ppt.ppt

Alkalmazott földfizika GY.1.

Raáb Donát

ELTE Geofizikai és Űrtudományi Tanszék,

Fogadóóra: Csütörtök 12:00-14:00, D. 7.208

ashivalkoinen@gmail.com

Bevezetés. Földfizikai alapok.Geofizikai alkalmazásokáttekintése

A kurzus tematikája

1. gyakorlat: Földfizikai alapok felfrissítése. Geofizikai alkalmazások áttekintése.

2. gyakorlat: Gravitációs kutatómódszer.

3. gyakorlat: Gravitációs mérések. Mágneses kutatómódszer.

4. gyakorlat: Mágneses mérések és archeomágneses alkalmazások.

5. gyakorlat: Egyenáramú módszerek.

6. gyakorlat: Váltóáramú módszerek

7. gyakorlat: félévközi ZH

8. gyakorlat: Mélyfúrási geofizika 1.

9. gyakorlat: Mélyfúrási geofizika 2.

10. gyakorlat: Szeizmika 1.

11. gyakorlat: Szeizmika 2.

12. gyakorlat: Geofizikai módszerek együttes alkalmazása

13. gyakorlat: év végi ZH

Számonkérés:

1. Órák elején röp-ZH, maximum 10 pont.

2. Kettő ZH év közben, maximum 45-45 pont.

3. Mindkét ZH után 1-1 pótlási/javítási lehetőség.

4. Gyakorlat UV:akik pót-ZH-k után is elégtelenre állnak

akiknek nincs legalább 4 pontjuk a röp-ZH-kból.

A Föld és főbb paraméterei

Alapvető Föld-adatok

 Átlagos sugara (RF): 5.372 × 106 m

 Egyenlítői sugara: 5.378 × 106 m

 Naptól mért átlagos távolsága: 1,496 × 1011 m

 Tömege: 5,98 × 1024 kg

 Közepes sűrűsége: 5050 kg/m3

 Keringési periódusideje: 365,25 nap

 Tengely körüli forgás periódusideje: 23 óra, 56 perc, 4 másodperc

Egyenlítő és pályasíkhajlásszöge: 23° 27'

Egyenlítő nehézségi gyorsulás:9,78 m/s2

Átlagos felszíni hőmérséklet:15°C

Átlagos felszíni nyomás: 105 Pa

Átlagos albedo: 0.39

Mágneses tér indukciója afelszínen: 30,000-60,000 nT

Földfizikai alapok 1.

Föld belső szerkezete - Kérdések

Kéreg alsó határfelülete?

Köpeny-mag határfelület?

Külső-belső mag határfelület?

Milyen diszkontinuitási felületeket ismerünkmég?

Mi alapján tudjuk az övek halmazállapotátmegbecsülni?

Miért felelősek a külső mag áramlásai?

Miért felelősek a köpenyáramlások?

Földfizikai alapok 2.

Lemeztektonika - Kérdések

Melyik három alapesetet különböztetjük meg a lemeztektonika kapcsán?

Milyen szituációban robbannak ki a mély földrengések?

Milyen információt rejtenek az óceánközépi hátságtól távolodó kőzetek?

Földfizikai alapok 3.

Föld mágneses tere - Kérdések

Mi látható a jobb felső ábrán?

Egyszerűsítve milyen közelítéssel írhatjuk le a földimágneses teret?

Mennyi a mágneses indukció nagyságaMagyarországon?

Milyen kapcsolat van a sarki fény és a mágneses térközött?

Földfizikai alapok 4.

Tektonika - Kérdések

Milyen alapvető tektonikai helyzeteketismerünk?

Miért jönnek létre a vetődések?

Mi a sasbérc, mi az árok?

Példák?

Földkutatás módszerei 1.

A Föld megismerésének módszerei

Korábbi adatok, jelentések megismerése: különböző tudományokszakirodalmának feldolgozása. Előnye: ha hozzáférhető, kész tényeket ésmegállapításokat tartalmaz, hátránya: idővel elévülnek bizonyos ismeretek.

Helyszíni szemle: terepi szemle, amely során magunk ismerjük meg egy-egyjelenség tulajdonságait, lefolyását.

Közvetlen mérések: Olyan mérések, melyek során egy fizikai paramétertmegmérünk, megismerünk. (Vízmélységmérés, hőmérsékletmérés.)

Közvetett mérések: Olyan mérések, melyek adatainak későbbi feldolgozásából,közvetett úton nyerünk információt a Föld valamely tulajdonságáról,jelenségéről. (Föld tömegének számítása, Föld belső felépítésének modellje,stb...) → Geofizikai fő módszere!

TárstudományokEzen alapul: matematika, fizika, kémia, informatikaEzeket segíti: geológia, geodézia, térképészet, meteorológia, (paleo-)éghajlattan, (paleo-)földrajz, vulkanológia, bolygókutatás...

Földkutatás módszerei 2.

Geofizika helye a földkutató tudományokban

Geofizikai alkalmazások kifejlesztéséhez matematikai, fizikai, kémiai,informatikai apparátus kellett.

Geofizikai módszerek alkalmazásához szükségeset a vizsgált területhezkapcsolódó alapvető ismeretek: geológia, földrajz, klimatológia, geodinamika...

Geofizikai módszerek a vizsgált területhez kapcsolódó tudományág számáraprodukálnak plusz ismeretet, új eredményeket: geológiai formációfeltérképezése, ősföldrajzi viszonyok megállapítása, paleoklíma feltárása,geodinamikai folyamat rekonstrukciója...

Környezettudományi alkalmazások

Alapvetően recens folyamatok szerepelnek ezen alkalmazásokban, melyekkiterjedése időben és térben is lokális. Általában nagy felbontású módszerekrevan szükség.

Példák: tározók szigetelésének ellenőrzése, csapadékvíz útjának monitorozása,hulladéklerakók ellenőrzése, eltemetett szennyezők felderítése.

Kutatások térben...

Mi tartozik a geofizika kutatásai területei közé? Mi a „Föld”? Gyakori hiba, hogy a Föld alatt csak a felszín által határolt anyagtömeget ésannak folyamatait értjük. A Földhöz tartozik a felszín feletti anyagtömeg is,ennek változatos folyamai is, néhány geofizikai alkalmazás pedig a bolygóközitérben is értelmezhető „földfizikának”.

Kutatások térben...

Kutatási területek

Felsőlégkör: szondák, műholdak, földi alacsonyfrekvenciás, váltóáramúmérések. Vizsgálhatjuk az ionoszféra összetételét, a földi mágneses teret, aföldi áramokat, a napszél részecskefluxusát, stb...

Óceáni és tengeri környezetek: tengeráramlások, hőmérséklet,sókoncentráció.

„Sekély” geofizika: földfelszín felső pár (tucat) méterét vizsgáljuk.Legjellemzőbbek a régészeti, környezettudományi, mérnökgeofizikaialkalmazások. Lokális kutatások. A feladat általában jól definiált.

„Mély” geofizika: a földfelszín felső pár kilométerét vizsgáljuk. Jellemzőek aregionális kutatások. Formációkutatás, szénhidrogénkutatás, vízkutatás. Afeladatok többsége jól definiált, de előfordul, hogy előre nem tervezettismeretekhez jutunk.

„Átfogó” geofizika: a Föld, mint kőzetbolygó alapvető tulajdonságaivalfoglalkozó mérések. Léptékük gyakran az egész Földet érinti. Ilyen vizsgálatoktárgya pl. a Föld belső szerkezetének határfelületei, a köpeny laterálisváltozásai, a Föld belső és külső magjának összetétele és folyamatai.

...és időben

Tudunk-e visszamenőlegesen isadatot gyűjteni? Igen, lehetséges.Néhány alkalmazás:

Kőzetek mágneses tulajdonságainakvizsgálata → következtetés a pólusfor-dulásokra → összefüggő rétegsor eseténpontos korszakolás

Mágneses tulajdonságok: mágnesespólus helyzetének rekonstrukciója

Kontinensvándorlás bizonyítása.

Jégfuratok: légkör összetevőinekvisszamenőleges meghatározása a jégbefagyott gázok elemzésével. Izotópokalapján hőmérséklet-rekonstrukció.

Szeizmikus szelvények értelmezése:egyes felismerhető geometriai alakzatokalapján korabeli self/mélytenger területekelkülönítése → Kárpát-medencetörténete.

Geofizikai módszerek összefoglalása 1.

Gravitációs kutatómódszer: A nehézségi gyorsulás abszolút és relatívmérésén alapul. Lokális és regionális léptékben is használjuk, előbbit régészetivagy mérnöki, utóbbit geológiai és tektonikai kutatásokban. Eötvös Loránd,egyetemünk névadója végzett először ipari célú gravitációs méréseket, igazolvaa módszer felhasználhatóságát.

Mágneses kutatómódszer: A földi mágneses tér komponenseinek, az indukciónagyságának és vertikális gradiensének mérésén alapul. Mind lokális, mindregionális léptékben használjuk. Előbbit régészetben éskörnyezettudományban, utóbbit a gravitációs módszerhez hasonlóan geológiaiés tektonikai kutatásokban használjuk.

Egyenáram 1D: VESZ: A mérési pont alatti rétegek látszólagos fajlagosellenállását mérjük. Elsősorban rétegek mélységének meghatározására jó, detöbb ponton alkalmazva tektonikai hatást is kimutathatunk vele.

Egyenáram 2D-3D: multielektródás mérések: Fajlagos ellenállásmeghatározására használjuk. A 20-30 méteres szelvénytől az 500-600méteresig mérhetünk. Geológiai, tektonikai, újabban régészeti célokra ishasználható.

Geofizikai módszerek összefoglalása 2.

Váltóáram – alacsony frekvencia: MT, VLF: A közeg vezetőképességétmérjük. A kéreg nagyobb formációinak kutatására (magmatestek, Moho-felület)alkalmas, nagy léptékű módszerek.

Váltóáram – magas frekvencia: GPR: Az elektromágneses hullámok reflexiójaés refrakciója alapján réteghatárok mélységét tudjuk megadni. Talaj felsőrétegeinek vizsgálatára alkalmas, pl. régészet, környezettudomány.

Szeizmika: Regionális, ipari jellegű kutatások jellemzőek. A közegben terjedőrugalmas hullámok terjedési sebességét, reflexióját, refrakcióját felhasználvatudunk réteghatárokat, formációkat, vetőket kimutatni, ezek mélységéthozzávetőlegesen megadni.

Mélyfúrási geofizika: A fentiekhez hasonló módszerekkel mérünk, azonbannem horizontálisan, hanem vertikális a kút fala mentén. A mélyfúrási és felszínimódszerek többsége megfeleltethető egymásnak, ezen felül néhányméréstípus: természetes gamma (TG), porozitás mérések, lyukátmérő-mérések, dőlésmérések. Elsődleges célja a megfúrt rétegek fizikaiparamétereinek minél pontosabb feltárása, ezek alapján várhatószénhidrogén/vízhozam, illetve ezek minőségének becslése. A fúrásokatáltalában ipari szeizmikus szelvények alapján jelölik ki.

Fizikai mennyiségek

Alapvető fizikai mennyiségek és dimenziójuk

Fizikai mennyiség

Jele

Mértékegység

Geofizikai módszer

nehézségi gyorsulás

m/s2

gravitációs

mágneses indukció

Vs/m2 = T

mágneses, váltóáramú

mágneses indukció v.gradiense

dB/dz

T/m

mágneses

fajlagos ellenállás

Ωm

egyenáramú, váltóáramú

feszültség

V, U

egyenáramú

áramerősség

egyenáramú

elektromos térerősség

V/m

váltóáramú

mágneses térerősség

A/m

váltóáramú

porozitás

m3/m3 = 1

mélyfúrási

terjedési sebesség

m/s

szeizmika

Geofizika a terepen - mérések

Elsősorban a lokális, jól definiált feladatok méréseit tárgyaljuk (a félévfolyamán később is).

Kapott feladat értelmezése, térképi vázlatok áttekintése, mérési területkijelölése.

Terepbejárás, szükség esetén terep megtisztítása. Erőforrások (áram)biztosítása.

A mérési terület pontos kijelölése az előzetes feladatmeghatározás alapján(pont, szelvény, rácsháló). Eredményeink szempontjából meghatározó, hogytérben (és bizonyos esetekben időben) helyesen helyezzük el a mérést.

Műszerek felállítása, működőképesség, elektromos csatolások tesztelése.

Mérés. Egyes mérések folyamatos felügyeletet, mások csak „jelenlétet”igényelnek. Ha bármilyen hiba, gyanús adat merül fel, érdemes jegyzőkönyvbevenni.

Mérés végén a szelvény/rácsháló topográfiájának felvétele (vagy mérésközben vagy digitális modellből terepi munka nélkül).

Terep megtisztítása, helyszín elhagyása. Mért pontok, szelvények megjelölésekésőbbi munka esetén (cövek).

Geofizika az irodában: feldolgozás

Mérési módszertől függően változik a feldolgozás munkaigénye.

Jegyzőkönyv áttekintése, mérés során elkövetett esetleges hibák hatásainakbecslése.

Mérési adatok áttekintése (akár nyers számhalmazként, akár valamilyenvizualizációt használva), kiugró, hibásnak vélt adatok eltávolítása. Sokfeldolgozószoftver automatizálható szűrőalgoritmussal is rendelkezik.

Szükséges korrekciók elvégzése (lásd. Később az egyes módszerekismertetésénél).

Az adatok megjelenítése valamilyen esztétikus, könnyen értelmezhetőformában. A túl sok információt hordozó megjelenítés általában nehezenkövethető, a nyilvánvaló hibák is elkerülhetik figyelmünket.

A később következő értelmezés „nulladik” lépéseként vessük össze a kapottfeldolgozott eredményt az általunk várt/feltételezett eredménnyel. Könnyenelőfordulhat, hogy feldolgozási hibára akadunk (helytelenül beállított szűrés,hibás paraméterekkel alkalmazott inverzió/konvolúció, stb...)

Geofizika és más tudományok: értelmezés

Feldolgozott mérési eredményeink értelmezés híján haszontalanok.

Egyes módszerek eredményei más-más Föld-régióról nyújtanak adatokat, ígymás-más tudományág segítségével értelmezhetjük azokat.

Geológia: nagy léptékű szeizmika, mélyfúrási geofizika, nagy léptékűegyenáramú módszerek. Alapvetően formációkat kutatunk.

Tektonika: nagy léptékű szeizmika, nagy léptékű egyenáramú módszerek,gravitációs és mágneses kutatómódszer. Előbbi kettőn jól kivehető vetőket,törési felületeket keresünk, utóbbiak a felszínen indikálhatják az elvetéssíkjának felszíni vetületét.

Régészet: lokális mágneses és elektromos módszerek. A helyszínen várhatóobjektumok geometriája, sűrűsége alapján értelmezzük a kapott eredményeket.

Szekvenciasztratigráfia: nagy felbontású szeizmika. (Erről később részletesen.)

Környezettudomány: lokális mágneses, elektromos, gravitációs mérések. Akörnyezetétől eltérő, kiugró fizikai paraméterrel rendelkező egységeketkeresünk.