SEJSMIKA I MET BADANIA NIECIĄGŁOŚCI
advertisement
SEJSMIKA I MET BADANIA NIECIĄGŁOŚCI.doc (97 KB) Pobierz 1.Sejsmika- nieciągłość litosfery. Ułożenie materii o różnym składzie oraz (lub) właściwościach fizycznych wewnątrz bryły ziemskiej. Obecnie, na podstawie badań sejsmologicznych (opartych na rozchodzeniu się fal sejsmicznych we wnętrzu Ziemi), badań ziemskiego pola magnetycznego i pola grawitacyjnego, a także założeń teoretycznych, wyróżniono trzy ułożone koncentrycznie sfery o odmiennych właściwościach: skorupę ziemską, płaszcz Ziemi i jądro Ziemi (barysfera). Rozdzielają je wąskie powierzchnie graniczne, zwane nieciągłościami, gdzie obserwuje się skokowe zmiany w prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych, związane z różnym składem chemicznym lub zmianą stanu fazowego danej sfery. Należą do nich: nieciągłość Mohorovičicia (między skorupą ziemską i płaszczem Ziemi) oraz nieciągłość Gutenberga (między płaszczem i jądrem Ziemi). Istnieje też inne ujęcie budowy wnętrza Ziemi, w którym wyróżnione zostały cztery główne sfery: litosfera, astenosfera, mezosfera i barysfera. Granica między litosferą i astenosferą wyraźnie zaznacza się przez spadek prędkości fal sejsmicznych wywołany większą plastycznością skał budujących astenosferę, nie wyróżniono jednak w tym wypadku nieciągłości. Pozostałe sfery rozdzielają nieciągłości, do których należą: nieciągłość Golicyna (między astenosferą i mezoferą) oraz nieciągłość Gutenberga (między mezosferą i barysferą). Na podstawie badań geofizycznych wiemy że Ziemia ma budowę strefową, gdzie strefy porozdzielane są powierzchniami nieciągłości wskazującymi na zmieniającą się gęstość materii lub też na zmianę jej stanu skupienia. Najwyraźniejszymi powierzchniami nieciągłości są : nieciągłość znajdująca się na zmiennej głębokości, pod lądami 25-50 kilometrów pod wysokimi górami nawet do 60-70 km) a w strefach oceanicznych tylko 5-8 kilometrów pod dnami oceanów. Jest to strefa nieciągłości uważana za granicę między skorupą a płaszczem Ziemi, a od nazwiska jej odkrywcy (Mohorovicica) zwana jest Moho. nieciągłość znajdująca się na głębokości 2900 kilometrów która oddziela płaszcz ziemski od jego jądra. Powyżej powierzchni Moho przebiega inna mniej wyraźna nieciągłość zwana nieciągłością Konrada. Wskazuje ona na zmianę składu materiału skalnego w skorupie. Powyżej tej nieciągłości skały występujące mają gęstość w zakresie odpowiadającym skałą granitoidowym. Nieciągłość ta przebiega tylko pod lądami. Warstwę powyżej nieciągłości Conrada nazywamy skorupą kontynentalną dawniej zwaną sialem. Poniżej tej strefy gęstość skał wzrasta do 2,9-3,0 g/cm , czyli odpowiada gęstości skał bazytowych. Jest to skorupa oceaniczna (dawniej zwana simą). Skorupa ta występuje jak sama nazwa wskazuje na dnach oceanów i zajmuje na kuli ziemskiej 3/4 jej powierzchni litosferycznej. Warstwa skorupy kontynentalnej i oceanicznej wraz z najwyższą częścią górnego płaszcza nosi nazwę litosfery. 3 Poniżej litosfery występuję warstwa górnego płaszcza nazywana astenosferą. Właściwości astenosfery jako materiału plastycznego pozwalają na poruszanie i przemieszczanie się po niej w poziomie i w pionie dużych kier litosfery. Nieciągłość Mohorovičicia (nieciągłość Moho) - Jest to zaledwie kilkusetmetrowa warstwa przejściowa pomiędzy skorupą i płaszczem Ziemi. Leży na różnych głębokościach, pod oceanami średnio na głębokości 5-8 km, natomiast pod kontynentami znacznie głębiej - około 35 km. Pod wysokimi górami może leżeć nawet na głębokościach do 80 km. Odkryta w 1909 roku przez Andriję Mohorovičicia, chorwackiego meteorologa i sejsmologa, który wykrył skokową zmianę prędkości fal sejsmicznych na tej właśnie głębokości. Do tej pory nikt jeszcze nie dotarł do nieciągłości Moho. Najgłębsze odwierty na lądzie sięgają 12 km pod powierzchnię, a na oceanie - około 1km pod jego dnem. Nieciągłość Gutenberga - strefa rozdzielająca płaszcz ziemski i jądro Ziemi. Wynika ona z faktu, że stykają się tam stała materia płaszcza z ciekłym jądrem zewnętrznym. Tomografia sejmiczna- zespół metod obrazowania struktur znajdujących się wewnątrz Ziemi na podstawie pomiaru fal sejmicznych (akustycznych lub elastycznych). Fale przechodzące lub odbite od granic pomiędzy ośrodkami o różnych właściwościach fizycznych rejestrowane są na powierzchni. Na podstawie takich pomiarów odtwarzana jest struktura wnętrza Ziemi. *Terminu tomografia sejmiczna używa się w odniesieniu do metod obrazowania używanych przy poszukiwaniach złóż mineralnych, w szczególności ropy naftowej, a także do badania struktury skorupy, płaszcza i jądra Ziemi. GEODEZYJNE I GEOFIZYCZNE METODY BADAŃ NIECIĄGŁOŚCI Wstęp Geodynamika obejmuje szereg bardzo skomplikowanych i powiązanych ze sobą procesów zachodzących miedzy innymi w wierzchniej warstwie Ziemi czyli litosferze. Skomplikowanie mechanizmów rządzących tymi procesami wymaga zastosowania pewnych uproszczeń. Dlatego w geodezji i geofizyce wykonuje się badania mające na celu wyodrębnić i opisać pewne charakterystyczne elementy litosfery jak na przykład platformy tektoniczne. Podstawową charakterystyką litosfery, determinowaną przez występowanie płyt i platform jest jej nieciągłość reprezentowana przez szereg struktur takich jak: spękania, kliważe, a do najbardziej znaczących w badaniach geodynamicznych można z pewnością zaliczyć uskoki. Uskok – to powierzchnia nieciągłości, wzdłuż której miało miejsce przemieszczenie. Podstawowe elementy uskoku to powierzchnia uskokowa (niekoniecznie płaszczyzna) oraz skrzydła uskoku: wiszące – to, które doznało przemieszczenia w górę, i zrzucone – czyli to, które przemieściło się w dół. Do innych struktur można zaliczyć: Spękania – to struktury nieciągłe, powierzchnie powstałe na skutek przerwania ciągłości skały, którym na ogół nie towarzyszy przemieszczenie lub jest ono bardzo małe. Z uwagi na ich genezę możemy wyróżnić spękania pochodzenia tektonicznego, spękania diagenetyczne oraz spękania termiczne. Kliważ – to szczególny rodzaj spękań występujących seryjnie, tworzący zespół mniej więcej równoległych i równooddalonych spękań o odległościach od ułamków milimetrów do kilku centymetrów. Nadaje on skałom rodzaj oddzielności łupkowej, którą często nie sposób odróżnić od pierwotnego złupkowacenia wynikającego z obecności tekstur (foliacji, laminacji), stąd możemy używać tego terminu w dość szerokim zakresie na określenie wszelkiego rodzaju równoległej oddzielności. Fałdy – odkształcenia, które nie powodują zerwania ciągłości skał. Mamy dwie zasadnicze formy fałdu: antyklinę – zbudowaną ze starszych warstw w jądrze i młodszych w skrzydłach i synklinę - w której jądro budują młodsze warstwy. Metody geofizyczne Geofizyka, to nauka, której przedmiotem są fizyczne właściwości Ziemi. W szczególności geofizyka bada magnetyzm ziemski, oddziaływania grawitacyjne, rozchodzenie się fal sejsmicznych. Badania geofizyczne przeprowadza się w oparciu o metody stosowane w fizyce ogólnej. W wyniku badań z zakresu geofizyki możliwe jest poznanie budowy głębokich warstw skorupy ziemskiej.. * Metody geofizyczne znajdują zastosowanie głównie przy badaniu nieciągłości litosfery. Możliwości badań mobilności są nieco utrudnione, ale nie wykluczone. Najczęściej badania geofizyczne dotyczą poszukiwania złóż minerałów, w czym zaznacza się ścisła współpraca z geologią, a wszelkie strefy nieciągłości wykrywa się niejako „przy okazji”, aczkolwiek prowadzi się także specjalne badania w tym zakresie. Geofizyka ma również powiązania z sejsmologią z racji niektórych stosowanych metod oraz obiektów badań. Charakterystyka metod geofizycznych. 1). Metoda fal sejsmicznych. a).Istota metody Polega ona na wysłaniu w kierunku wnętrza Ziemi fal mechanicznych (sejsmicznych) o określonym natężeniu i częstotliwości oraz ich odbiór na powierzchni ziemi. Rozchodząca się fala we wnętrzu Ziemi ulega podstawowym fizycznym zjawiskom falowym takim jak: odbicie, ugięcie, rozproszenie, pochłanianie. Zjawiska te zachodzą na granicach różnych ośrodków, którymi w tym przypadku są różne rodzaje struktur geologicznych oraz skał. Na powierzchni dokonuje się rejestracji czasu powrotu oraz natężenia powracających fal. Na podstawie tych informacji dokonuje się interpretacji, jakie struktury geologiczne znajdują się pod powierzchnią Ziemi. Interpretacji dokonuje się przy wykorzystaniu komputerów, gdyż ilość informacji powracających do detektorów jest bardzo duża. b).Sposoby pomiarów - Wzbudzenie fal odbywało się kiedyś za pomocą ładunków wybuchowych umieszczonych w specjalnie do tego celu odwierconych otworach strzałowych. Obecnie stosuje się wzbudzanie wibracyjne poprzez grupy urządzeń umieszczonych na specjalnych pojazdach. Rejestracja odbywa się przez bardzo czułe na drgania przyrządy zwane geofonami. Urządzenia te rozmieszczane są wzdłuż profili pomiarowych. Z analizy pojedynczego profilu uzyskuje się przekrój, a poprzez analizę wielu sąsiednich profili można uzyskać trójwymiarowy model struktur zalegających pod Ziemią. c).Zastosowania Metoda ta jest stosowana głównie do wykrywania i modelowania struktur geologicznych znajdujących się nawet na głębokościach kilku tysięcy metrów. Pomaga ona również w wykrywaniu złóż minerałów, gdyż określonym strukturom towarzyszyć może występowanie określonych minerałów. 2. Metoda elektrooporowa a). Istota metody Metoda ta wykorzystuje znany fakt, iż każdy materiał posiada inny opór elektryczny. W czasie badań rejestrowane są zmiany wartości oporu ziemi podczas przepływu prądu elektrycznego. Prąd przepływa pomiędzy wbitymi w ziemię elektrodami, połączonymi ze źródłem prądu elektrycznego. W badaniach elektrooporowych nie są istotne mierzone wartości oporów, lecz ich zmiany w stosunku do tła, czyli wartości względne. Opór-jest on zależny głównie od ilości wody oraz rodzaju skał. Materiały luźne i porowate mają zazwyczaj większą wilgotność. b). Sposoby pomiarów W zależności od specyfiki metody używa się różnej ilości i konfiguracji elektrod. Pomiary wykonuje się najczęściej w profilu lub kilku profilach w celu uzyskania modeli przestrzennych. W szczególnych przypadkach dokonuje się także pojedynczych sondowań elektrooporowych. Pomiar polega najczęściej na umieszczeniu w ziemi elektrod odniesienia w znacznej odległości od siebie i kolejnych sondowaniach elektrodą pomiarową wzdłuż wyznaczonego profilu. c). Zastosowania W związku z niewielkim zasięgiem (do kilkudziesięciu metrów w głąb Ziemi), metoda ta nadaje się do ustalania różnego granic litologicznych i uskoków znajdujących się na niewielkich głębokościach. Szeroko natomiast stosowana jest w: poszukiwaniu wód podziemnych, monitorowaniu stanu technicznego zapór i wałów przeciwpowodziowych, wykrywaniu i monitorowaniu obszarów skażonych, badaniach archeologicznych. 3. Metoda magnetometryczna a). Istota metody Jak wiadomo ziemia posiada własne pole magnetyczne, które jest zmienne w czasie oraz jest inne w różnych miejscach na jej powierzchni. Badania magnetometryczne polegają na rejestracji anomalii i zaburzeń tego pola wewnątrz sondowań geologicznych. Jest to metoda względna, gdyż nieinteresująca jest sama wielkość pola magnetycznego, ale jego różnica w stosunku do pola porównywanego w innym miejscu lub w innym czasie. Należy zwrócić uwagę na to, że nie jest to metoda podstawowa. Stanowi ona uzupełnienie innych metod oraz dostarcza dodatkowych informacji, które można wykorzystać przy różnego rodzaju analizach w szczególności geologicznych. b). Sposoby pomiarów Pomiarów kierunku i natężenia pola magnetycznego dokonuje się zarówno na powierzchni jak i wewnątrz Ziemi. Wykonuje się w tym celu odpowiednich wierceń, a do wnętrza otworu spuszcza się sondę, która dokonuje rejestracji parametrów. c). Zastosowania Zwiększone natężenie pola magnetycznego może świadczyć o występowaniu wewnątrz Ziemi złóż rud metali, zatem metoda ta może służyć do ich poszukiwania. Inne kierunki pola magnetycznego spowodowane są natomiast występowaniem warstw, które uległy przemieszczeniu. Dzieję się tak dlatego, gdyż pozostające przez długi czas w spoczynku masy skalne przyjmują kierunek pola magnetycznego ziemi, a gdy dojdzie do ich przemieszczenia, zachowują one przez pewien czas swój odmienny od ziemskiego kierunek linii sił pola magnetycznego. Oczywiście czas ten jest długi, mierzony epokami geologicznymi. Metodą tą można zatem badać mobilność powierzchni litosfery. Jednak nie daje ona nam dokładnych wartości mierzalnych, ale jedynie sygnalizuje fakt wystąpienia takiego zjawiska. Można także w pewnym zakresie określić rodzaj utworów geologicznych, gdyż każda skała posiada inne właściwości magnetyczne. 4. Metoda grawimetryczna Pomiary grawimetryczne znajdują zastosowanie w różnych dziedzinach wiedzy, a ich zaklasyfikowanie do którejś z nich jest niemożliwe. W geodezyjnych metodach służą m.in. do obliczeń poprawek do systemów wysokości. Poniżej zostanie opisane ich wykorzystanie przez geofizyków. a). Istota metody Pomiary grawimetryczne polegają na pomiarze przyspieszenia siły ciężkości. Przyśpieszenie to jest w głównej mierze zależne od masy i od odległości od środka tej masy (Ziemi). Wykonując pomiary na jednym poziomie i porównując otrzymane wielkości z modelem teoretycznym rozkładu przyspieszeń można ustalić różnice w masach skalnych pomiędzy nimi, a dodatkowo znając ich objętość można ustalić ich gęstość, a co za tym idzie ich rodzaj. Metody te są także metodami względnymi, gdyż znajomość przyspieszenia siły ciężkości w jednym punkcie nie niesie ze sobą istotnych dla tych celów informacji, a dopiero ich połączenie ze znajomością ich rozkładu stanowi materiał do dalszych analiz. W połączeniu z innymi metodami (szczególnie z różnego rodzaju sondowaniami) pomiary grawimetryczne mogą dostarczać wielu informacji. b). Sposoby pomiarów Pomiary przeprowadzane są najczęściej na powierzchni ziemi wzdłuż zadanych profili lub powierzchniowo. Pomierzone grawimetrami przyspieszenia podlegają obliczeniom, a uzyskane w ich wyniku anomalie grawimetryczne stanowią materiał do interpretacji. c). Zastosowania Ponieważ w wyniku tych pomiarów dostarczane są informacje o rozkładzie mas skalnych oraz pośrednio także ich gęstościach metodę tą można wykorzystać do wykrywania rodzaju skał znajdujących się pod powierzchnią Ziemi. W szczególności do: poszukiwania złóż surowców mineralnych, rozpoznanie głębokich struktur geologicznych oraz uskoków tektonicznych, badania dla zagadnień geoinżynierii (wykrywanie podziemnych pustek i rozluźnień w podłożu). 2). Podział metod względnych i bezwzględnych- efekty a). Geodezyjne metody bezwzględne Celem utworzenia Służby IGS było: dostarczenie wysoko dokładnych orbit satelitów systemu GPS na podstawie ciągłych obserwacji satelitów GPS prowadzonych przez stacje permamentne na całym świecie; wyznaczenie parametrów ruchu obrotowego Ziemi; rozszerzenie na całą Ziemię światowego układu odniesienia ITRF; monitorowanie deformacji skorupy ziemskiej o charakterze globalnym . Aby ostatni z celów IGS miał możliwość pełnej realizacji muszą zostać wykonane pozostałe zadania. Tak więc pierwsze trzy założenia podporządkowane są monitorowaniu deformacji, który stanowi niejako efekt końcowy w pracach Służby IGS. Dla pozyskania danych do realizacji celów wykorzystuje się obserwacje otrzymane dzięki technikom kosmicznym (VLBI, LLR) oraz satelitarnym (SLR, GPS). Charakterystyka geodezyjnych metod bezwzględnych: 1. Technika kosmiczna VLBI Pomiary interferencyjne bardzo długich baz to technika kosmiczna, a nie satelitarna. Różnica polega na tym, że nie biorą w tej technice udziału sztuczne satelity Ziemi, ale wykorzystuje się pozagalaktyczne radioźródła – kwazary. Duży wpływ na dokładność pomiaru ma precyzja rejestracji czasu. Aby zwiększyć dokładność należy obserwacje prowadzić przez kilka lat. Średnie wartości z takich pomiarów pozwalają na osiągnięcie dokładności rzędu milimetrów. Biorąc pod uwagę błąd względny pomiaru odległości metoda długich baz jest najbardziej dokładna. Pozwala uzyskać błąd kilku milimetrów na odległości kilku tysięcy kilometrów. 2. Technika SLR i LLR Laserowe pomiary satelitarne nie mają bezpośredniego zastosowania w pomiarach geodezyjnych w celu wyznaczania pozycji punktów geodezyjnych. Odgrywają one dużą rolę w problematyce definiowania i zakładania układów odniesienia oraz w badaniach geodynamiki globalnej. Układy odbijające promienie lasera stanowią satelity z pryzmatami lub reflektory na Księżycu. Zebrane wyniki pomiarów z szeregu okresu lat pozwalają określić wartości ruchów poziomych a tym samym ich prędkości. 3. Technika satelitarna GPS Technika ta odgrywa największą rolę we współczesnych geodezyjnych metodach badania ruchów powierzchni skorupy ziemskiej. Pełni ona dwojaką rolę: - do wyznaczenia przemieszczeń punktów geodezyjnych podlegających ruchom wraz z powierzchnią skorupy ziemskiej, w której są one utrwalone za pomocą znaków geodezyjnych; - w celu odniesienia pomiarów geodezyjnych dotyczących ruchów skorupy ziemskiej do odległych obszarów pozostających we względnym bezruchu. Dzięki tym funkcjom technikę GPS stosować możemy dla lokalnych jak i globalnych badań geodynamicznych. Ważną cechą tego systemu jest to, że wyniki obserwacji to wielkości wektorowe, które odniesione są na całej Ziemi do jednego układu WGS84. Pomiar techniką satelitarną GPS stanowią uzupełnienie i powiązanie innych metod: klasycznych (niwelacja precyzyjna, sieć kątowo-liniowa) satelitarnych SLR kosmicznych LLR i VLBI 4. Techniki klasyczne Do klasycznych technik pomiaru zaliczamy powtarzane pomiary: sieci niwelacji precyzyjnej do wyznaczania składowych pionowych ruchu skorupy ziemskiej ; sieci poziomych kątowo-liniowych do wyznaczenia składowych horyzontalnych. Zasada tych metod polega na ciągłych lub okresowo powtarzanych pomiarach na punktach jednoznacznie utrwalonych w bryle Ziemi i jednoznacznie odtwarzalnych na czas pomiaru. - W ostatnich latach pomiary sieci poziomych kątowo-liniowych zostają wypierane przez technikę satelitarną GPS. - Pomiar metodami klasycznymi wykonujemy w oparciu o sieci geodynamiczne, które stanowią specjalne poligony do badania ruchów skorupy ziemskiej. Lokalizuje się je na obszarach rokujących szczególną aktywność sejsmiczną lub zagrożonych skutkami współczesnych ruchów skorupy (trzęsienia Ziemi). W tych, bowiem rejonach spodziewane są możliwie szybko efekty w postaci zaobserwowanych przemieszczeń punktów. - Punkty sieci geodynamicznej powinny być rozmieszczone mniej więcej równomiernie na badanym obszarze z uwzględnieniem cech budowy geologicznej. Zasadnicze znaczenie dla punktów sieci geodynamicznej ma ich bezpieczna lokalizacja, trwała i stabilna zabudowa pozwalająca na jednoznaczną identyfikację przy kolejno, okresowo powtarzanych pomiarach. Zabudowa punktów powinna pozwalać na wykonanie pomiarów z użyciem różnych metod tzn: GPS, grawimetrycznych, geomagnetycznych, geodezji klasycznej. b).Geodezyjne metody względne Wśród geodezyjnych technik pomiarowych ważne miejsce zajmują techniki względne wyznaczania przemieszczeń elementów budowli inżynierskich. Techniki te z powodzeniem można zastosować w badaniach geodynamicznych. Metody te stosuje się głównie do bezpośredniego względnego określania zmian położenia bloków skalnych, lub konstrukcji inżynierskich poddawanych wpływom sił geodynamicznych. Do podstawowych technik geodezyjnych z tego zakresu można zaliczyć metody oparte na stosowaniu następujących instrumentów pomiarowych: ekstensomert tensometr pochyłomierz szczelinomierz klinometr wahadło inklinometr Charakterystyka geodezyjnych metod względnych: 1. Ekstensometr Przyrząd ten stosuje się do pomiaru niewielkich zmian długości najczęściej elementów budowli. Główną cecha tych zmian jest ich mała uchwytność ze względu na nieduże wielkości rozłożone na znacznych odległościach. Cecha ta wymusza odpowiednią długość ekstensometru uzależnioną od zastosowań, ale nie powinno się stosować krótszych instrumentów niż 1 m. Ekstensometr ma duże zastosowanie w badaniach zmian długości budowli pod wpływem zmian temperatury. 2. Tensometr ... Plik z chomika: hezbollach1 Inne pliki z tego folderu: GFiGG Egzamin cz 1.pdf (2109 KB) SEJSMIKA I MET BADANIA NIECIĄGŁOŚCI.doc (97 KB) Przyklad obliczenia redukcji i anomalii grawimetrycznych.pdf (315 KB) zagadnienia1_(3).doc (38 KB) IMG_0975.JPG (1229 KB) Inne foldery tego chomika: Zgłoś jeśli naruszono regulamin Strona główna Aktualności Kontakt Dział Pomocy Opinie Regulamin serwisu Polityka prywatności Copyright © 2012 Chomikuj.pl sciagi
