Geofizičke metode
Ovaj članak sadrži spisak literature, srodne pisane izvore ili spoljašnje veze, ali njegovi izvori ostaju nejasni, jer nisu uneti u sam tekst. |
Geofizičke metode su metode koje se koriste u primenjenoj geofizici. Zasnivaju se na ispitivanju prirodnih ili veštački stvorenih fizičkih polja u cilju rešavanja određenih arheoloških, građevinskih, geoloških ili geotehničkih zadataka, ili pronalaženja objekata čovekove delatnosti ispod zemljine površine (npr. u arheologiji).
Svaka geofizička metoda vezana je za proučavanje i merenje jednog svojstva materijala koje se nalaze u poluprostoru. Na osnovu toga koje svojstvo materijala se proučava (ne i meri, zbog toga što se nijedno svojstvo materijala direktno ne meri, već se određuje), geofizičke metode podeljene su na sledeće:
- geofizička gravimetrija
- geofizička magnetometrija
- geofizička elektrometrija
- geofizička seizmometrija
- geofizička elektromagnetometrija
- geofizička morfometrija
- geofizička radiometrija
- geofizička termometrija
- geofizička dinnamometrija
Geofizičke metode mogu se primeniti sa izvesne udaljenosti od površi ispitivanog materijala, direktno sa površi ispitivanog materijala (površinski), ili ispod površine ispitivanog materijala - u njegovoj unutrašnjosti (potpovršinski). Kada se primenjuju potpovršinski, mogu se primeniti u galerijama rudnika, pećinama ili u bušotinama. U ovom poslednjem slučaju geofizička ispitivanja se često nazivaju karotažnim ispitivanjima.
Cilj primene geofizičkih metoda jeste istraživanje Zemljine unutrašnjosti, ali i veštačkih objekata, na primer za potrebe građevinarstva ili arheologije. Geofizička ispitivanja građe Zemlje obuhvataju domen koji prevazilazi dimenzije čitave planete, te mogu biti izvođena u cilju ispitivanja solarnog vetra, magnetosfera, gornjih delova Zemljine kore, ali i u cilju definisanja dubokih struktura Zemlje za šta se na primer koristi analiza teleseizama. Polje primene geofizike zasniva se na analizi raspodele vrednosti pojedinih fizičkih svojstava ispitivane sredine (gustine, magnetske susceptibilnosti, brzine prostiranja seizmičkih talasa, električne provodljivosti, toplotne provodljivosti, radioaktivnosti, itd.).
Značaj geofizičkih metoda leži u tome što se njihovom primenom omogućava lakše, brže i ekonomičnije rešavanje zadataka iz pomenutog spektra oblasti, a posebno onih vezanih za arheologiju, urbanizam, istraživanje ležišta mineralnih sirovina, vodosnabdevanje ili korišćenje tla za izgradnju građevinskih i hidrotehničkih objekata.
Gravimetrijska metoda uredi
Zasniva se na korišćenju polja Zemljine teže kao prirodnog fizičkog polja globalnog karaktera.
Pri primeni gravimetrijske metode, to polje se ispituje na osnovu određivanja vrednosti gravitacionog ubrzanja u tačkama posmatranja, raspoređenim u ispitivanoj oblasti. Takođe, mogu da se mere horizontalni i vertikalni gradijenti ubrzanja Zemljine teže, kao i veličine vezane za krivinu ekvipotencijalne funkcije Zemljine teže.
Nepravilan raspored masa, pre svega u Zemljinoj kori, modifikuje silu privlačenja kao komponentu sile teže, i dovodi do pojave anomalija u gravitacionom ubrzanju, u odnosu na ono stanje koje bi postojalo da je Zemlja izgrađena od homogenih, elipsoidnih slojeva (jezgro, omotač, kora). Postojanje anomalija ubrzanja Zemljine teže i struktura tog anomalijskog polja u ispitivanoj oblasti reflektuju stvarnu građu, pre svega Zemljine kore, i omogućuju da se interpretacijom rezultata gravimetrijskih ispitivanja uspostavi korespondencija između anomalija ubrzanja Zemljine teže i strukture Zemljine kore, pa time reše i određeni geološki problemi.
Bitan uslov za uspešnu primenu gravimetrijske metode jeste postojanje razlike u gustini između meterijala od koga je neka struktura izgrađena, i okolnih stena.
Gravimetrijska metoda koristi se ponajviše pri istraživanju ležišta nafte, ali i ostalih mineralnih sirovina, kao i pri rešavanju problema iz domena regionalne geologije.
Magnetometrijska metoda uredi
Magnetometrijska metoda zasniva se na merenju intenziteta magnetskog polja Zemlje, i kasnijeg tumačenja tih vrednosti, što se koristi za utvrđivanje strukture određenog istraživanog područja.
Magnetometrijska metoda deli se na više postupaka: terestrička magnetometrijska merenja, aeromagnetska merenja, paleomagnetizam, arheomagnetizam.
Terestrička magnetometrijska merenja vrše se prilikom raznih istraživanja u geologiji, pre svega prilikom istraživanja ležišta mineralnih sirovina. Merenja se, tom prilikom, vrše direktno na terenu, instrumentima koji se nazivaju magnetometri.
Aeromagnetska merenja vrše se nadpovršinski, prilikom istraživanja većeg područja, kada je magnetometar smešten u avionu, ili je montiran na helikopteru.
Paleomagnetska merenja koriste se prilikom istraživanja magnetizma stena tokom geološke prošlosti, tj. utvrđivanja njene magnetizacije u trenutku nastanka stene.
Arheomagnetizam koristi se prilikom istraživanja arheoloških nalazišta, a postupak se uglavnom svodi na iste postupke koji se primenjuju prilikom paleomagnetskih istraživanja.
Elektrometrijska metoda uredi
Metoda sa velikim brojem postupaka koji se mogu primeniti tokom geofizičkih ispitivanja. Zasniva se na korišćenju i prirodnih i veštačkih električnih polja.
Prirodna polja mogu da budu globalnog karaktera (električno polje Zemlje) i lokalnog karaktera (polje električnih pražnjenja u atmosferi, polje sopstvenog potencijala filtracije, itd.).
Veštačka polja se stvaraju neposrednim generisanjem i usmeravanjem jednosmerne struje u zonu istrađivanja (galvanski način napajanja).
Osnovni uslov za uspešnu primenu elektrometrijske metode predstavlja postojanje razlika u električnoj provodljivosti poluprostora ispod površine istražnog prostora. Te razlike modifikuju tok električnih linija sila u odnosu na njihov tok u homogenom poluprostoru, što povlači i modifikaciju raspodele električnog potencijala unutar, ili na površini istražnog prostora, gde se posmatranja najčešće vrše. Tako se određena građa ispitivanog terena reflektuje na posmatrano fizičko polje i preko toga polja može, u principu, da se utvrdi.
Podela elektrometrijskih postupaka se može izvršiti na osnovu parametra koji se prilikom primene metode određuje. Tako se mogu izdvojiti postupak specifične električne otpornosti (SEO), postupak odnosa pada potencijala (OPP), postupak sopstvenog potencijala (SP), itd.
Na osnovu utvrđenih zakonomernosti u promenama tih parametara, rešavaju se postavljeni zadaci.
Elektromagnetometrijska metoda uredi
Ova metoda je rekorder po broju različitih postupaka koje može primeniti. Ima ih više desetina i napretkom tehnologije, stalno se javljaju novi postupci. Neki od njih su IP (postupak izazvane polarizacije), MT (magnetotelurski postupak), VLF, TURAM, SLINGRAM, Geo radar, TEM, CSEM, CSAMT, itd. Bazira se na analizi prostiranja elektromagnetskog polja i pojave efekata koje ovo polje izaziva unutar, na, ili iznad istražnog prostora i ima izuzetno širok spektar primena.
Uglavnom se primenjuje pri obradi građevinskih objekata, arheoloških lokaliteta, rudnih tela, dubokih geoloških struktura, mada su u novije vreme razrađeni i postupci koji mogu da se primene i pri istraživanju vode, građevinskih konstrukcija, karakteristika tla u zoni malih dubina, i slično.
Seizmometrijska metoda uredi
Razvila se na osnovu saznanja koja je pružila seizmologija, pa se zasniva na fenomenu prenošenja deformacija čvrste elastične sredine u vidu talasa, koji putuje kroz ograničene neprekidne sredine, na primer - stenske mase, koje izgrađuju Zemljinu koru. Ti talasi mogu nastati prirodno ili se izazivaju posebnim postupcima, koji u suštini predstavljaju minijaturne veštačke zemljotrese, pa se otuda, kao i u seizmologiji, nazivaju seizmičkim talasima. Često su viših frekvencija u odnosu na odgovarajuće talase nastale pri prirodnim zemljotresima, a u nekim seizmometrijskim postupcima, primenjuju se i talasi na ultrazvučnim frekvencijama.
Veštački izazvane deformacije čvrste elastične sredine, prenose se u vidu longitudinalnih, transverzalnih a na kontaktu sa fluidima, u vidu površinskih talasa. Longitudinalni talasi su kompresivne prirode i nazivaju se još i P talasi. Transverzalni talasi su smičući talasi i nazivaju se još i S talasi. Prostiranje seizmičkih talasa vrši se shodno Hajgensovom i Fermeovom principu, po kome seizmički talasi (kao i u optici) od izvora do prijemnika, bez obzira na sredinu kroz koju se prostiru, putuju trasom, kojom stižu za najkraće vreme. Pri svom prostiranju kroz nehomogenu sredinu, seizmički talasi se prelamaju i odbijaju na diskontinuitetima, odnosno na granicama sredina različitih elastičkih svojstava. Razlika u elastičkim svojstvima kod čvrstih materijala, se ispoljava u vidu razlike u brzini prostiranja seizmičkih talasa. Zbog toga, razlika u brzinama prostiranja seizmičkih talasa u tim sredinama, predstavlja osnovni uslov za uspešnu primenu seizmometrijske metode.
Seizmometrijska metoda se često primenjuje u sredinama gde su prisutni fluidi, ili se čitav istražni prostor sastoji od fluida. Tada se deformacije ne prostiru samo u vidu seizmičkih talasa, već dolazi do pojave akustičkih, odnosno zvučnih talasa. Naime, seizmički talas se formira samo u čvrstim sredinama, dok se u fluidima, deformacija prostire u vidu akustičkih talasa, ili kako se to laički kaže - u vidu zvuka. Akustički talasi se prostiru samo u vidu longitudinalnih (kompresivnih) talasa. Razlog za to leži u činjenici da u fluidima, ne može doći do efekta smicanja, pa ne postoje transverzalni talasi. Često se u seizmometrijskoj praksi koristi termin - seizmoakustički talas, kako bi se jednim imenom obuhvatili efekti prostiranja seizmičkog i akustičkog talasa.
U domenu seizmometrijske metode razlikuju se tri postupka. To su postupci osmatranja prostiranja direktnih talasa, refraktovanih (prelomljenih) talasa ili reflektovanih (odbijenih) talasa. Parametar koji je ključan pri primeni ove metode je brzina prostiranja seizmičkih ili akustičkih talasa, odnosno vreme potrebno da seizmoakustički talas pređe određenu putanju između poznatih položaja njegovog izvora i tačke u kojoj se posmatra njegov nailazak.
Geofizički karotaž uredi
Geofizički karotaž ne predstavlja posebnu geofizičku metodu, već, podpovršinski vid primene jedne, ili češće, više geofizičkih metoda, integrisanima sondama, u bušotini, čime se dobijaju podaci koji leže duž ose bušotine, kao i u uskoj zoni oko bušotine. Cilj geofizičkog karotaža je da se o sredini kroz koju je bušeno, dobiju podaci o fizičkim svojstvima, primenom geofizičkih metoda.
Geofizičke metode koje se mogu primeniti potpovršinski u vidu geofizičkog karotaža, naročito su razrađene radi ispitivanja bušotina za istraživanje i eksploataciju nafte, ali su našle primenu i kod ispitivanja u bušotinama koje se izvode radi istraživanja vode, uglja, boksita, rudnih ležišta polumetaličnih ruda, geotehničkih radova i drugo.
Zadatak geofizičkog karotaža je da se na osnovu sondažnih merenja, odrede granice formacija, debljine slojeva, gustina, poroznost, sadržaj i osobine fluida i odnos fluida prema čvrstoj fazi stena, propustljivost, hidrostatički pritisak u sloju, temperatura, kao i da se odredi moguća proizvodnja fluida iz date bušotine: položaj u prostoru i poprečni preseci duž ose bušotine. Specifičan vid geofizičkog karotaža je njegovo izvođenje u toku procesa proizvodnje.
Mada u bušotinama mogu da se izvode sve vrste geofizičkih ispitivanja, u geofizičkom karotažu dominantnu ulogu imaju elektrometrijska metoda, radiometrijska metoda (gama, gama - gama i neutron - gama), seizmometrijska metoda, termometrijska metoda, morfometrijska metoda (kaliper) i magnetometrijska metoda. Neke vrste karotaža mogu da se izvode pomoću sondi sa veoma malim dispozitivom i nazivaju se mikro - karotaži. Pri geofizičkom karotažu, veličina prostora oko bušotine, koji se ispituje, zavisi od sistema koji se primenjuje, a generalno se smatra da iznosi od nekoliko milimetara do nekoliko desetina santimetara.
Daljinska detekcija uredi
Daljinska detekcija , ili pravilnije - daljinska geofizička merenja, ne predstavlja posebnu geofizičku metodu, već nadpovršinski vid prikupljanja podataka, putem sistema koji nisu u direktnom, fizičkom kontaktu sa istražnim prostorom i nalaze se na određenoj distanci od njega. Princip daljinske detekcije svodi se na merenje intenziteta, frekvencije ili drugih karakteristika odbijenih ili emitovanih talasa sa udanjenog istražnog prostora. Priroda ovih talasa može biti gravitaciona, elektromagnetska ili akustička. Na primer, u marinskoj seizmometriji, koristi se akustički talas koji od istražnog prostora putuje kroz vodenu sredinu do senzora (hidrofona). Prednosti daljinskih geofizičkih merenja su u niskoj ceni i kratkim rokovima, pri obradi velikih površina istražnih prostora, kao i u bezbednosti akvizicionog tima i dispozitiva, u zonama sa izraženim hazardom. Mana ovog vida akvizicije leži u određenom neželjenom uticaju na merene podatke, koji unosi medijum između istražnog prostora i mernog sistema. Daljinska detekcija koristi se kao oruđe u mnogim geofizičkim projektima, namenjenim arheološkim, geološkim, ekološkim, urbanističkim, vojnim, geodetskim, ili seizmološkim istraživanjima.
Literatura uredi
- Gadallah M., Fisher R. 2009. Exploration Geophysics. Berlin: Springer
- Lowrie W. 2007. Fundamentals of Geophysics. New York: Cambridge University Press
- Sheriff R. 2002. Encyclopedic dictionary of Applied Geophysics. Tulsa: Society of Exploration Geophysicists
- Yilmaz Ö. 2001. Seismic data analysis. Tulsa: Society of Exploration Geophysicists