Základy aplikovanej geofyziky gravimetria magnetometria geoelektrika seizmika karotáž rádiometria seizmológia
GRAVIMETRIA Obsah prednášky: ujasnene si základných pojmov trošku z histórie jednotky meranie tiažového zrýchlenia (gravimetre) spracovanie meraní (Bouguerove anomálie) interpretácia príklady využitia gravimetrie
GRAVIMETRIA Meranie, vyhodnocovanie a interpretácia tiažových meraní
UJASNENIE SI ZÁKLADNÝCH POJMOV hodnota g (tiažového zrýchlenia) je...? je táto hodnota konštantná? a) pre rôzne telesá v tom istom bode? b) pre rôzne telesá v rôznych bodoch? anomálie tiažového poľa Zeme (zo satelitných meraní)
UJASNENIE SI ZÁKLADNÝCH POJMOV je vlastne rozdiel medzi gravitačným a tiažovým zrýchlením? (alebo ide o synonymum?) gravitačné - čistá príťažlivosť Zeme tiažové (merané) výsledok vektorového súčtu gravitačného a odstredivého zrýchlenia Zeme (pomer odstredivého a gravitačného zrýchlenia Zeme je veľmi malý 0.005)
GRAVIMETRIA trošku z histórie... Galileo Galilei Isaac Newton (1564-1642) (1643-1727 ) Pierre Simon Laplace (1749 1827) Pierre Bouguer (1698 1758)
meranie v gravimetrii používané jednotky v gravimetrii systém SI: m s -2 používané sú násobky: 1 µm s -2 = 10-6 m s -2 v anglosaskej literatúre: 1 mgal = 10 µm s -2 1 mgal = 10-5 m s -2 1 Gal = 10-2 m s -2 1 µgal = 0.001 mgal
predstava o presnosti dnešných gravimetrických meraní g = 9.82345678 m/s 2 úroveň mgal úroveň µgal súčasné prístroje merajú s presnosťou 0.01 do 0.001 mgal = 10 do 1 µgal 8 dutiny oblasť mikrogravimetrie
jednotky pre hustotu systém SI: kg m -3 používané sú násobky: 1 g cm -3 = 1 kg dm -3 = 1 Mg m -3 = = 1000 kg m -3 (priemerná hustota vrchnej časti zemskej kôry na základe gravimetrie 2.67 g cm -3 )
meranie v gravimetrii prístroje na meranie tiažového zrýchlenia sa nazývajú gravimetre
absolútne gravimetre relatívne gravimetre laboratórne, terénne, vyššia presnosť: nižšia presnosť: 0.001 mgal, 0.01-0.005 mgal, voľný pád, pružinový systém pomalšie rýchlejšie Micro-g FG-5 Scintrex CG-5
relatívny (pružinový) gravimeterr meranie manuálne starší systém 1 torzné vlákno 2 astazujúca (zvýrazňujúca) pružina 3 rozsahová pružina 4 meracia pružina 5 - vahadlo
relatívny (pružinový) gravimeterr novší systém meranie automatické
meranie v gravimetrii musí sa odstraňovať tzv. chod prístroja spôsobený: otrasmi, zmenami teploty a tlaku, slapovými účinkami Slnka a Mesiaca
meranie v gravimetrii výsledkom meraní a opravy o chod je hodnota relatívneho tiažového zrýchlenia g, ktoré sa prepočítava na jeho absolútnu hodnotu g v aplikovanej gravimetrii (na geologické účely) sa však nevyhodnocuje priamo zrýchlenie g, ale sa počítajú tzv. ÚPLNÉ BOUGUEROVE ANOMÁLIE (ÚBA)
spracovanie v gravimetrii (tvorba ÚBA) od tiažového účinku celej (reálnej ) Zeme... P(h,ϕ,λ) - + + 0 m n.m.
spracovanie v gravimetrii (tvorba ÚBA)... sa odpočíta tiažový účinok teoretickej Zeme... P(h,ϕ,λ) 0 m n.m.
spracovanie v gravimetrii (tvorba ÚBA) účinok teoretickej Zeme sa skladá z účinku referenčného elipsoidu a... P(h,ϕ,λ) 0 m n.m.
spracovanie v gravimetrii (tvorba ÚBA) účinok teoretickej Zeme sa skladá z účinku referenčného elipsoidu a sférickej dosky... P(h,ϕ,λ) 0 m n.m.
spracovanie v gravimetrii (tvorba ÚBA) účinok teoretickej Zeme sa skladá z účinku referen. elipsoidu a sférickej dosky a topografie P(h,ϕ,λ) 0 m n.m.
spracovanie v gravimetrii (tvorba ÚBA) g B = UBA = g g n + 0.3086h 0.0419hρ B + T g meraná tiaž (opravená o chod a prepočítaná na absolútnu hodnotu) g n normálne pole (účinok elipsoidu) h nadmorská výška bodu merania ρ tzv. korekčná (redukčná) hustota (často 2.67 g.cm -3 ) 0.3086h korekcia vo voľnom vzduchu (tzv. Fayeova) 0.0419hρ Bouguerova korekcia (účinok rovinnej dosky) B Bullardov člen ( ohýba rovinnú dosku) T topokorekcie (do vzdialenosti 166.7 km od bodu)
spracovanie v gravimetrii (tvorba ÚBA) anomália NUBA = g g n + 0.3086h 0.0419hρ sa nazýva ako tzv. neúplná Bouguerova anomália anomália g Fay = g g n + 0.3086h sa nazýva ako tzv. Fayeova (odstránený vplyv výšok)
prejav hustotných nehomogenít v poli ÚBA P(h,ϕ,λ) - + + 0 m n.m.
prejav hustotných nehomogenít v poli ÚBA P(h,ϕ,λ) 0 m n.m.
prejav hustotných nehomogenít v poli ÚBA P(h,ϕ,λ) - + + 0 m n.m.
prejav hustotných nehomogenít v poli ÚBA P(h,ϕ,λ) 0 m n.m.
prejav hustotných nehomogenít v poli ÚBA P(h,ϕ,λ) - + + 0 m n.m.
prejav hustotných nehomogenít v poli ÚBA P(h,ϕ,λ) 0 m n.m.
prejav hustotných nehomogenít v poli ÚBA P(h,ϕ,λ) - + + 0 m n.m. výsledkom je prejav anomálnych hustotných nehomogenít v zemskej kôre (až vo vrchnom plášti)
Praktické ukážky (výhod) výpočtu ÚBA: - vymapovanie priebehu kanalizačného zberača, Bratislava, Gagarinova ul. - vymapovanie rozsahu maarového telesa, Pinciná, Lučenec súčasný maar, Nemecko výplň maarového telesa
kanalizačný zberač, Gagarinova ul., BA g rez(mgal) 46.25 46.20 46.15 46.10 46.05 46.00 45.95 45.90 199 198 m.n.m. 197 196 195 194 193 namodelované teleso kanála Gagarinova ulica Modelovanie tiažového účinku kanalizačného zberača Profil č. 1 M 1:100 metráž (m) 0 5 10 15 20 reliéf terénu
kanalizačný zberač, Gagarinova ul., BA g rez(mgal) 46.25 46.20 46.15 46.10 46.05 46.00 45.95 45.90 199 198 m.n.m. 197 196 195 194 193 namodelované teleso kanála Gagarinova ulica Modelovanie tiažového účinku kanalizačného zberača Profil č. 1 M 1:100 nameraná tiaž chod metráž (m) 0 5 10 15 20 reliéf terénu
kanalizačný zberač, Gagarinova ul., BA g rez(mgal) 46.20 46.15 46.10 46.05 46.00 Gagarinova ulica Modelovanie tiažového účinku kanalizačného zberača Profil č. 1 M 1:100 nameraná tiaž chod - odstránený 45.95 45.90 199 198 m.n.m. 197 196 195 194 193 metráž (m) 0 5 10 15 20 namodelované teleso kanála reliéf terénu
kanalizačný zberač, Gagarinova ul., BA g rez(mgal) 46.10 46.05 46.00 45.95 Gagarinova ulica Modelovanie tiažového účinku kanalizačného zberača Profil č. 1 M 1:100 Fayova anomália - odstránenie vplyvu nadm. výšok 45.90 199 198 m.n.m. 197 196 195 194 193 metráž (m) 0 5 10 15 20 namodelované teleso kanála reliéf terénu
kanalizačný zberač, Gagarinova ul., BA 0.15 Gagarinova ulica Modelovanie tiažového účinku kanalizačného zberača Profil č. 1 M 1:100 g rez(mgal) 0.10 výsledok - Bouguerova anomália 0.05 m.n.m. 199 198 197 196 195 194 193 metráž (m) 0 5 10 15 20 namodelované teleso kanála reliéf terénu
maarová štruktúra, Pinciná pri Lučenci nadmorské výšky 48.37 48.37 48.36 48.37 19.76 19.77 19.77 19.78 19.78 19.79 280.00 270.00 265.00 260.00 255.00 250.00 245.00 240.00 235.00 230.00 225.00 220.00 215.00 210.00 205.00 200.00 195.00 190.00 185.00 180.00 48.37 48.36 19.76 19.77 19.77 19.78 19.78 19.79
maarová štruktúra, Pinciná pri Lučenci merané tiažové zrýchlenie g 48.37 48.37 48.36 48.37 48.37 19.76 19.77 19.77 19.78 19.78 19.79 891.00 890.00 889.00 888.00 887.00 886.00 885.00 884.00 883.00 882.00 881.00 880.00 879.00 878.00 877.00 876.00 875.00 874.00 873.00 872.00 48.36 19.76 19.77 19.77 19.78 19.78 19.79
maarová štruktúra, Pinciná pri Lučenci tzv. Fayeove anomálie (odstránený hlavný vplyv výšok) 19.76 48.37 48.37 48.36 48.37 48.37 48.36 19.76 19.77 19.77 19.78 19.78 19.79 19.77 19.77 19.78 19.78 19.79 957.50 957.00 956.50 956.00 955.50 955.00 954.50 954.00 953.50 953.00 952.50 952.00 951.50 951.00 950.50 950.00 949.50 949.00 948.50
maarová štruktúra, Pinciná pri Lučenci Úplné Bouguerove Anomálie (odstránené všetky negeologické vplyvy ) 48.37 48.37 48.36 48.37 48.37 48.36 19.76 19.77 19.77 19.78 19.78 19.79 19.76 19.77 19.77 19.78 19.78 19.79 10.40 10.20 10.00 9.80 9.60 9.40 9.20 9.00 8.80 8.60 8.40 8.20 8.00 7.80 7.60 7.40
mapa ÚBA - SR
interpretácia v gravimetrii INTERPRETÁCIA kvalitatívna/kvantitatívna kvalitatívna opisuje kvalitatívne pole ÚBA (znížené hodnoty = znížené hustoty objektov alebo vplyv geometrie telies, zvýšené... naopak) kvantitatívna určuje hĺbkové, rozmenrové, tvarové a hustotné parametre študovaných geologických objektov dôležité pojmy: a) priama úloha pri zadaných parametroch telies vypočítať ich gravitačný účinok (tzv. modelovanie) b) obrátená úloha opačná úloha (náročnejšia)
INTERPRETÁCIA kvalitatívna priebeh gravitačného účinku (ÚBA) nad zlomom (poklesom)
INTERPRETÁCIA kvalitatívna príklad: úplné Bouguerove anomálie z oblasti Mŕtveho mora (sedimenty mora sú ľahšie ako okolie) -40-42 -44-46 -48-50 -52-54 -56-58 -60-62 -64-66 -68-70 -72-74 -76-78
INTERPRETÁCIA metódy polovičnej šírky jednoduchý príklad Bouguerova anomália prejavu soľného diapíru,lokalita Lousiana príbrežná oblasť) (Nettleton, 1976) y_local [m] 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 dg rez. 0.6 0.2-0.2-0.6-1 -1.4-1.8-2.2-2.6-3 -3.4-3.8-4.2-4.6-5 -5.4 z polovičnej šírky odpichnutej anomálie je možné odhadnúť vrchný okraj soľného diapíru (cvičenie) dg rez. [m] 2 0-2 -4 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 x_local [m] -6 0 4000 8000 12000 16000 20000 x_pf [m]
INTERPRETÁCIA modelovanie pole ÚBA gravitačný účinok modelu 3D model soľnej štruktúry
INTERPRETÁCIA modelovanie výsledok hustotného modelovania profil z Európskej platformy cez Západné Karpaty do Panónskej oblasti, model siaha až do hĺbky 170 km
využitie gravimetrie - v regionálnej a štruktúrnej geológii - v ložiskovom a ropnom prieskume - detekcia dutín (inžiniersky, environmentálny prieskum, archeológia,...) - atď. (hustotné nehomogenity)
Cheopsova pyramída, Egypt francúzsky mikrogravimetrický projekt
Cheopsova pyramída, Egypt francúzsky mikrograv. projekt štruktúra pyramídy merané priestory odhad. chyba: 2-10 µgal veľká galéria samotné meranie kráľovská komnata
Cheopsova pyramída, Egypt francúzsky mikrograv. projekt tvorba Bouguerovej anomálie - odstránenie gravitačných účinkov známych štruktúr známe dutiny model hustotného rozvrstvenia pyramídy
Cheopsova pyramída, Egypt francúzsky mikrograv. projekt hlavný výsledok: výsledky zistenie dominantnej negatívnej anomálie v západnej časti prístupovej chodby do královninej pohrebnej miestnosti overenie anomálie: 3 vrty dosiahli po 2.1 m dutinu vyplnenú pieskom, (modelovaný objem dosahuje až 40 m -3 )
Ďakujem za pozornosť.