Геофизичке методе

Из Википедије, слободне енциклопедије

Геофизичке методе су методе које се користе у примењеној геофизици. Заснивају се на испитивању природних или вештачки створених физичких поља у циљу решавања одређених геолошких или геотехничких проблема, или проналажења објеката човекове делатности испод Земљине површи (нпр. у археологији).

Свака геофизичка метода везана је за проучавање и мерење једног својства стена које се налазе у полупростору. На основу тога које својство стена се проучава (не и мери, због тога што се ниједно својство стена директно не мери, већ се рачуна), геофизичке методе подељене су на следеће:

Геофизичке методе могу се применити са извесне удаљености од површи испитиваног материјала, директно са површи испитиваног материјала (површински), или испод површи испитиваног материјала - у његовој унутрашњости (потповршински). Када се примењују потповршински, могу се применити у галеријама рудника, пећинама или у бушотинама. У овом последњем случају геофизичка испитивања се називају каротажним испитивањима.

Циљ примене геофизичких метода јесте истраживање Земљине унутрашњости, али и вештачких објеката, на пример за потребе грађевинарства или археологије. Геофизичка испитивања грађе Земље обухватају домен читаве планете, те могу бити извођена у циљу испитивања горњих делова Земљине коре, али и у циљу дефинисања дубоких структура Земље за шта се на пример користи анализа телесеизама. Поље примене геофизике заснива се на анализи расподеле вредности појединих физичких својстава испитиване средине (густине, магнетске сусцептибилности, брзине простирања сеизмичких таласа, електричне проводљивости, топлотне проводљивости, радиоактивности, итд.).

Значај геофизичких метода лежи у томе што се њиховом применом омогућава лакше, брже и економичније решавање геолошких проблема уопште, а посебно оних везаних за истраживање лежишта минералних сировина, водоснабдевање или коришћење тла за изградњу грађевинских и хидротехничких објеката.

Гравиметријска метода[уреди]

Заснива се на коришћењу поља Земљине теже као природног физичког поља глобалног карактера.

При примени гравиметријске методе, то поље се испитује на основу одређивања вредности гравитационог убрзања у тачкама посматрања, распоређеним у испитиваној области. Такође, могу да се мере хоризонтални и вертикални градијенти убрзања Земљине теже, као и величине везане за кривину еквипотенцијалне функције Земљине теже.

Неправилан распоред маса, пре свега у Земљиној кори, модификује силу привлачења као компоненту силе теже, и доводи до појаве аномалија у гравитационом убрзању, у односу на оно стање које би постојало да је Земља изграђена од хомогених, елипсоидних слојева (језгро, омотач, кора). Постојање аномалија убрзања Земљине теже и структура тог аномалијског поља у испитиваној области рефлектују стварну грађу, пре свега Земљине коре, и омогућују да се интерпретацијом резултата гравиметријских испитивања успостави кореспонденција између аномалија убрзања Земљине теже и структуре Земљине коре, па тиме реше и одређени геолошки проблеми.

Битан услов за успешну примену гравиметријске методе јесте постојање разлике у густини између метеријала од кога је нека структура изграђена, и околних стена.

Гравиметријска метода користи се понајвише при истраживању лежишта нафте, али и осталих минералних сировина, као и при решавању проблема из домена регионалне геологије.

Геомагнетска метода[уреди]

Протонски магнетометар

Геомагнетска метода заснива се на мерењу интензитета магнетског поља Земље, и каснијег тумачења тих вредности, што се користи за утврђивање геолошке грађе одређеног истраживаног подручја.

Геомагнетска метода дели се на више поступака: терестричка геомагнетска мерења, аеромагнетска мерења, палеомагнетизам, археомагнетизам.

Терестричка геомагнетска мерења врше се приликом разних истраживања у геологији, пре свега приликом истраживања лежишта минералних сировина. Мерења се, том приликом, врше директно на терену, инструментима који се називају магнетометри.

Аеромагнетска мерења врше се надповршински, приликом истраживања већег подручја, када је магнетометар смештен у репу авиона, или је монтиран на хеликоптеру.

Палеомагнетска мерења користе се приликом истраживања магнетизма стена током геолошке прошлости, тј. утврђивања њене магнетизације у тренутку настанка стене.

Археомагнетизам користи се приликом истраживања археолошких налазишта, а поступак се углавном своди на исте поступке који се примењују приликом палеомагнетских истраживања.

Геоелектрична метода[уреди]

Електрода, која се користи у електрометрији
Извор напајања
Инструмент за примену СЕО поступка

Најразноврснија и најмногобројнија метода геофизичких испитивања. Заснива се на коришћењу и природних и вештачких физичких поља - електричних.

Природна поља могу да буду глобалног карактера (електрично поље Земље) и локалног карактера (поље електричних пражњења у атмосфери, поље сопственог потенцијала).

Вештачка поља се стварају непосредним одашиљањем једносмерне струје у Земљу - стенску масу (галвански начин напајања).

Основни услов за успешну примену геоелектричне методе представља постојање разлика у електричној проводљивости полупростора испод Земљине површи: те разлике модификују ток струјних линија у односу на њихов ток у хомогеном полупростору, што повлачи и модификацију расподеле линија сила електричног поља на Земљиној површи, где се посматрања најчешће врше. Тако се одређена геолошка грађа испитиваног терена рефлектује на посматрано физичко поље и преко тога поља може, у принципу, да се утврди.

Подела геоелектричних поступака се може извршити на основу параметра који се приликом примене методе одређује. Тако се могу издвојити поступак специфичне електричне отпорности (СЕО), поступак односа пада потенцијала (ОПП), поступак сопственог потенцијала (СП), поступак индуковане поларизације, итд.

На основу утврђених закономерности у променама тих параметара, решавају се постављени геолошки проблеми.

Електромагнетска метода[уреди]

Припада групи геоелектричних метода, али се издваја од њих због тога што се у току примене ове методе користи наизменична струја. Мерењем секундарних електромагнетских поља, створених радом генератора променљиве струје, који може да буде и неки од природних процеса.

Углавном се примењује при истраживању рудних тела, мада су у новије време разрађени и поступци који могу да се примене и при истраживању воде, блископовршинских делова тла, и слично.

Сеизмичка метода[уреди]

Један од могућих начина изазивања сеизмичких таласа - ударцем чекићем у површину Земље (овај поступак изазивања таласа користи се само код плитких рефракционих истраживања)
Геофон, инструмент за регистровање наиласка сеизмичких таласа

Развила се на основу сазнања која је пружила сеизмологија, па се заснива на феномену преношења еластичних деформација у виду еластичних таласа кроз ограничене непрекидне средине - стенске масе које изграђују Земљину кору. Ти таласи могу настати природно или се изазивају посебним поступцима, који у суштини представљају минијатурне вештачке земљотресе, па се отуда, као и у сеизмологији, називају сеизмичким таласима. Карактеришу се вишим фреквенцијама у односу на одговарајуће таласе настале при природним земљотресима.

Вештачки изазване еластичне деформације у стенским масама преносе се кроз те масе првенствено као лонгитудинални, трансверзални и површински таласи. Простирање сеизмичких таласа врши се сходно Хајгенсовом и Ферматовом принципу (по коме сеизмички таласи од извора до пријемника, без обзира на средину кроз коју се простиру, стижу за најкраће време). При свом простирању кроз Земљину кору, сеизмички таласи се преламају и одбијају на дисконтинуитетима у еластичној средини. То су границе средина различитих еластичних својстава окарактерисаним пре свега наглим променама брзина сеизмичких таласа. Због тога разлика у тим брзинама код геолошких средина представља основни услов за успешну примену сеизмичке методе.

У домену сеизмичке методе разликују се три поступка. То су поступци осматрања простирања директних таласа, рефрактованих (преломљених) таласа или рефлектованих (одбијених) таласа. Параметар који је кључан при примени ове методе је брзина простирања сеизмичких таласа, односно време потребно да сеизмички талас пређе одређену путању између познатих положаја његовог извора и тачке у којој се посматра његов наилазак.

Геофизички каротаж[уреди]

Геофизички каротаж представља примену геофизичких метода у бушотини, чиме се добијају подаци који леже дуж осе бушотине, као и у уској зони око бушотине. Циљ геофизичког каротажа је да се о средини кроз коју је бушено добију подаци применом геофизичких метода.

Геофизичке методе које се могу применити потповршински у виду геофизичког каротажа нарочито су разрађене ради испитивања бушотина за истраживање и експлоатацију нафте, али су нашле примену и код испитивања у бушотинама које се изводе ради истраживања воде, угља, боксита, рудних лежишта полуметаличних руда, геотехничких радова и друго.

Задатак геофизичког каротажа је да се на основу сондажних мерења одреде границе формација, дебљине слојева, густина, порозност, садржај и особине флуида и однос флуида према чврстој фази стена, пропустљивост, хидростатички притисак у слоју, температура, као и да се одреди могућа производња флуида из дате бушотине: положај у простору и попречни пресеци дуж осе бушотине. Специфичан вид геофизичког каротажа је његово извођење у току процеса производње.

Мада у бушотинама могу да се изводе све врсте геофизичких испитивања, у геофизичком каротажу доминантну улогу имају геоелектрична метода, радиоактивни каротаж (гама, гама - гама и неутрон - гама), сеизмичка метода, термокаротаж и магнетски каротаж. Неке врсте каротажа могу да се изводе помоћу микросонди, и називају се микро - каротажи. При геофизичком каротажу, величина простора око бушотине, који се испитује, зависи од система који се примењује, а генерално се сматра да износи од неколико милиметара до неколико десетина сантиметара.

Даљинска детекција[уреди]

Даљинска детекција представља метод прикупљања информација путем система који нису у директном, физичком контакту са испитиваном појавом или објектом. Принцип даљинске детекције своди се на систематско мерење и бележење одбијене или емитоване електромагнетске енергије и тумачење утврђених аномалија разликама у својствима испитиваних објеката. Даљинска детекција користи се у другим геофизичким истраживањима, геолошким (тектонским, геолошком картирању, геотехничким, истраживањима лежишта минералних сировина), еколошким, војним истраживањима, у геодезији, приликом израде географских информационих система, итд.

Литература[уреди]

  1. Gadallah M., Fisher R. 2009. Exploration Geophysics. Berlin: Springer
  2. Lowrie W. 2007. Fundamentals of Geophysics. New York: Cambridge University Press
  3. Sheriff R. 2002. Encyclopedic dictionary of Applied Geophysics. Tulsa: Society of Exploration Geophysicists
  4. Yilmaz Ö. 2001. Seismic data analysis. Tulsa: Society of Exploration Geophysicists