WŁASNOŚCI ELEKTRYCZNE Przewodność elektryczna skał
advertisement
Wybrana literatura: • FAJKLEWICZ Z., (red.), 1972, Zarys geofizyki stosowanej. Wydawnictwa Geologiczne, 923pp. • FAJKLEWICZ Z., 1972, Grawimetria poszukiwawcza. Wydawnictwa Geologiczne, 416pp. • JARZYNA J., (red.), 2001, Materiały konferencji naukowej “Geofizyka w inżynierii i ochronie środowiska dla potrzeb samorządności lokalnej”, Dębe, 15 – 16 marca, 245pp. • KRZYWIEC P., W. MORAWSKI. J. TWAROGOWSKI, (2004), Aktualny stan wykorzystania metod geofizycznych w badaniach osadów czwartorzędowych i trzeciorzędowych. Prace PIG, CLXXXI: 13-36. • McCANN D.M., EDDLESTON M., FENNING P.J., REEVES G.M., (ed.), 1997, Modern Geophysics in Enginnering Geology. Geological Society Engineering Geology Special Publication, 12, 441pp. • REYNOLDS J.M., 1997, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics. Wiley & Sons., 796. • SHARMA P.V., 1997, Environmental and engineering geophysics. Cambridge University Press, 475pp. • TELFORD W.M., GELDART L.P., SHERIFF R.E., 1990, Applied Geophysics. Cambridge Univ. Press., 770pp. • WARD S.H., (ed.), 1990 - Geotechnical and Environmental Geophysics, Society of Exploration Geophysicists Investigations in Geophysics, 5. • Geofizyka i jej rola w naukach o Ziemi – wprowadzenie • Własności fizyczne minerałów i skał • Przegląd metod geofizycznych • Grawimetria • Metody sejsmiczne • Magnetyka • Metody geoelektryczne Geofizyka – wykorzystanie fizyki do badania Ziemi 1. Fizyka Ziemi: budowa globu, fizyka atmosfery (meteorologia), fizyka hydrosfery (mórz i oceanów), fizyka jonosfery, etc.; 2. Geofizyka stosowana: wykorzystanie metod fizyki do badania skorupy ziemskiej (w tym jej najpłytszych fragmentów najważniejszych z perspektywy ochrony środowiska), ze szczególnym uwzględnieniem aspektów utylitarnych i ekonomicznych: • • • • • poszukiwania złóż (ropy i gazu, minerałów, etc.) poszukiwania wód podziemnych (hydrogeofizyka) badania inżynierskie (geofizyka inżynierska) badania związane z ochroną środowiska archeogeofizyka Geofizyka w zastosowania hydrogeologicznych: wykorzystanie metod geofizycznych do badań związanych z wodami podziemnymi: • • • • lokalizacja skał zbiornikowych dla wód podziemnych (porowate piaskowce, szczelinowate wapienie) lokalizacja skał uszczelniających zbiorniki wód podziemnych (nieprzepuszczalne iłowce) bezpośrednia detekcja stref nasyconych wodami podziemnymi detekcja stref przepływów wód podziemnych Geofizyka inżynierska (engineering geophysics): wykorzystanie metod geofizycznych na potrzeby badań materiałów i struktur przypowierzchniowych o potencjalnie dużym znaczeniu dla działalności inżynierskiej, np.: • • badania na potrzeby budownictwa (tunele podziemne – metro) badania określające stabilność gruntów (w kontekście stabilności budynków, możliwości wystąpienia naturalnych i antropogenicznych osuwisk etc.) Geofizyka środowiskowa (environmental geophysics): wykorzystanie metod geofizycznych do badań dużym znaczeniu dla środowiska: • • • • bezpośrednia detekcja podziemnych obszarów zanieczyszczonych i stref migracji zanieczyszczeń detekcja pustek podziemnych (np. powstałych w efekcie działalności górniczej) będących potencjalnymi strefami zapadania się gruntu detekcja obiektów stwarzających zagrożenie dla środowiska (np. starych zbiorników z materiałami toksycznymi) badania geofizyczne na potrzeby konstrukcji podziemnych zbiorników (np. na gaz i ropę) i składowisk (np. substancji radioaktywnych i szkodliwych) Metody geofizyczne podzielone mogą być na: 1. Metody pasywne – opierające się na pomiarach naturalnych pól geofizycznych związanych z Ziemią, np.: • • grawimetria – pole ciężkości Ziemi magnetyka – pole magnetyczne Ziemi 2. Metody aktywne – opierają się na wysyłaniu w obręb Ziemi generowanych przez człowieka sygnałów (impulsów) a następnie na pomiarach tych sygnałów zmodyfikowanych przez górotwór, który funkcjonuje jako swego rodzaju filtr • W ostatniej dekadzie nastąpił gwałtowny rozwój metod geofizycznych co było połączone ze znacznym poszerzeniem obszarów ich stosowalności; • Rozwój ten był bezpośrednią konsekwencją gwałtownego rozwoju i miniaturyzacji sprzętu komputerowego, stosowanego w trakcie polowych pomiarów geofizycznych, cyfrowego przetwarzania pomierzonych danych oraz ich interpretacji; • Wiele aplikacji geofizycznych dzięki rozwojowi technik komputerowych przemigrowała ze „świata” poszukiwań naftowych (dysponującego ogromnymi budżetami) do świata innego rodzaju szeroko rozumianych badań geologicznych; • Każda pliszka własny ogon chwali - metody geofizyczne są doskonałym i nowoczesnym uzupełnieniem standardowych badań geologicznych, ale z pewnością nie stanowią jedynego i w pełni wystarczającego panaceum na wszelkie problemy geologiczne!!! • Każda interpretacja danych geofizycznych powinna uwzględniać wszelkie dostępne dane i modele geologiczne (hydrogeologiczne, inżynierskie, etc.) • Wynik interpretacji danych geofizycznych stanowi często jedynie wskazówkę co do poprawności danej koncepcji geologicznej • Geofizyka i jej rola w naukach o Ziemi – wprowadzenie • Własności fizyczne minerałów i skał • Przegląd metod geofizycznych • Grawimetria • Metody sejsmiczne • Magnetyka • Metody geoelektryczne Zasadnicze własności fizyczne minerałów i skał istotne w kontekście badań geofizycznych: 1. 2. • • • 3. • • 4. • • 5. 6. Gęstość Własności elektryczne: Opór właściwy Własności dielektryczne Zdolność do polaryzacji Własności promieniotwórcze Naturalna promieniotwórczość Wzbudzona promieniotwórczość Własności magnetyczne Podatność magnetyczna Pozostałość magnetyczna Własności termiczne Własności sprężyste GĘSTOŚĆ Zmiany gęstości we wnętrzu Ziemi skutkują powstawaniem anomalii siły ciężkości – umożliwia to detekcję obszarów nagromadzenia skał o gęstościach odmiennych od gęstości skał otaczających. WŁASNOŚCI ELEKTRYCZNE • Przewodność elektryczna skał przewodzenia prądu elektrycznego - zdolność do • Oporność skał – odwrotność przewodności W związku z częstą obecnością wody w skałach (co jest pochodną ich porowatości) własności elektryczne skał zależą tak od własności elektrycznych minerałów tworzących skał jak i od: • • • • procentowej zawartości roztworów wodnych składu chemicznego roztworów wodnych stężenia roztworów wodnych temperatury roztworów wodnych WŁASNOŚCI ELEKTRYCZNE Stała dielektryczna (przenikalność elektryczna) skał określa charakter rozchodzenia się w skałach pól zmiennych, przede wszystkim pól elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości. WŁASNOŚCI ELEKTRYCZNE • Potencjały polaryzacji wzbudzonej są wtórnymi potencjałami, które obserwuje się w wyniku polaryzacji skał w polu elektrycznym i po wyłączeniu prądu zasilania. • Potencjały te związane są z powstawaniem w skale zjawisk elektrochemicznych malejących w czasie. WŁASNOŚCI PROMIENIOTWÓRCZE • Naturalna promieniotwórczość uwarunkowana jest obecnością w nich rozproszonych pierwiastków promieniotwórczych (uranu, toru, potasu). • Potas powszechnie występuje w przyrodzie w minerałach ilastych, co pozwala odróżniać skały ilaste od innych skał (np. piaskowców) za pomocą otworowych pomiarów naturalnej promieniotwórczości WŁASNOŚCI MAGNETYCZNE • Podatność magnetyczna – wartość określająca zdolność skał do nabycia namagnesowania, będąca stosunkiem namagnesowania skały do wytwarzającego je pola magnesującego WŁASNOŚCI TERMICZNE Własności termiczne skał charakteryzują: • • • • współczynnik przewodności cieplnej cieplna oporność właściwa współczynniki przewodności temperaturowej cieplna pojemność właściwa Ciepło generowane we wnętrzu Ziemi jest w różnym stopniu przewodzone przez różne skały budujące skorupę ziemską, co skutkuje powstaniem powierzchniowych anomalii termicznych w rozkładzie strumienia cieplnego WŁASNOŚCI SPRĘŻYSTE • Minerały skałotwórcze mają właściwości kruche • Skały mają właściwości sprężyste, kruche i plastyczne • Próbki skał po małych odkształceniach powrocają do pierwotnych kształtów i wymiarów tj. zachowują się jak ciała sprężyste WŁASNOŚCI SPRĘŻYSTE Własności sprężyste skał definiowane są za pomocą następujących parametrów: • • • • moduł sprężystośc podłużnej (moduł Younga) moduł ściśliwości poprzecznej (stała Poissona) moduł sztywności prędkość rozchodzenia się sprężystej fali podłużnej (P) i poprzecznej (S) • impedancja (oporność, twardość) akustyczna Obecność mediów nasycających (np. gazu) wpływa na prędkości fal sprężystych co pozwala na bezpośrednią detekcję stref nasyconych za pomocą metod sejsmicznych. • Geofizyka i jej rola w naukach o Ziemi – wprowadzenie • Własności fizyczne minerałów i skał • Przegląd metod geofizycznych • Grawimetria • Metody sejsmiczne • Magnetyka • Metody geoelektryczne
