Metodyka określania zasobów eksploatacyjnych ujęć zwykłych wód podziemnych
Badania geofizyczne (str. 93)
Metody geofizyczne należą do ważniejszych zespołów metod badawczych stosowanych
w badaniach hydrogeologicznych. Są one wykorzystywane do (Białostocki, 1974):
· rozpoznawania budowy geologicznej w celu lokalizacji stref występowania wód podziemnych,
· ustalania rejonów perspektywicznych do lokalizacji ujęć i lokalizacji otworów studziennych w
określonych warstwach/poziomach wodonośnych,
· badania kierunku, prędkości i wielkości przepływu wód,
· oznaczeń wieku skał i wód,
· określania granic między wodami słodkimi i słonymi,
· wyznaczania obszarów zanieczyszczeń wód podziemnych.
Atrakcyjność metod geofizycznych wynika ze względów ekonomicznych oraz z faktu, że często osiągane wyniki są trudne do uzyskania innymi metodami.
Z reguły są one nieszkodliwe dla środowiska i umożliwiają stosunkowo szybkie uzyskanie wyników.
W badaniach hydrogeologicznych podstawową rolę odgrywają metody geoelektryczne,
do których należą:
· metoda naturalnego potencjału elektrycznego,
· metoda elektrooporowa.
W mniejszym stopniu wykorzystywane są metody geofizyki jądrowej (radiometryczne),
metoda sejsmiczna i geotermiczna.
Badanie wpływu przeterminowanych środków ochrony roślin(mogilników) na środowisko geologiczne
W badaniach tego typu podstawową rolę odgrywają metody geoelektryczne: tomografia elektrooporowa i georadar
Cel badań geofizycznych:
a) zbadanie budowy geologicznej w otoczeniu składowisk,
b) określenie zmienności litologicznej pierwszych kilkunastu-kilkudziesięciu metrów w głąb pod powierzchnią terenu,
c) określenie kierunków przepływu wód pierwszego poziomu wodonośnego i parametrów fizycznych wód w istniejących okolicznych studniach kopanych,
d) zbadanie zasięgu aureoli najintensywniejszych skażeń.
Celem badań geofizycznych jest dostarczenie informacji o podłożu, w tym o warunkach
posadowienia obiektu, warunkach hydrogeologicznych i właściwościach
gruntów i skał. Badania te są również bardzo przydatne do rozwiązywania problemów
ochrony środowiska.
Z wielu metod geofizycznych zastosowanie w dokumentowaniu geologiczno-inżynierskim
mają metody:
Metody geoelektryczne
- metoda potencjałów samoistnych PS
- metoda elektrooporowa
sondowanie SGE (PSE)
profilowanie PE
tomografii elektrooporowej TE
- metoda georadarowa (GPR)
Metoda sejsmiczna
Metoda geofizyki jądrowej
Metoda magnetyczna
Metoda grawimetryczna
Metoda geotermiczna
Badania geofizyczne w kopalniach
Metoda naturalnego potencjału elektrycznego PS
Podstawy fizyczne metody
Przedmiotem obserwacji są własności naturalnych pól elektrycznych Ziemi wywołanych przez różne procesy fizyczne i elektrochemiczne zachodzące w skorupie ziemskiej i otaczającej ją przestrzeni
Wyróżnia się naturalne pola elektryczne
- regionalne: ich powstanie wiąże się ze zmianami pola magnetycznego jonosfery - są to POLA MAGNETOTELURYCZNE.
- METODA TELLURYCZNA
- METODA MAGNETOTELLURYCZNA
pomiary na powierzchni ziemi; bada się głębokie struktury
- lokalne: źródłem ich powstania są obiekty dobrze przewodzące prąd.
Ich powstanie wiąże się z procesami:
- utleniania i redukcji
- dyfuzyjno - adsorbcyjnymi
- filtracji (towarzyszące zjawisku filtracji cieczy przez utwory porowate i szczeliny)
zachodzącym w płytkim podłożu.
- METODA NATURALNEGO POTENCJAŁU ELEKTRYCZNEGO (metoda potencjału samoistnego) PS
pomiary na powierzchni ziemi oraz w otworach wiertniczych; bada się płytkie struktury
Procesy utleniania i redukcji -ogniwo galwaniczne
(rudy siarczków metali)
OG to urządzenie zmieniające bezpośrednio energię chemiczną na elektryczną prądu stałego, która powstaje w wyniku reakcji elektrochemicznej. Składa się z 2 półogniw (elektrod) połączonych bezpośrednio roztworem elektrolitu lub rozdzielonych półprzepuszczalną błoną
Utlenianie zachodzi na elektrodzie zwanej anodą, a utlenianie cząstki uwalniają do niej elektrony. Redukcja zachodzi na drugiej elektrodzie, nazywanej katodą, a cząstki ulegające redukcji pobierają od niej elektrony. Sumaryczna reakcja powoduje przepływ elektronów w zewnętrznym przewodniku łączącym obie elektrody.
W efekcie w tak zbudowanym układzie zaobserwujemy przepływ prądu elektrycznego przez włączony w obwód miernik prądu elektrycznego
Przykłady ogniw galwanicznych:
ogniwo Leclanchégo (1877) najpopularniejsze
ogniwo galwaniczne występujące powszechnie
w handlu np. jako popularne tzw. "baterie paluszki"
(o napięciu 1,5 V) lub "baterie płaskie" (o napięciu 4,5 V)
Procesy dyfuzyjno - adsorbcyjnymi
Zachodzą w skałach wypełnionych roztworami o różnej mineralizacji. Jony z roztworów w większym stężeniu dyfundują do o mniejszym stężeniu (Rysunek).
Na ogół prędkość przemieszczania się anionów jest większa od przemieszczających się kationów. To zjawisko powoduje powstanie w roztworze o mniejszym stężeniu nadmiaru cząstek naładowanych ujemnie i powstanie lokalnej różnicy potencjałów.
Mówi wtedy o elektrycznym polu dyfuzyjnym
W obrębie szkieletu gruntowego tworzy się otoczka wody związanej (podwójna warstwa elektryczna) - przyciąga ona kationy. Ruch kationów w warstwei dyfuzyjnej powoduje powstanie elektrycznego pola adsorbcyjnego
Potencjał dyfuzyjno-adsorbcyjny osiąga max. Zróżnicowanie w otworach wiertniczych wypełnionych płuczką iłową na granicach następujących układów fizyczno-geologicznych:
- skała wodoprzepuszczalna - płuczka
- skała wodoszczelna - płuczka
- skała wodoprzepuszczalna - skała wodoszczelna
Migrację roztworów w gruntach można opisać dwoma procesami: filtracją i dyfuzją. Mówi się wówczas o transporcie adwekcyjno - dyfuzyjnym Proces ten można modelować adwekcyjno-dyspersyjnym równaniem transportu