Geofizyka poszukiwawcza Wykład dla geologii poszukiwawczej I/1

25 paêdziernika 2006
Geofizyka poszukiwawcza
Wykùad dla geologii poszukiwawczej I/1 mgr.
Stanisùaw Ciechanowicz
Uniwersytet Wrocùawski, Instytut Fizyki Teoretycznej
PROGRAM WYK£ADU
1.
METODYKA POMIARÓW SI£Y CIÆÝKOÚCI W GRAWIMETRII POSZUKIWAWCZEJ 2
3.
ZAKRES ZASTOSOWAÑ METOD GRAWIMETRYCZNYCH ........................................ 6
2.
4.
5.
6.
ZDJÆCIA GRAWIMETRYCZNE ..................................................................................... 2
MIKROGRAWIMETRIA .................................................................................................. 7
ATLAS GRAWIMETRYCZY POLSKI ............................................................................ 8
LITERATURA ............................................................................................................... 10
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
1/10
25 paêdziernika 2006
1. METODYKA POMIARÓW SI£Y
CIÆÝKOÚCI W GRAWIMETRII
POSZUKIWAWCZEJ
samoistne przesuniêcie punktu zerowego
narastaj¹ce w miarê upùywu czasu [6, p.
24].
Sposób pomiarów w punktach sieci
wypeùniaj¹cej;
A 1, 2 , 3 ,  , n B 1, 2 , 3,  , n C  ,
1. Zasada pomiaru grawimetrem
polowym. Wykonuje siê pomiar wzglêdny
na powierzchni terenu z dokùadnoœci¹ rzêdu
przynajmniej 0,01 mGal=10Gal. Pomiar
ten polega na wyznaczaniu ró¿nicy siùy
ciê¿koœci g miêdzy dwoma punktami
pomiarowymi, których poùo¿enie
geograficzne i wysokoœã npm. wyznacza siê
z dokùadnoœci¹ do kilku mm. Wartoœã
absolutn¹ natê¿enia siùy ciê¿koœci g w
danym punkcie pomiarowym otrzymujemy
poprzez nawi¹zanie pomierzonej ró¿nicyg
do wartoœci bezwzglêdnej w punkcie
podstawowym. W ten sposób wyznaczamy
wartoœci bezwzglêdne siùy ciê¿koœci g dla
poszczególnych punktów pomiarowych.
Grawimetr polowy mo¿e byã równie¿
u¿ywany do pomiarów siùy ciê¿koœci pod
ziemi¹. Specjalnie skonstruowane
grawimetry sùu¿¹ do pomiarów otworowych.
W mikrograwimetrii wymagana dokùadnoœã
grawimetrów wynosi 5 Gal.
2. Metodyka pomiarów
grawimetrycznych: sieã pomiarów
podstawowa i wypeùniaj¹ca.
Pomiary wzglêdne w punktach sieci
podstawowej wykonywane s¹ metod¹
ùañcuchow¹. Poni¿ej opisano metodê
ùañcuchow¹ na przykùadzie ci¹gu szeœciu
punktów bazowych, le¿¹cych daleko od
siebie i oznaczonych jako A, B, C, D, E, F.
Pomiary wykonane grawimetrem daj¹
szereg szesnastu odczytów;
ABA BCB CDC
DED
EFE F ,

 
 
w punktach zewnêtrznych A, F odczyt jest
dwukrotny, w punktach wewnêtrznych B, C,
D, E odczyt jest trzykrotny. Celem metody
ùañcuchowej jest eliminacja dryftu
grawimetru podczas pomiarów
dokonywanych w okresie jego liniowoœci.
Dryft grawimetru (chód wùasny) jest to
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
A, B, C – punkty bazowe, 1,2,3,...,n –
punkty wypeùniaj¹ce. Ka¿dy ci¹g odczytów
szczegóùowych rozpoczyna siê i koñczy na
punkcie bazowym, przy czym bazowy punkt
koñcowy mo¿e byã inny ni¿ punkt
pocz¹tkowy. Dryft w danym punkcie
szczegóùowym oblicza siê podobnie jak w
metodzie ùañcuchowej za pomoc¹
szybkoœci dryftu mno¿onej przez
odpowiedni upùyw czasu, jaki nast¹più do
chwili odczytu w tym punkcie. Jeœli punkty
bazowe pocz¹tkowy i koñcowy s¹ ró¿ne, to
w celu obliczenia dryftu dla punktów
wypeùniaj¹cych nale¿y od ró¿nicy odczytów
siùy ciê¿koœci w punktach bazowych
odliczyã wzglêdn¹ wartoœã siùy ciê¿koœci
miêdzy tymi punktami.
2. ZDJÆCIA GRAWIMETRYCZNE
Termin zdjêcie grawimetryczne oznacza
zestawienie w formie opisowej i graficznej
(na podkùadzie topograficznym, odrêcznie
lub w trybie cyfrowym) wszystkich danych i
wyników pomiarowych opracowanych dla
okreœlonych wielkoœci grawimetrycznych.
Przewa¿nie s¹ to w pierwszej kolejnoœci
anomalie Bouguer’a. Podobnie jest
zdefiniowane zdjêcie magnetyczne, przy
czym anomalie pola geomagnetycznego
maj¹ wùasn¹ definicjê.
Rodzaje zdjêã grawimetrycznych
Wykonuje siê zdjêcia grawimetryczne
nastêpuj¹cych rodzajów:
a)
Zdjêcia rekonesansowe
b)
c)
Zdjêcia regionalne
Zdjêcia póùszczegóùowe i
szczegóùowe
2/10
25 paêdziernika 2006
Wszystkie rodzaje zdjêã mog¹ byã
równomiernie i wzglêdnie rzadko, sposób
zarówno typu profilowego jak i
pomiarów metod¹ ùañcuchow¹
powierzchniowego;
ii.
Pomiary w sieci wypeùniaj¹cej – z
nawi¹zaniem
do ustalonych punktów

Zdjêcie profilowe – ci¹gi pomiarowe
bazowych.
biegn¹ prostopadle do osi podùu¿nej
struktury geologicznej

Zdjêcia powierzchniowe
Tabela 1. Rodzaje zdjêã grawimetrycznych
– punkty pomiarowe w miarê
Zdjêcia
próbkowanie
podkùad topograficzny
równomiernie pokrywaj¹
grawimetryczne
okreœlony obszar.
rekonesansowe
Liczba punktów
1/5km2 – 1/400km2 1:200000 – 1:500000
pomiarowych na jednostkê
regionalne
powierzchni zdjêcia (tzw.
1/km2 – 1/5 km2
1:50000 – 1:100000
próbkowanie) jest ustalana
póùszczegóùowe
zale¿nie od rodzaju zdjêcia,
2/km2 – 10000/km2
1:1000 – 1:50000
i szczegóùowe
wielkoœci obszaru, wielkoœci
struktur przewidzianych do
Na wiêkszej powierzchni terenu sieã
zdjêcia i od zadania geologicznego.
punktów pomiarowych zdjêcia jest
Próbkowanie uwzglêdnia równie¿ amplitudê
nieregularna. Dla potrzeb interpretacji,
badanej anomalii – mniejsze amplitudy
metodami interpolacji ró¿nego rodzaju takie
wymagaj¹ wiêkszego zagêszczenia
zdjêcie jest przeksztaùcane w regularn¹
punktów.
siatkê kwadratow¹. Warto dodaã, ¿e w
drodze wspóùpracy miêdzynarodowej,
Zdjêcia rekonesansowe prowadzone
metod¹ pomiarów satelitarnych rozpoczêto
s¹ w ramach zwiadu geofizycznego na
wykonywanie zdjêã grawimetrycznych i
terenie caùkowicie nierozpoznanym pod
magnetycznych dla caùej Ziemi. Przykùadem
wzglêdem grawimetrycznym;
na to jest spektakularna misja satelitarna
o
podkùad topograficzny – skala od
GRACE1, http://www.gfz1:500 000 do 1:200 000,
potsdam.de/pb1/op/grace/index_GRACE.html,
o
próbkowanie – 1 punkt pomiarowy na
która miêdzy innymi sùu¿y do wyznaczenia
obszarze o powierzchni od 5 do 400 km2.
geoidy z dokùadnoœci¹ 1 mm.
Zdjêcia regionalne sùu¿¹ do badania
budowy geologicznej danego regionu;
Cele geologiczne zdjêã
o
podkùad topograficzny – skala od
grawimetrycznych: Bêd¹ omówione
1:50 000 do 1:100 000,
rodzaje zdjêã, które wykonuje siê w
o
próbkowanie – 1 punkt pomiarowy na
poszukiwaniach zùó¿ ropy naftowej i gazu,
obszarze o powierzchni od 1 do 5 km2,
mineraùów oraz w zastosowaniach
Zdjêcia póùszczegóùowe i
mikrograwimetrii do prac budowlanych i
szczegóùowe wykonywane s¹ w celu
poszukiwañ archeologicznych. Ogólnie
badania lokalnych struktur geologicznych;
definiuje siê dwa cele geologiczne;
o
podkùad topograficzny – skala od
(a) znajdowanie struktur geologicznych
1:1000 do 1:50 000,
(b) opracowanie mapy dla danej struktury
o
próbkowanie – od 2 do 10 000
albo jednostki geologicznej (kartowanie) w
punktów pomiarowych na obszarze o
oparciu o wyniki pomiarów
powierzchni 1 km2, (2p./ 1km2 - 1p./ 100 m2
grawimetrycznych.
, oczko sieci; 1000 m – 10 m)
Odpowiednio do tych celów wykonuje siê
Zdjêcia regionalne oraz póùszczegóùowe i
zdjêcia grawimetryczne w standardowym
szczegóùowe wykonuje siê w dwóch
zakresie odlegùoœci miêdzy punktami
etapach;
pomiarowymi 5 m – 20 km . Wybór tej
i.
Pomiary w sieci podstawowej – punkty
1
pomiarowe (bazowe) rozmieszcza siê
GRACE jest skrótem od nazwy programu Gravity
Recovery and Climate Experiment
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
3/10
25 paêdziernika 2006
odlegùoœci, tzw. oczka sieci uzale¿nia siê od
zaùo¿onej gùêbokoœci i rozmiarów szukanej
albo danej anomalii a tak¿e jej amplitudy.
Tak wiêc oczko sieci jest maùe dla struktur
le¿¹cych pùytko i maùych a jest du¿e dla
gùêbokich i du¿ych struktur.
Poszukiwanie zùó¿ ropy naftowej i
gazu: te zùo¿a tworz¹ du¿e struktury
geologiczne, s¹ zatem badane przy pomocy
zdjêã regionalnych, w których jeden punkt
pomiarowy przypada na jednostkê
powierzchni sieci o rozmiarach 2 – 4 km2.
Ze wzglêdów praktycznych w niektórych
przypadkach, punkty pomiarowe
rozmieszcza siê na zamkniêtych
diagramach liniowych w granicach 66 km ,
przy odlegùoœci miêdzy kolejnymi punktami
0,5 – 1 km.
Poszukiwanie mineraùów: wykonuje siê
szczegóùowe zdjêcia grawimetryczne na
sieci punktów pomiarowych u¿ytej
uprzednio do badañ magnetometrycznych i
elektromagnetycznych. Oczko sieci; 15 –
30 m. Podkùad topograficzny, skala; 1:1000
– 1:50 000.
Mikrograwimetria i poszukiwania
archeologiczne: Oczko sieci ma wymiary od
0,5 m do kilku metrów. Celem pomiarów
mo¿e byã wykrywanie pustek lub podùo¿a
skalnego.
W geodezji, dla potrzeb aktualizacji
punktów wieczystych mo¿na okresowo
sprawdzaã ich wysokoœã npm. wyznaczaj¹c
wkùad poprawki wolnopowietrznej do
wartoœci zredukowanej siùy ciê¿koœci w tym
punkcie.
Poszukiwania grawimetryczne mog¹ byã
prowadzone na l¹dzie, na morzu i na dnie
morskim oraz z powietrza lub z orbity
satelitarnej. Bù¹d pomiaru anomalii siùy
ciê¿koœci w tych œrodowiskach zale¿y od
jakoœci sieci punktów pomiarowych. Jakoœã
sieci ksztaùtuje siê odpowiednio do
regularnoœci sieci oraz precyzji, z jak¹
wyznacza siê wspóùrzêdne punktu
pomiarowego (elewacjê i szerokoœã
geograficzn¹). Zarazem te kwestie s¹
mocno zwi¹zane z czasochùonnoœci¹ i
kosztami prac.
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
Gêstoœã i porowatoœã mineraùów i
skaù:
Ciê¿ar objêtoœciowy skaù i mineraùów jest
podstawowym parametrem w grawimetrii
poszukiwawczej, gdy¿ jego zró¿nicowanie
jest gùównym powodem wystêpowania
anomalii grawimetrycznych na Ziemi. Ciê¿ar
objêtoœciowy skaùy danego rodzaju mo¿e
byã inny w ró¿nych regionach a nawet w
ró¿nych miejscach tej samej formy
geologicznej, taki efekt wystêpuje na
przykùad w skrzydle i w j¹drze synkliny lub
antykliny.
Ciê¿ary objêtoœciowe, [g/cm3] oraz
ich zakresy zmiennoœci dla skaù
osadowych, skaù magmowych i
metamorficznych oraz surowców
mineralnych, wg
W. M. Telford et al. Applied Geophysics,
sec ed. (Cambridge, 1990)
L.p.
Osady
(uwodnione)
1 Utwory
powierzchniowe
2 Gleba
3 Glina
4 Ýwir
5 Piasek
6 Piaskowiec
7 £upek ilasty
8 Wapieñ
9 Dolomit
10 Skaùy osadowe,
œrednia
gêstoœã
œrednia
1,92
1,2 – 2,4
1,63 – 2,6
1,7 – 2,4
1,7 – 2,3
1,61 – 2,76
1,77 – 3,2
1,93 – 2,90
2,28 – 2,90
1,92
2,21
2,0
2,0
2,35
2,40
2,55
2,70
2,50
Skaùy osadowe charakteryzuj¹ siê du¿¹
porowatoœci¹, w odró¿nieniu od skaù
magmowych i metamorficznych. To jest
powodem du¿ej zmiennoœci ich ciê¿aru
wùaœciwego.
L.p.
1
2
3
4
5
6
7
8
Skaùy
magmowe
Andezyt
Bazalt
Dioryt
Gabro
Granit
Lawa
Perydotyt
Sk.
gêstoœã
2,4 – 2,8
2,70 – 3,30
2,72 – 2,99
2,70 – 3,50
2,50 – 2,81
2,80 – 3,00
2,78 – 3,37
2,30 – 3,11
œrednia
2,61
2,99
2,85
3,03
2,64
2,90
3,15
2,61
4/10
25 paêdziernika 2006
9
1
2
3
4
5
6
7
8
magmowe
kwaœne
Sk.
magmowe
zasadowe
Skaùy
przeobra¿one
Amfibolit
Eklogit
Gnejs
Kwarcyt
£upek
Marmur
Serpentyn
Szarogùaz
2,09 – 3,17
2,79
œrednia
gêstoœã
2,90 – 3,04
3,2 – 3,54
2,59 – 3,0
2,50 – 2,70
2,7 – 2,9
2,6 – 2,9
2,4 – 3,10
2,6 – 2,7
2,96
3,37
2,80
2,60
2,79
2,75
2,78
2,65
Skaùy magmowe i metamorficzne maj¹
najwy¿sze ciê¿ary objêtoœciowe, zale¿ne
gùównie od skùadu mineralnego i tekstury a
ich porowatoœã jest rzêdu 0,5 – 2 %. Skaùy
metamorficzne mog¹ byã pochodzenia
magmowego lub osadowego a ich ciê¿ar
objêtoœciowy znacz¹co zale¿y od stopnia
przeobra¿enia. W procesie metamorficznym
ciê¿ar objêtoœciowy tych skaù mo¿e
zarówno zwiêkszyã siê jak i zmniejszyã.
1
2
3
4
5
6
7
8
Mineraùy metaliczne –
tlenki i karbonatyty
Boksyt
Hematyt
Ilmenit
Kasyteryt
Limonit
Magnetyt
Rutyl
Syderyt
1
2
3
4
5
6
Mineraùy metaliczne –
siarczki i arsenki
Arsenopiryt
Chalkopiryt
Galena
Malachit
Markazyt
Piryt
gêstoœã
2,3 – 2,55
4,9 – 5,3
4,3 – 5,0
6,8 – 7,1
3,5 – 4,0
4,9 –5,2
4,18 – 4,3
3,7 – 3,9
gêstoœã
5,9 – 6,2
4,1 – 4,3
7,4 – 7,6
3,9 – 4,03
4,7 – 4,9
4,9 – 5,2
œrednia
2,45
5,18
4,67
6,92
3,78
5,12
4,25
3,83
œrednia
6,1
4,2
7,5
4,0
4,85
5,0
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Mineraùy
niemetaliczne
Anhydryt
Antracyt
Baryt
Gips
Grafit
Kaolinit
Kalcyt
Kreda
Kwarc
Ortoklaz
Ropa naftowa
Sól kamienna
Wêgiel brunatny
Wêgiel kamienny
Woda morska
gêstoœã
2,29 – 3,0
1,34 – 1,8
4,3 – 4,7
2,2 – 2,6
1,9 – 2,3
2, - 2,63
2,6 – 2,7
1,53 – 2,6
2,5 – 2,7
2,5 – 2,6
0,6 – 0,9
2,1 –2,6
1,1 – 1,25
1,2 – 1,5
1,01 – 1,05
œrednia
2,93
1,50
4,47
2,35
2,15
2,53
2,01
2,65
2,22
1,19
1,32
-
Kompakcja jest równie¿ czynnikiem
ró¿nicuj¹cym gêstoœã mineraùów i skaù.
Kompakcja utworów geologicznych zale¿y
od (1) gùêbokoœci ich wystêpowania obecnie
i w przeszùoœci (2) ciê¿aru warstw
nadlegùych (3) skùadu mineralnego (4)
struktury i (5) procesów geologicznych,
jakim skaùa byùa poddana w swej historii. Na
przykùad, przy zmianie gùêbokoœci od 600 m
do 1700 m, ciê¿ar objêtoœciowy muùowców i
muùków mezozoicznych wzrasta o ok.
0,5 g/cm3. Znajomoϋ krzywych kompakcji
ma szczególne znaczenie w geofizyce
poszukiwawczej, pomaga zrozumieã
przyczyny niektórych anomalii siùy
ciê¿koœci, pozwala na dokùadniejsze
wyznaczenie gùêbokoœci wystêpowania ciaù
zaburzaj¹cych, umo¿liwia ustalenie
rzeczywistego kontrastu gêstoœciowego
miêdzy ciaùem zaburzaj¹cym i otoczeniem.
Wieloznacznoœã interpretacji zdjêã
grawimetrycznych: Niektóre metody
iloœciowej interpretacji anomalii
grawimetrycznych s¹ wieloznaczne, dlatego
¿e siùa ciê¿koœci ma naturê potencjaln¹.
Interpretuj¹c jedno i to samo pole anomalii
wywoùane przez jakieœ ciaùo zaburzaj¹ce
mo¿emy na ogóù stwierdziã, ¿e
obserwowany rozkùad anomalii siùy
ciê¿koœci mo¿e byã wywoùany przez ró¿ne
rozkùady mas zaburzaj¹cych. Tak wiêc,
wieloznaczne s¹ metody interpretacji
jakoœciowej oraz iloœciowe metody
interpretacji bezpoœredniej. Do tych
5/10
25 paêdziernika 2006
ostatnich zaliczaj¹ siê metody doboru i
metody punktów charakterystycznych, które
dostarczaj¹ informacji o parametrach ciaù
zaburzaj¹cych jedynie na podstawie
obserwowanego rozkùadu siùy ciê¿koœci.
Podstawowe czynniki ograniczaj¹ce
wieloznacznoœã interpretacji s¹ to:
i. znajomoœã gêstoœci ciaù zaburzaj¹cych –
daje najsilniejsze ograniczenie, niekiedy
nawet w stopniu caùkowitym.
ii. Wartoœci graniczne gêstoœci ciaùa
zaburzaj¹cego wynikaj¹ce z przyjêtego
zakresu gêstoœci – gùêbokoœã
wystêpowania ciaùa zaburzaj¹cego
wyznaczona z pomierzonego rozkùadu
anomalii siùy ciê¿koœci bêdzie le¿aùa w
przedziale wartoœci ograniczonym z góry
i z doùu.
iii. Metoda caùkowa interpretacji
bezpoœredniej pozwala wyznaczyã w
sposób jednoznaczny masê ciaùa
zaburzaj¹cego, jego objêtoœã i œrodek
ciê¿koœci oraz przekrój poprzeczny (z
wyj¹tkiem peùnego ksztaùtu).
iv. Wspóùczeœnie, w dobie informatyzacji,
stosowane s¹ metody numerycznego
modelowania struktur geofizycznie
anomalnych. Modelowanie numeryczne
polega na rozwi¹zaniu przy u¿yciu
komputera o du¿ej mocy obliczeniowej
tzw. problemu odwrotnego2. T¹ drog¹
wyznaczamy parametry grawimetrycznie
anomalnego lub magnetycznie czynnego
ciaùa bezpoœrednio z pola anomalii. Taki
wynik sam w sobie nadal bêdzie
niejednoznaczny. Odpowiedê modelu
jest to szeroko rozumiany termin
okreœlaj¹cy rezultat optymalnego
dopasowania modelu struktury do
okreœlonego typu danych geofizycznych.
Dopasowanie to uzyskujemy
numerycznie metod¹ najmniejszych
kwadratów – w zagadnieniach liniowych,
lub metod¹ Monte Carlo – w
zagadnieniach nieliniowych. W celu
uzyskania mo¿liwie jednoznacznych
wyników wskazane jest podejœcie
kompleksowe – wtedy struktura mo¿e
Metodê problemu odwrotnego zaliczamy do grupy
iloœciowych metod interpretacji bezpoœredniej
2
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
byã jednoczeœnie modelowana na
podstawie ró¿nego rodzaju danych
geofizycznych, np. zdjêcia
grawimetrycznego i pomiarów
sejsmicznych albo geoelektrycznych.
Równie¿ interpretacja metodami
klasycznymi coraz czêœciej jest
wykonywana numerycznie za pomoc¹
komputera. Wtedy wszelkie wyniki
pomiarów geofizycznych, po uprzednim
scyfrowaniu (digitalizacji, ang. digit cyfra), s¹ zbierane w postaci baz
danych.
3. ZAKRES ZASTOSOWAÑ METOD
GRAWIMETRYCZNYCH
Metody grawimetryczne s¹ stosowane w
geologii do:
a) Celów rozpoznawczych w
poszukiwaniach zùó¿ ropy naftowej i
gazu,
b) Úcisùej, iloœciowej interpretacji danych
sejsmicznych,
c) poszukiwañ zùó¿ mineraùów –jako
szczegóùowe badania po wczeœniejszym
rozpoznaniu anomalii magnetycznych i
elektromagnetycznych,
d) geologii in¿ynierskiej i badañ
archeologicznych – na etapie
rozpoznawczym, w niektórych
sytuacjach wykonuje siê zdjêcia anomalii
lokalnych w zakresie interpretacji
jakoœciowej razem z pomiarami
elektrooporowymi lub sejsmicznymi.
Metody geomagnetyczne s¹ stosowane
w geologii do:
a) Poszukiwania zùó¿ rud ¿elaza
b) Badania podùo¿a krystalicznego
przykrytego kompleksem utworów
osadowych
c) Wykrywania ¿yù, dajek, potoków
wulkanicznych itp.
d) Wykrywania stref silnych anomalii
magnetycznych zwi¹zanych z
serpentynitami.
e) w hydrogeologii i geologii in¿ynierskiej
do badania ruchu osuwisk oraz do
6/10
25 paêdziernika 2006
rozpoznawania morfologii stropu skaù
magmowych i metamorficznych
le¿¹cego blisko powierzchni terenu.
a) Dokùadne pomiary pod ziemi¹, do
wykrywania maùych struktur niewidocznych
na zdjêciach z powierzchni Ziemi.
4. MIKROGRAWIMETRIA
gszw - poprawki na skùadow¹ pionow¹ siùy
przyci¹gania wyrobisk i szybów górniczych,
stosowane w mikrograwimetrii górniczej,
Badanie zwi¹zku pomiêdzy anomali¹
b) Problemy górnicze - wykrywanie
grawimetryczn¹ a budow¹ struktury
niejednorodnoœci gêstoœciowych,
geologicznej na przykùadzie regionalnej
rozpoznawanie niecek, uskoków,
jednostki geologicznej: Przyjêtymi
wyklinowañ, pustek poeksploatacyjnych,
metodami interpretacji geofizycznej
form antropogenicznych, odksztaùceñ
wyznacza siê rozkùad anomalii regionalnych
objêtoœciowych górotworu, predykcja
i nastêpnie oblicza siê anomalie rezydualne.
wstrz¹sów górniczych.
Przeprowadza siê analizê ciê¿arów
c)
Wykrywanie zùó¿ kruszcowych, w
objêtoœciowych próbek skaù pobranych z
szczególnoœci typu gniazdowego.
otworów wiertniczych i wyznacza œrednie
d) Poszukiwanie i badanie jaskiñ wa¿one wartoœci ciê¿aru objêtoœciowego
rozpoznanie
dla potrzeb geologii krasowej.
dla rozpoznanych utworów. Wykonuje siê
wykresy zmiennoœci ciê¿aru objêtoœciowego
e) Archeologia – wykrywanie struktur
wzglêdem gùêbokoœci pobrania próbki, w
antropogennych.
zestawieniu z przekrojem litologicznym. Na
Wielkoœã bezwzglêdnych wartoœci
podstawie tego mo¿na rozpoznaã granice
anomalii
Bouguer’a badanych metodami
rozdziaùu gêstoœci i pasy grawimetrycznie
3
mikrograwimetrii
le¿y w przedziale 0,002 –
anomalne. Jeœli istnieje gùówna granica
0,5 mGal, przy czym anomalie tej wielkoœci
rozdziaùu (nieci¹gùoœci) ciê¿aru
zajmuj¹
obszar o powierzchni w granicach
objêtoœciowego skaù, to jej szkic strukturalny
od 5 do 5000 m2.
daje obraz rozkùadu anomalii regionalnych
siùy ciê¿koœci i pozwala okreœliã ich genezê.
Mikrograwimetryczna anomalia
Zestawienie danych grawimetrycznych i
Bouguer’a g jest liczona za pomoc¹
przekroju sejsmicznego (przewodni
redukcji, w której obok standardowych
horyzont refleksyjny w sp¹gu utworów
poprawek, topograficznej, wolnopowietrznej
nadlegùych wobec struktury regionalnej)
i poprawki na pùytê, wystêpuj¹ dodatkowe
umo¿liwia rozpoznanie ksztaùtu krzywych
specjalne poprawki;
anomalii rezydualnych siùy ciê¿koœci.
Zakres
zastosowañ
g  g  gu  gszw  gls  gt  0,3086 h  0,04187   (H  h)   R. (1)
metod
geofizycznych
rozszerzyù siê ju¿ na dziedziny zwi¹zane z
gdzie, +0,04187H jest to poprawka dla
ochron¹ œrodowiska. Metody te s¹
pomiarów podziemnych, H – gùêbokoœã
stosowane na przykùad do œledzenia
punktu pomiarowego liczona od
migracji zanieczyszczeñ w wodach
powierzchni Ziemi,
podziemnych. Grawimetrycznie mo¿na na
gu - poprawka urbanistyczna na siùê
przykùad œledziã zmiany gùêbokoœci
przyci¹gania budowli znajduj¹cych siê na
wystêpowania lustra wód gruntowych i
obszarze zdjêcia, tak¿e w jego bliskim
zwi¹zane z tym ruchy powierzchni terenu.
s¹siedztwie,
Cele mikrograwimetrii s¹ to miêdzy
innymi;
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
Firmy produkuj¹ce sprzêt geofizyczny maj¹ obecnie w
ofercie handlowej grawimetry o dokùadnoœci 1 Gal, czyli
0,001 mGal.
3
7/10
25 paêdziernika 2006
gls - poprawki lunisolarne, wprowadzane w
przypadku, gdy czas trwania pomiarów jest
dùu¿szy od szeœciu godzin.
h - mi¹¿szoœã warstwy redukowanej, dla
punktów pomiarowych na wysokoœci h
(odlegùoœã w metrach) wzglêdem poziomu
odniesienia. Gdy poziom odniesienia le¿y
na powierzchni morza, to stosujemy h>0 dla
punktów le¿¹cych ponad poziomem morza i
h<0 dla punktów znajduj¹cych siê poni¿ej
poziomu morza.
 - wartoœã normalna siùy ciê¿koœci na
poziomie odniesienia,
g – pomierzona wartoœã siùy ciê¿koœci.
Metodyka pomiarów - wykonuje siê
pomiary wzglêdne w sieci podstawowej i
wypeùniaj¹cej, na podstawie których dla
ka¿dego punktu sieci wyznacza siê
przyrosty siùy ciê¿koœci wzglêdem
wybranego punktu podstawowego. Nale¿y
bardzo precyzyjnie wyznaczaã zarówno
poùo¿enie punktów, wszystkie poprawki,
wartoœã siùy ciê¿koœci (przynajmniej z
dokùadnoœci¹ rzêdu 5 Gal) jak i dryft
grawimetru. Dla potrzeb redukcji Bouguer’a,
w przypadku konkretnego zdjêcia, ustala siê
lokalny poziom odniesienia, taki ¿e najni¿ej
poùo¿ony punkt pomiarowy zdjêcia powinien
znajdowaã siê na tym poziomie (wtedy dla
tego punktu h = 0, tzn. nie ma warstwy
redukowanej). Oczko sieci jest równe
s = 0,5 – 5 m. Gêstoœã sieci nale¿y dobieraã
odpowiednio do spodziewanej amplitudy
mikroanomalii4. Sieã pomiarow¹, zale¿nie
od potrzeb, nawi¹zuje siê do punktu
podstawowego na powierzchni Ziemi.
Stosowane jest porównywanie zdjêã
podziemnych z naziemnymi.
5. ATLAS GRAWIMETRYCZY
POLSKI
Atlas grawimetryczny Polski [7]
wykonano na podstawie szczegóùowego
zdjêcia grawimetrycznego dla liczby
punktów pomiarowych równej 832589.
Oczko sieci musi byã odpowiednio maùe dla mniejszych
amplitud.
Pomiary na l¹dzie przeprowadzono w
latach 1957 – 1989 (wykonane
grawimetrami typu Ascania, Scintrex,
Sharpe, Soden i Worden), zaœ pomiary na
morzu w latach 1978 – 1980. Dokùadnoœã
pomiarów na l¹dzie wynosiùa dla sieci
podstawowej 0,02 mGal, natomiast dla
pomiarów wypeùniaj¹cych 0,035 mGal;
œredni bù¹d pomiaru rzêdnej punktu
pomiarowego  5 cm.
Dokonano unifikacji danych w systemie
IGSN71 (Int. Gravity Standarization Net
1971; G. P. Woolard 1979), w wyniku czego
od wartoœci siùy ciê¿koœci uzyskanej w
systemie poczdamskim odejmuje siê staù¹
wartoϋ 14 mGal .
Anomalie Bouguer’a byùy wyliczone dla
staùej jak i zmiennej gêstoœci warstwy
redukowanej. Wartoœci anomalii pierwotnie
wyznaczone wzglêdem pola normalnego
Helmerta zostaùy przeliczone wzglêdem
pola normalnego GRS80. W rezultacie tych
zmian wartoœci anomalii na terenie Polski
wzrosùy œrednio o 4 mGal. Wartoœci
anomalii Bouguer’a na l¹dzie s¹
wyznaczone wg;
g  g  (0,3086  h  0,0419   s  h)   0 R. (2)
gdzie h Рwysokoϋ npm w metrach,
s = 2,67 g/cm3 – gêstoœã warstwy
granitowej skorupy Ziemi. Wartoœci anomalii
Bouguer’a na morzu s¹ wyznaczone wedùug
wzoru5;
g  g  0,0419  ( s   w )  H   0
R. (3)
gdzie, H - gùêbokoœã morza w metrach,
w = 1,03 g/cm3 – gêstoœã wody morskiej.
Anomalie regionalne wyznaczono
metod¹ Griffina stosuj¹c promieñ
uœrednienia anomalii Bouguer’a równy
20 km. Zakres zmian anomalii regionalnych
wynosi od 79 mGal (rejon Chy¿nego w
Karpatach), do 27 mGal (anomalia Úlê¿y,
Dolny Úl¹sk). Úrednia anomalia
grawimetryczna Polski wynosi 17,5 mGal.
4
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
5
Nie ma tu poprawki topograficznej
8/10
25 paêdziernika 2006
Dokonano nowego podziaùu kraju na
regionalne jednostki grawimetryczne.
Zrezygnowano przy tym z izolinii zerowej
anomalii Bouguer’a jako granicy miêdzy
jednostkami na rzecz osi anomalii moduùu
gradientu poziomego siùy ciê¿koœci6;
g
 g   g 
     
s
 x   y 
2
2
R. (4)
Nowe granice miêdzy jednostkami
regionalnymi maj¹ swoje odpowiedniki
geologiczne a ich przebieg dobrze
odzwierciedla kontur rowu duñskopolskiego. Miêdzy innymi, tak¿e morfologia
stropu podùo¿a krystalicznego oraz
uksztaùtowanie powierzchni Moho wnosz¹
rozpoznawalny wkùad do rozkùadu
regionalnych anomalii Bouguer’a.
Pomiary grawimetryczne w Polsce s¹
nadal wykonywane zarówno przez
geologiczne i geofizyczne firmy
poszukiwawcze, jak i dla potrzeb geofizyki
podstawowej.
6
S¹ to punkty, gdzie g  0
s
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
9/10
25 paêdziernika 2006
6.
LITERATURA
[1] Zbigniew Fajklewicz red., Zarys geofizyki stosowanej (Wydawnictwa Geologiczne,
Warszawa, 1972)
[2]
[3]
[4]
Edward Stenz i Maria Mackiewicz, Geofizyka ogólna (PWN, Warszawa, 1964)
Roman Teysseyre red., Fizyka i ewolucja wnêtrza Ziemi, t II
Przemysùaw Stenzel, Jacek Szymanko, Metody geofizyczne w badaniach
hydrogeologicznych i geologiczno-in¿ynierskich (Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa,
1973)
[5] R. P. Feynman, Feynmana wykùady z fizyki (PWN, Warszawa, 1968)
[6]
W. M. Telford et al., Applied Geophysics. Second Edition (Cambridge Univ. Press, 1990)
[7] Czesùaw Królikowski, Zdzisùaw Petelski, Atlas Grawimetryczny Polski, (PIG, Warszawa,
1999)
E:\G E O F\GEOLOGIA\Geo-Img'06\W-GeoP_Imgr'06.doc
10/10