchniowym profilowaniem elektrooporowym układem Schlumberger’a?

• Penetracyjne Profilowanie Oporności (PPO) ze względu, że dają ono niezwykle precyzyjne informacje w stosunku do innych metod geofizycznych. Można dzięki niemu wykonać dokładne profile głębokościowe (geoelektryczne). PPO wykonuje się przy użyciu specjalnych sond geoelektrycznych wciskanych lub wbijanych w luźne utwory skalne (wada tej metody – inwazyjność). Ich zaletą jest duża rozdzielczość pionowa- 2cm niezależnie od głębokości, dzięki czemu można stwierdzić obecność zanieczyszczeń i precyzyjnie określić zasięg pionowy. Dodatkową zaleta jest szybkość wykonywania pomiarów. Metoda ta jest niewrażliwa na zakłócenia od elementów infrastruktury przemysłowej. Może być z powodzeniem stosowana na terenach składowisk odpadów przemysłowych czy zakładów chemicznych. Możemy przeprowadzić obiektywną, ilościową ocenę środowiska geologicznego w sposób oszczędny, efektywny, w krótkim czasie i z dokładnością nieosiągalną dla innych metod geofizycznych. Efektem końcowym jest wykres, który przedstawia: na osi x - oporność pozorną, na osi y - głębokość.

1. Wyjaśnij na czym polega niejednoznaczność interpretacji geologicznej(nie mylić z interpretacja geofizyczną) wyników badań geofizycznych, podaj przykład.

• Niejednoznaczność (ekwiwalencja, wieloznaczność)- Polega na tym, że do jednej krzywej można dopasować wiele modeli (możliwe wiele rozwiązań). Dotyczy modelu, w którym wydzielić możemy co najmniej 3 warstwy. Im jest ich więcej, tym zakres ekwiwalencji większy, a im mniejsza miąższość względna warstwy (w stosunku do miąższości nadkładu) tym zjawisko ekwiwalencji działa mocniej. Wieloznaczność można ograniczyć nakładając więzy na interpretację (wykorzystując informacje geologiczne, ekologiczne, inżynierskie, itp.).Wyróżnia się dwa typy ekwiwalencji:

1. ekwiwalencja S (przewodność wzdłużna warstwy środkowej) – dla krzywych typu H i A

2. ekwiwalencja T (opór poprzeczny warstwy środkowej) - dla krzywych typu Q i K

Zjawisko utajniania – ograniczenie/wykorzystanie zjawiska ekwiwalencji/utajniania

-kalibracja sondowań przy otworach geologicznych (określanie miąższości/oporności warstw, geofizyka wiertnicza)

-badania parametryczne na wychodniach warstw

-sposoby wykorzystywania w/w danych podczas interpretacji

1. Na szkicu poniżej przedstawiony jest widok lotu ptaka na wysypisko śmieci. Należy zbadać oddziaływanie wysypiska na środowisko hydrogeologiczne. W którym kierunku mogą płynąć odcieki z wysypiska? Jakie badania geofizyczne, w jakim zakresie i w jakiej kolejności należy wykonać? Zrób odpowiedni rysunek, zaznacz lokalizację badań i podaj kolejność ich wykonywania.

1.Analiza dostępnych danych geologicznych i hydrogeologicznych oraz ustalenie poziomu zwierciadła wód podziemnych z piezometru (P₀)

2. Wykonanie sondowań elektrooporowych – charakterystyka geoelektryczna środowiska (S_1-4)

3. Siatka profili otaczających wysypisko: P_3,4 – profilowania elektrooporowe – ogólne rozpoznanie ośrodka, P_1,2 – profilowania elektromagnetyczne – rozpoznanie skażenia

4. Wyznaczenie miejsc potencjalnych wycieków (jęzory) na podstawie badań z pkt.3 (---)

5. Wykonanie tomografii elektrooporowej (profili tomograficznych przez strefę przypuszczalnego jęzora), na której podstawie można wyznaczyć kształt i zasięg jęzora skażeń. (ERT_1-3)

6. Wykonanie pionowych profili geologicznych przy użyciu penetracyjnych profilowań oporności, w celu wyznaczenia głębokości strefy skażeń. (PPO_1,2)

7. Wskazanie najlepszego miejsca do zainstalowania studni drenażowej

1. Chcesz zlokalizować podziemny obiekt antropogeniczny równoległy do powierzchni terenu, mający charakter 2D (wyjaśnij co oznacza 2D). Jak zorientujesz profilowanie geofizyczne w stosunku do przewidywanej rozciągłości poszukiwania obiektu: równoległe, prostopadłe, pod kątem 45^o, kąt nie ma znaczenia. Czy azymut rozciągłości tego ciała ma znaczenie dla wyników:

a- pomiarów magnetometrem - tak

b- badań georadarowych- nie

c- profilowania elektrooporowego - nie

d- badań grawimetrycznych - nie

e- indukcyjnych - nie

Uzasadnij odpowiedź.

• ciało 2D – ciało, które posiada dwa wymiary znacznej wielkości oraz jeden zbliżony do zera np. Płytki. Przy poszukiwaniu takiego ciała geofizyczny profil badawczy powinien być zorientowany prostopadle w stosunku do przewidywanej rozciągłości poszukiwanego obiektu. Azymut rozciągłości ma znaczenie w przypadku badań magnetometrycznych, ponieważ pole magnetyczne Ziemi działa N-S więc największa anomalia będzie dla ciał położonych poprzecznie wobec niego czyli W-E.

1. Jaka metodą można poszukiwać podziemnych obiektów i konstrukcji (np. pozostałości murów, rurociągów)

a- grubych kabli z miedzi – georadar, metoda magnetyczna

b- tzw. pustek - grawimetria

c- z żeliwa(zbiorniki podziemne) - metoda magnetometryczna

d- beczek z aluminium – metoda elektrooporowa

e- wykonanych z cegły/kamionki – metoda magnetometryczna

f- z tworzyw sztucznych - georadar

Odpowiedz w punktach a – metoda, b – metoda. Co jest warunkiem skuteczności wybranych metod?

1. Monitoring geofizyczny środowiska geologicznego. Na czym polega, jak należy go poprowadzić żeby był jak najbardziej skuteczny, jakie są jego najważniejsze cechy(jakich reguł należy przestrzegać)?

• Monitoring to badanie zmian ośrodka geologicznego zachodzących w czasie. Może być wykonywany różnymi metodami geofizycznymi i może dotyczyć różnych zagadnień związanych z ochroną środowiska geologicznego. Jest prowadzony w celu rozpoznania, oceny, kontrolowania i prognozy zmian w środowisku geologicznym.Najczęściej monitoring nie jest prowadzony w sposób ciągły, a serie pomiarów powtarzane są co kilka miesięcy czy lat i odzwierciedlają kolejne fazy dynamicznego rozwoju rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń. Ważne jest, aby we wszystkich seriach pomiarów stosować tą samą metodę i technikę pomiarów.

1. Na czym polega zadanie proste w geofizyce?

• Zadanie proste (modelowanie) –polega na wyznaczeniu efektu geofizycznego (anomalii) dla złożonego modelu opisującego geologiczną, sytuację ekologiczną, archeologiczną, inżynierską itp. / polega na wyznaczeniu wartości badanej wielkości fizycznej w oparciu o znajomość struktury wewnętrznej oraz własności fizycznych badanego ośrodka. Każde zadanie proste jest jednoznaczne. Przykład z grawimetrii: Zadanie proste polega na wyliczeniu rozkładu pola grawitacyjnego (efektu grawitacyjnego) dla ciała o znanych parametrach: kontraście gęstości, głębokości zalegania, kształcie, rozmiarach.

1. Na czym polega zadanie odwrotne w geofizyce?

• Zadanie odwrotne – inaczej inwersja lub interpretacja – polega na pomiarze geofizycznym ośrodka geologicznego z wykorzystaniem sondowania elektrooporowego, wyznaczeniu krzywych sondowań i utworzeniu na podstawie ich analizy modelu geofizycznego, do którego przypiszemy odpowiednią budowę geologiczną. Informacja z krzywych sondowań może jednak zawierać wiele rozwiązań (krzywa może być dopasowana do wielu modeli geofizycznych w granicach pewnego błędu), dlatego zadanie to jest niejednoznaczne. Wieloznaczność można ograniczyć nakładając więzy na interpretację.

1. Jakie zagadnienia(problemy) z zakresu OŚ/IŚ mogą być badane z zastosowaniem metod geofizycznych (przedstaw w następujący sposób: problem – metoda geofizyczna – wybrany parametr/zjawisko fizyczne)?

1. Specyfika badań geofizycznych: Zleceniodawca-wykonawca.

Zleceniodawca (geolog, ekolog)	Zleceniobiorca, wykonawca (geofizyk)
Powinien w sposób jasny i precyzyjny przedstawić problem do rozwiązania oraz określić swoje oczekiwania co do wyników badań geofizycznych	Powinien ocenić czy problem może być badany z użyciem metod geofizyki oraz szczegółowo i w sposób jasny określić ograniczenia wyników/rozwiązań
Oczekuje rozwiązania dokładnego podanego w kategoriach przez niego używanych (geolog – litologii, ekolog – skł. Zanieczyszczeń)	Wyniki są niejednoznaczne, uzyskujemy wiele jednakowo możliwych rozwiązań (ekwiwalentnych). Parametry, właściwości określone są w sposób przybliżony.
Oczekuje wyników nie wymagających dalszej interpretacji	Badania geofizyczne zawsze wymagają interpretacji

1. 2 korytarze w różnym podłożu, jeden wypełniony wodą drugi powietrzem, który będzie łatwiej wykryć i dlaczego?

• korytarz wypełniony wodą - gdy wysoka mineralizacja wody i niskooporowe otoczenie – EM (indukcyjna)

korytarz wypełniony powietrzem - grawimetryczna, elektrooporowa

Łatwiej będzie wykryć korytarz wypełniony powietrzem. W przypadku metody grawimetrycznej z łatwością wykryjemy duży kontrast gęstości (ujemny) pomiędzy powietrzem a otoczeniem (ścianą korytarza i skałami otaczającymi). Gdy zastosujemy metodę elektrooporową w tym przypadku, układ pomiarowy również z łatwością powinien wykryć znaczącą anomalię - różnicę oporności pomiędzy powietrzem (bardzo duża) a otoczeniem (dużo mniejsza).

1. 3 pręty(lub rurociągi) (żelazny, z tworzywa sztucznego i ołowiu na głębokości 2 m)(druga kombinacja to z: ołowiu, żelaza i betonu) jaka metoda wykryjesz i jaką je od siebie odróżnisz?

• Najpierw należy wykonać badanie metodą magnetometryczną. Przy jej pomocy jesteśmy w stanie zlokalizować rurociąg żelazny. Tylko anomalia pochodząca od niego będzie widoczna. Rurociągów z betonu, ołowiu, bądź pvc nie wykryjemy tą metodą. Kolejnym krokiem będzie zastosowanie metody grawimetrycznej. Za jej pomocą można zlokalizować obiekt żelazny i ołowiany, które będą się odznaczać dodatnią anomalią na tle ośrodka, w którym się znajdują. Ostatnim etapem jest zastosowanie metody georadarowej. Za jej pomocą możemy wykryć wszystkie rurociągi znajdujące się w podłożu. Porównując wyniki z 3 przeprowadzonych badań można wywnioskować, który rurociąg jest z czego zbudowany. Żelazny – wykryty w 3 badaniach, ołowiany – wykryty w grawimetrii i przez georadar, pvc lub betonowy – wykryty jedynie przez georadar

1. Porównanie wad i zalet: georadar, EM61, magnetometria.

Cecha	EM-61	Magnetometria	Georadar
Rozdzielczość	Doskonała	Słaba/Średnia	Doskonała
Głębokość penetracji	Dobra do 3,5m	Doskonała do 8m	Zmienna
Łatwość interakcji	Doskonała	Słaba (anomalia zależy od położenia geogr., kierunku profilu)	Średnia (utrudniona interpretacja)
Określenie głębokości	Dobre	Możliwa przez interpretację	Doskonała
Właściwości obiektu	Doskonała (wszystkie obiekty metalowe)	Doskonała dla ferromagnetyków, dla innych NIE	Średnie (wykrywa metale i przedmioty niemetalowe)
Odporność na szumy: geologiczny/”ludzki”	Doskonała/Doskonała	Średnia gdy grunt jest zażelaziony/ Słaba, linie WN	Słaba/Średnia-Dobra
Łatwość obsługi	Doskonała	Doskonała	Średnia/Dobra

1. Jak zależy oporność od porowatości?

• Porowatość ma wpływ na oporność, ale zależy to od tego czym są wypełnione pory. Jeśli pory są puste i znajduje się w nich powietrze to oporność wzrasta. Jeśli pory są wypełnione wodą to oporność maleje. Zmiana oporności zależy również od tego czy pory są połączone i od mineralizacji medium wypełniającego (im większa mineralizacja, tym mniejsza oporność).

1. Narysuj krzywe sondowania do podanego rysunku

-Wzrost mineralizacji powoduje spadek oporności -> profil zanieczyszczonej warstwy: niższa oporność

1. Na czym polega metoda dipolowej indukcji, co sie mierzy, jakie utwory najlepiej są widoczne, jak wygląda układ pomiarowy

• Metoda ta wykorzystywana jest do badania granic ośrodka warstwowanego (badanie osuwisk, zawodnienia). Mierzy ona przewodność pozorną, czyli wypadkową przewodność elektryczną utworów geologicznych znajdujących się w „polu widzenia” układu pomiarowego. Układ składa się z pola nadawczego i odbiorczego (cewka nadawcza i odbiorcza). Wyróżnia się 2 typy układów: VD (Vertical Dipol) i HD (Horizontal Dipol). Generator wytwarza sinusoidalne zmiany prądu. Centrum anomalii zlokalizowane jest nad obiektem. Metoda ta charakteryzuje się dobrą rozdzielczością poziomą i niewielką podatnością na zakłócenia od zewnętrznych pól elektromagnetycznych.

1. Opisz metodę tomografii.

• Tomografia elektrooporowa (obrazowanie elektrooporowe) stanowi w zasadzie połączenie dwóch klasycznych metod: profilowania elektrooporowego i sondowania elektrooporowego. W metodzie tomografii elektrooporowej elektrody rozmieszczane są równomiernie wzdłuż profilu. Aparatura, zgodnie z zaprogramowanym algorytmem, wybiera odpowiednie elektrody, dokonując pomiarów równoważnych serii profilowań (układy o różnych długościach) lub serii sondowań (o punktach odniesienia przesuwających się wzdłuż profilu). W stosunku do klasycznych metod elektrooporowych takie pomiary charakteryzują się 10-krotnie większą wydajnością.Wynikiem pomiarów jest dwuwymiarowy przekrój opornościowy. Dla porównania sondowania elektrooporowe z zastosowaniem modelu płasko-równoległego dają nam informację punktową. Profilowania elektrooporowe z kolei dają informację w zasadzie jakościową, bez informacji głębokościowej.

1. Jaką metodą najlepiej odnaleźć obiekt wysokooporowy w utworach piasków kwarcytowych?

2. Ciało/korytarz (?) o wymiarach 2,5 x 2 m narysować anomalie, jak się zmieni anomalia jeśli głębokość wzrośnie 2 razy i jak jeżeli wypełnimy korytarz wodą.

Metoda grawimetryczna:

Wykres anomalii jak w projekcie – walec

Po wzroście dwukrotnym wzroście głębokości

Wnioski: Po dwukrotnym wzroście głębokości, anomalia zmniejszy się (ponad 2-krotnie) – największa anomalia wykrywalna jest, gdy głębokość na jakiej znajduje się obiekt jest najmniejsza

Po wypełnieniu korytarza wodą – anomalia zmniejszy się

Anomalia geofizyczna – różnica (odchylenie, stosunek) pomiędzy zmierzonymi wartościami (przedstawionymi jako np. krzywa, mapa), a wybranym ‘poziomem’ odniesienia . Może mieć charakter względny lub bezwzględny. Np. anomalia grawimetryczna – nadmiar/niedomiar masy

Obliczyć nadmiar/niedomiar masy

roFe= 7,874 g/cm³

roAu= 19,3 g/cm³

ro halitu = ok.2.1 g/cm³

delta M=4/3 PI* a² *(ro₁-ro₂)

Na przewodność (oporność skał) wpływają:

- POROWATOŚĆ – kształt i rozmiar porów, ich wzajemna izolacja lub połączenia

-STAN PORÓW –stopień wypełnienia przez wodę lub powietrze, stopień zawilgocenia

-KONCENTRACJA ELEKTROLITÓW –rozpuszczonych w wodzie (wilgoci) porowej (podziemnej)

-TEMPERATURA I STAN SKUPIENIA –wody porowej

Prawo Amper’a – przepływ prądu elektrycznego wywołuje powstanie pola magnetycznego. Jest to pole wirowe, zgodne w fazie z prądem i proporcjonalne do natężenia prądu

Prawo Faraday’a – zmiana strumienia indukcji B wywołuje powstanie w pętli odbiorczej SEM przepływ prądu

Prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych zależy od:

-litologii (skład min., struktura, tekstura)

-porowatość

-szczelinowatość

-stopień nasycenia i rodz. medium nasycające przestrzeń porową

-gęstość

-stopień diagenezy lub zwietrzenia

-temperatura

-gęstość zalegania warstw

Im większa porowatość, tym mniejsza prędkość!