doczal 15.SPRAWOZDANIE.Geofizyka.HELCLOW
download 
Reklamacja Transkrypt
zal 15.SPRAWOZDANIE.Geofizyka.HELCLOW
ROZPOZNANIE PODŁOŻA GRUNTOWEGO NA PODSTAWIE BADAŃ GEOFIZYCZNYCH NA TERENIE OGRODU DOMU POMOCY SPOŁECZNEJ HELCLÓW W KRAKOWIE Opracowała: dr inż. Pasierb Bernadetta KRAKÓW, MAJ 2016 SPIS TREŚCI: 1. 2. 3. 4. 5. CEL BADAŃ BUDOWA GEOLOGICZNA OPIS METODY TOMOGRAFII ELEKTROOPOROWEJ BADANIA GEOFIZYCZNE PODSUMOWANIE WYNIKÓW BADAŃ SPIS RYSUNKÓW: Rys. 1. Schemat obserwacji w metodzie tomografii elektrooporowej: sposób wykonywania pomiarów i przestrzenne przyporządkowanie pomierzonych wartości oporności pozornych Rys. 2. Plan rozmieszenia profili geofizycznych H1 i H2 Rys. 3. Przekrój prezentujący surowe dane dla profilu H1 Rys. 4. Przekrój geoelektryczny wyinterpretowany wzdłuż Profilu H1 Rys. 5. Przekrój geoelektryczny wyinterpretowany wzdłuż Profilu H2 Rys. 6. Obraz anomalii pochodzącej od zbiornika na przekroju H1 Rys. 7. Obraz anomalii pochodzącej od zbiornika na przekroju H2 1. CEL BADAŃ Celem wykonanych badań geofizycznych metodą tomografii elektrooporowej było rozpoznanie podłoża gruntowego w strefie przypowierzchniowej, na terenie ogrodu Domu Pomocy Społecznej im. L. i A. Helclów, przy ulicy Helclów 2 w Krakowie. Badania prowadzono pod kątem znajdującego się tam obiektu antropogenicznego – zbiornika na ścieki (szambo), w celu określenia jego wymiarów oraz głębokości występowania. 2. BUDOWA GEOLOGICZNA Badany teren znajduje się na obszarze Zapadliska Przedkarpackiego, powstałego w wyniku fałdowań systemu alpejskiego. Nasuwające się od południa płaszczowiny karpackie odłamały południową część wapiennej płyty mezozoicznej budując Wyżynę Śląsko-Małopolską i wgniotły ją w głąb podłoża. W okolicach bramy Krakowskiej powstał szereg zrębów i rowów tektonicznych wskutek potrzaskania płyty wapiennej. W miocenie teren zalało morze, powstały podkłady iłów, z wkładkami gipsów włóknistych, oraz miejscami z laminami drobnych piasków i piasków ilastych. Iły stanowiące bezpośrednie podłoże przedczwartorzędowe leżą na wapieniach jurajskich. Czwartorzęd reprezentowany jest przez serię utworów zastoiskowych plejstocenu, wykształconych w częściach leżących niżej w postaci piasków średnich, drobnych i piasków pylastych, niejednokrotnie z dużym udziałem części organicznych, oraz namułów organicznych. W częściach położonych wyżej, przeważają piaski, miejscami gliny pylaste, a fragmentarycznie resztki gliny zwałowej zlodowacenia Mendel. Miąższość utworów czwartorzędowych nie przekracza kilku metrów [1]. 2. OPIS METODY TOMOGRAFII ELEKTROOPOROWEJ Metoda tomografii elektrooporowej (ERT- Electrical Resistivity Tomography) jest jedną z najbardziej wszechstronnych metod geofizycznych, pozwala bowiem m. in. na uzyskanie przestrzennego obrazu rozkładu oporności w badanym ośrodku. Szeroki zakres głębokościowy (od kilku do kilkudziesięciu metrów) umożliwia dokładne odwzorowanie ośrodka geologicznego. Zaletą metody tomografii elektrooporowej jest szybkość prowadzenia prac, oraz stosunkowo niski koszt badań. Metoda ta nie ma ograniczeń co do obszaru, a informacje z niej uzyskane nie sprowadzają się tylko do rozpoznania punktowego, jak ma to miejsce w przypadku badań otworowych. Dodatkową zaletą jest nieinwazyjność prowadzonych badań. W wyniku pomiaru wartości natężenia prądu i napięcia między elektrodami pomiarowymi, wyznacza się zgodnie z prawem Ohma oporność pozorną skał, znajdujących się w obrębie wytworzonego pola elektrycznego [2]. k U MN I AB [1] gdzie: - oporność elektryczna UMN - różnica potencjałów między elektrodami pomiarowymi IAB - natężenie prądu emitowanego w podłoże k - współczynnik geometryczny układu pomiarowego, zależny od rozstawu elektrod k 2 1 1 1 1 AM BM AN BN [2] Metoda tomografii elektrooporowej jest kombinacją dwóch klasycznych metod: profilowania elektrooporowego, ze względu na prowadzone pomiary wzdłuż profilu i sondowania elektrooporowego, wskutek wzrastającego zasięgu głębokościowego badań. W stosunku do tradycyjnych metod elektrooporowych umożliwia znacznie większą gęstość pokrycia profilu pomiarami, przez co pojedynczy przekrój opornościowy ośrodka odpowiada wykonaniu kilku lub częściej kilkunastu klasycznych profilowań, układami o różnym zasięgu głębokościowym. Metoda tomografii elektrooporowej polega na wykonaniu wielopoziomowego pomiaru opornościowego przy wykorzystaniu wieloelektrodowego systemu, umożliwiającego ciągły pomiar na profilu o dowolnej długości. Zasadniczą cechą pomiarów jest rozmieszczenie w równych odległościach od siebie wzdłuż linii profilu badań, odpowiedniej ilości elektrod, które podłączone są kablem wielożyłowym do jednostki centralnej – miernika sterowanego komputerem (Rys. 1). Sekwencja pomiarów jest wykonywana zgodnie z doborem dowolnej kombinacji 4 elektrod, spośród wszystkich podłączonych do kabla wielożyłowego. Dla wybranej kombinacji elektrod wykonywany jest pomiar, przy uwzględnieniu zdanego typu układu, geometrii rozstawu, długości profilu oraz parametrów pomiaru: minimalny dopuszczalny prąd, czas trwania cyklu, liczba uśrednień dla konkretnej kombinacji elektrod, dopuszczalny błąd pomiaru. Oprogramowanie sterujące procesem pomiaru zapewnia sprawdzenie rozstawionego układu przed wykonaniem pomiarów (ostrzeżenie o braku kontaktu z elektrodą lub słabym jej uziemieniu) oraz bieżącą kontrolę nad jego jakością w trakcie trwania pomiarów i bieżącą analizę błędów. Układ pomiarowy, o najmniejszym rozstawie jest przesuwany z odpowiednim krokiem profilowania od początku do końca założonego profilu. Po wykonaniu pomiaru i powrocie na początek profilu, następuje automatyczny wybór kolejnej kombinacji elektrod, rozstaw układu jest zwiększany, a cały układ o tym rozstawie jest przesuwany z tym samym krokiem do końca profilu. Gdy długość profilu przekracza maksymalną długość kabla, odpowiednia procedura umożliwia przeniesienie elektrod z początku profilu na jego koniec i kontynuację pomiarów. Zasięg głębokościowy metody określany jest na 1/5 długości profilu. W metodzie tomografii elektrooporowej większa rozdzielczość przestrzenna pomierzonych parametrów umożliwia zastosowanie bardziej zaawansowanych metod interpretacji niż w przypadku tradycyjnych metod pomiarowych. Metoda ERT stosowana może być w geometrii dwuwymiarowej 2D, a nawet w wariancie 3D, umożliwiając obserwacje budowy podłoża w poziomie i pionie. Rys. 1. Schemat obserwacji w metodzie tomografii elektrooporowej: sposób wykonywania pomiarów i przestrzenne przyporządkowanie pomierzonych wartości oporności pozornych W badaniach geotechnicznych i pracach poszukiwawczych, metoda elektrooporowa może być stosowana do określania głębokości zalegania podłoża skalnego albo miąższości nadkładu, grubości warstw glin i iłów lub nasypów, szczelności i struktury zapór ziemnych, lokalizowania zapadlisk, pustek oraz stref spękań. W hydrogeologii można określać kierunek spływu i zaleganie zwierciadła wód podziemnych, kartowanie abrazji morskiej i rzecznej, wtargnięć zasolonej wody i charakteryzowanie podpowierzchniowych warunków hydrogeologicznych. W badaniach środowiskowych, tomografia elektrooporowa jest efektywna w kartowaniu smug dobrze przewodzących skażeń albo zanieczyszczeń gruntu metalami ciężkimi. Metoda może być również użyteczna do określenia obszaru podlegającej oczyszczeniu. Tomografię elektrooporową wykorzystuje się również do określania zasobów piasku i żwiru, kartowania archeologicznego oraz pracach związanych z drążeniem tuneli drogowych i kolejowych. Przeprowadzenie badań elektrooporowych jest zalecane zarówno na etapie prac projektowych, umożliwiając zapoznanie się z warunkami istniejącymi na danym terenie, jak również w przypadku kontroli i badania obiektów użytkowanych i etapie rekultywacji działając w formie monitoringu, dostarczając informacje o stanie obiektów i ich oddziaływaniu na środowisko, zasięgu i intensywności zanieczyszczeń [3, 4]. 3. BADANIA GEOFIZYCZNE Do badań geofizycznych metodą tomografii elektrooporowej na terenie ogrodu Domu Pomocy Społecznej Helclów, wykorzystano aparaturę ARES firmy GF Instruments [5]. W trakcie pomiarów przyjęto granicę błędów pomiarowych (RMS) rzędu 5%. Zastosowano układ pomiarowy WenneraSchlumbergera. Badania geofizyczne metodą tomografii elektrooporowej wykonane zostały wzdłuż dwóch profili rozmieszczonych prostopadle do siebie - ich lokalizację przedstawiono na Rys. 2. Rys. 2. Plan rozmieszenia profili geofizycznych H1 i H2 Pomiary ERT wykonane zostały wzdłuż profilu H1 o długości 55 metrów, oraz wzdłuż profilu H2 prostopadłego do pierwszego, o tej samej długości. Profile rozmieszczono w ten sposób aby przechodziły przez zbiornik oraz w sąsiedztwie otworów. Profil H1 przebiegał koło otworów nr. 5 i 3, a Profil H2 obok otworu nr. 4. Na 24 metrze profili H1 oraz 28.5 metra profilu H2 wypadał środek klapy zbiornika. Rozstaw elektrod dla obu profili wynosił 1 metr. Pomiary wykonano do głębokości około 10 metrów w centralnym punkcie profilu. W oparciu o wyniki pomiarów wykreślono po interpretacji przekroje, wzdłuż linii profili. Procedurę przetwarzania danych i inwersję przeprowadzono za pomocą programu RES2DINV firmy Geotomo Software [5]. We wstępnej fazie interpretacji pierwotne dane poddaje się obróbce polegającej na eliminacji wyników pomiarów, których odchylenie standardowe przekraczało ustalony próg. Pozostawienie tych wyników powoduje pojawienie się dodatkowych (fałszywych) anomalii. W przypadku przeprowadzonych pomiarów surowe dane prezentowały się bardzo dobrze i nie istniała potrzeba zastosowania korekty (Rys 3.) Rys. 3. Przekrój prezentujący surowe dane dla profilu H1. W celu dokładnej interpretacji danych zastosowano poprawkę topograficzną wprowadzając do danych pomiarowych wartości rzędnych głębokościowych. W realizowanym procesie inwersji 2D, ze względu na określenie m. in. rozmiarów zbiornika, założono modelowanie z opcją robustoptymalizacja z normą L1, która prowadzi do uzyskania bardziej ostrych, wyraźnych granic między różnymi opornościowo fragmentami ośrodka. Zmniejsza także wpływ dużych różnic między wartościami modelu, dzięki czemu uzyskuje się niższe wartości błędu RMS [3, 4]. Dalsza interpretacja polegała na opisie, otrzymanego w wyniku inwersji, modelu geoelektrycznego i odniesienia go do warunków podpowierzchniowych. 4. PODSUMOWANIE WYNIKÓW BADAŃ W oparciu o wyniki pomiarów wyinterpretowano przekroje (Rys. 4 i 5) wzdłuż linii profili. Podsumowując, uzyskane przekroje obrazujące rozkłady oporności, stwierdzono występowanie kilku kompleksów warstw. W strefie przypowierzchniowej, występuje warstwa nasypu niebudowlanego o oporności poniżej 150Ωm i zmiennej miąższości; maksymalna jej grubość występuje w otoczeniu zbiornika (Rys. 4). Niżej zalegający kompleks utworów wykazuje mniejsze wartości oporności rzędu 80140Ωm, odpowiadające głównie piaskom, miejscami z wkładkami piasku gliniastego. W szczególności widoczne to jest na początku profilu H1 oraz między 4145 metrem i 4649 metrem. Na początku profilu H1 widoczne też sa małe wkładki gliny pylastej. Na profilu H2 wkładki piasku gliniastego znajdują się między 715m, 1923m oraz 3443 metrem. W utworach tej warstwy można zauważyć wysokooporową anomalię, o wartościach oporności przekraczających 1000Ωm. Najniższy kompleks stanowią utwory piaszczysto-żwirowe, których strop pojawia się na głębokości 213m i 211m n.p.m. na profilu H1 oraz na głębokości 212 metrów n.p.m. na profilu H2. Utwory te charakteryzują się wartościami oporności rzędu 270600Ωm. W kompleksie tym na końcu profilu H1 oraz na początku profilu H2 zauważyć można anomalię, o podwyższonej wartości oporności przekraczającej 600Ωm. Prawdopodobnie pochodzi ona od utworów skalistych (wapienie?) W obrębie omówionych kompleksów warstw nie stwierdzono występowania poziomu wód gruntowych. Rys. 4. Przekrój geoelektryczny wyinterpretowany wzdłuż Profilu H1 Rys. 5. Przekrój geoelektryczny wyinterpretowany wzdłuż Profilu H2 Najbardziej interesująca, z punktu prowadzonych badań, jest anomalia wysokooporowa o wartościach powyżej 1000Ωm, występująca w centrum profilu, w strefie przypowierzchniowej. Jej wielkość na podstawie przekroju H1 można określić na 5,5 metrów długości (kierunek WE) (Rys. 4 i 6) oraz 6,5 metrów długości (kierunek SN) (Rys. 5 i 7) i około 2.5 metrów głębokości. Poniżej widoczna jest niskooporowa anomalia o wartościach oporności poniżej 70Ωm i zasięgu do 211.5 metrów głębokości n.p.m. Powyższe anomalie są efektem występującego w tym miejscu zbiornika na ścieki (szambo). Nierównomierny rozkład wartości oporności wskazuje na częściowe wypełnienie zbiornika. Pod uwagę należy również wziąć możliwość przesiąkania ścieków w niższe partie pod zbiornik. Z tego względu nie można jednoznacznie określić trzeciego wymiaru - głębokościowego zbiornika. Na podstawie jednak omówionych anomalii można ocenić jego wpływ do głębokości około 4 metrów p.p.t. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że płynne ścieki przeniknęły w głąb podłoża poprzez nieszczelne dno zbiornika, tworząc pod nim strefę bardzo wilgotną („zawodnioną”). Rys. 6. Obraz anomalii pochodzącej od zbiornika na przekroju H1 Rys. 7. Obraz anomalii pochodzącej od zbiornika na przekroju H2 Otrzymane wyniki badań geofizycznych z zastosowaniem metody tomografii elektrooporowej nie wykazały istnienia w podłożu poziomu wód gruntowych. Podłoże zbudowane jest z trzech kompleksów warstw, kolejno stanowiących: nasyp niebudowlany, warstwę piasków i piasków gliniastych z niewielkimi wkładkami glin pylastych oraz najniższą rozpoznaną warstwę - zbudowaną z utworów piaszczysto-żwirowych i prawdopodobnie utworów skalistych. Bardzo wyraźnie zarysowuje się anomalia pochodząca od zbiornika na ścieki, którego wymiary można określić na 5,5 metrów x 6,5 metrów. Zbiornik znajduje się przy powierzchni i oddziaływuje na głębokość około 4 metrów. LITERATURA [1] Albricht S., Górnikiewicz M., Surówka M., - Projekt Pierwszego Etapu Realizacji Parkingów. Pracownia Planowania i Projektowania Systemów Transportu „altrans”, Kraków 2006 [2] Dzwinel J. – Metody geoelektryczne, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa 1978. [3] Pasierb B. 2012 - Techniki pomiarowe metody elektrooporowej. Czasopismo Techniczne, seria Środowisko nr 2-Ś/2012) [4] Loke M. H., - Tutorial: 2-D and 3-D electrical imaging surveys, Copyright 2004 [5] www.gfinstruments.cz.)
