MOŽNOSTI VYUŽITIA MAGNETOTELURIKY PRI GEOLOGICKOM PRIESKUME

1. MOŽNOSTI VYUŽITIA MAGNETOTELURIKY PRI GEOLOGICKOM PRIESKUME

2. CSAMT Úvod k metóde Metóda CSAMT sa zaraďuje v medzi geofyzikálne geoelektrickémetódy. Jej využitie predpokladá odporový kontrast v horninovom prostredí. Metóda mapuje vodivostné pomery v širokom hĺbkovom rozsahu. Metóda CSAMT patrí medzi magnetotelurickémetódy, čo sú metódy zaraďované k frekvenčným metódam ( frequencydomain ), kde hĺbka dosahu metódy je určovaná použitou frekvenciou elektromagnetického signálu. Magnetotelurickémetódy (MT, AMT) s prirodzeným zdrojom využívajú prirodzené variácie elektromagnetického poľa zeme v širokom frekvenčnom rozsahu. Široký frekvenčný rozsah umožňuje dosahovať veľkú hĺbku penetrácie. Magnetotelurickýsignál je generovaný aj búrkami a solárnym vetrom v ionosfére. Jeho intenzita sa mení v čase.

3. CSAMT Úvod k metóde Magnetotelurické signál podľa frekvencií môžeme rozdeliť na: Magnetotelurické pole (MT) f<1Hz Audiomagnetotelurické pole (AMT) f = 1-10000 Hz Radiomagnetoteluricképole (RMT) f = 10000-30000 Hz CSAMT používa umelý zdroj elektromagnetického signálu, uzemnený dipól alebo horizontálnu slučku. Zdroj poskytuje stabilný, nezávislý signál. Využívaný signál je v rozsahu AMT (1Hz – 8192Hz). Efektívna hĺbka použitia metódy je do 1.5km (maximálne 2km). Význam metódy za posledné roky stúpa pre jej vysokokvalitné údaje, dobré rozlíšenie, finančnú nenáročnosť a relatívne jednoduchú interpretáciu.

4. CSAMT Popis metódy Metóda CSAMT vyžaduje transmisiu kontrolovaného elektromagnetic-kého signálu vhodných frekvencií na strane vysielača (transmitter) a meranie elektrického a magnetického poľa v meranejploche na strane prijímača (receiver). Transmitter je statický, počas jednej etapy merania zostáva na tom istom mieste. Receiver sa pohybuje po meracích bodoch.

5. CSAMT Popis metódy • Spracovanie CSAMT signálu vychádza z metodikyspracovaniaMT poľa, kde máme zdroj prakticky v nekonečne oproti meranému tenzoru. • V prípade CSAMT je zdroj v konečnej vzdialenosti. • Aby meranie nebolo ovplyvnené zdrojom, zdroj musí byť v dostatočnej vzdialenosti od prijímacej časti. • Vzdialenosť zdroja od prijímača môžeme zaradiť do 3 kategórií: • Blízka zóna (nearfield) • Prechodná zóna (transition field) • Vzdialená zóna (farfield) Našou snahou je dosiahnuť to, aby sa prijímač nachádzal vo „vzdialenej zóne“, čím je zabezpečená ortogonalita CSAMT merania. Interpretačné postupy sú spracované len pre far zónu. V poslednom čase sú publikované matematické postupy pre interpretáciu v near zóne. V tomto prípade sa musí brať do úvahy i orientácia vysielača a vysielané prúdy. Postupy interpretácie sú však zatiaľ len v teoretickom štádiu a nie sú integrované v spracovateľských software.

6. CSAMT Popis metódy Ideálna vzdialenosť medzi vysielačom a prijímačom musí byť minimálne 4 x skin depth. Skin depth d=503* d - skin depth – odpor – frekvencia signálu Minimálna vzdialenosť medzi prijímačom a vysielačom 4d = 2012 * Minimálna vzdialenosť závisí od frekvencií ako aj od odporu horninového prostredia Maximálna vzdialenosť je daná utlmením signálu hlavne vyšších frekvencií Meranie môžu byť vykonávané v rozsahu 0.1 Hz do 10 kHz. Najčastejšie používané frekvencie sú 1Hz, 2 HZ, 4Hz, 8Hz, 16Hz, 32Hz, 64Hz, 128Hz, 256Hz, 512Hz, 1024Hz, 2048Hz, 4096Hz, 8192Hz.

7. CSAMT Popis metódy Na strane transmittera používame miesto uzemneného dipólu uzemnený tripól. To nám umožňuje ľubovolne rotovať prúdový vektor podľa potreby bez nutnosti meniť polohu uzemnenia elektród. Dĺžka každej vetvy tripólu je od 500 do 1000m. Maximálny prúd vysielacej zostavy je 40A.

8. CSAMT Popis metódy Na strane receiveramagnitúda a fáza môžu byť merané od 2 do 5 elektrických a magnetických komponentov Ex , Ey, Hx, Hy, Hz. Ex, Ey sú navzájom kolmé elektrické dipóly. Hx, Hy, Hz sú magnetické komponenty. Veľkosť meracieho elektrického dipólu je od 25 do 50m.

9. CSAMT Popis metódy Pomer elektrickej a magnetickej zložky ( kolmých na seba) ako aj rozdiel ich fáz sú charakteristické pre elektrické vlastnosti hornín: Z = E/H Z- impedancia je definovaná ako pomer kolmých zložiek elektrického a magnetického poľa Zdanlivý odpor pre magnetotellurické meranie vo vzdialenej zóne popisuje Cagniardov vzorec: Ρz = *| rz– zdanlivý odpor f Φ – fázový posun Ρz = *| Fázový posun – je posun medzi navzájom kolmými zložkami elektrického a magnetického poľa Φ = Φ Ex - Φ Hy

10. CSAMT Popis metódy Hĺbka informácie je nepriamo úmerná použitej frekvencii. Vyššie frekvencie poskytujú informácie z malých hĺbok. Nižšie frekvencie z veľkých hĺbok. Hĺbka prieskumu je približne rovná ( v prípade farfield) h = 356* Vidíme, že dosiahnutá hĺbka prieskumu záleží od dvoch parametrov, odporu hornín a použitej frekvencie. S klesajúcim odporom a stúpajúcou frekvenciou je hĺbka prieskumu plytšia. So stúpajúcim odporom a klesajúcou frekvenciou je hĺbka prieskumu väčšia. Zmenou frekvencie signálu získame krivku vertikálnej sondáže.

11. CSAMT Popis metódy Efektívna dosiahnutá hĺbka

12. CSAMT Popis metódy Vertikálne rozlíšenie podpovrchových komplexov závisí od plošnej veľkosti, hrúbky, hĺbky a odporového kontrastu hornín. Rozlíšenie vodivých polôh je ľahšie ako rozlíšenie vyššie odporových komplexov. Veľmi zjednodušené pravidlo hovorí, že vodivé horizonty budú zaregistrované vtedy, ak pomer hrúbky k hĺbke bude väčší ako 0.2x druhá odmocnina pomeru odporu vrstvy k odporu pozadia. Vrstva z vyšším odporom ako pozadie bude registrovaná, ak pomer hrúbky vrstvy k priemernej hĺbke bude väčší ako 0.2, pri odporovom kontraste 10:1, alebo viac. Hrubé pochované vrstvy sú pomerne ľahko identifikovateľné. Horizontálne rozlíšenie záleží hlavne od veľkosti elektrického dipólu. Všeobecné pravidlo je, že horizontálne rozlíšenie pre TM mód je približne rovné veľkosti dipólu. Menšie objekty môžu byť detekované, ale rozlíšenie ich pozície je stále závislé od veľkosti dipólu.

13. CSAMT Možnosti a obmedzenia metódy Výhodou metódy je veľký hĺbkový dosah – bežne 1.5 km, v optimálnych prípadoch i 2 km. Okrem CSAMT je možné merať i klasickú magnetoteluriku s hĺbkovým dosahom v kilometroch. Nevýhodou je zvýšená logistická náročnosť je pri budovaní zdroja. Z logistického hľadiska metóda vyžaduje pri vysielači najmenej 5 osôb ( 3 na stráženie elektród), pri prijímači 3 osoby. • Pri väčšom objeme prác je s jedným sýtiacim zdrojom možno nezávisle použiť viac prijímačov, čím sa zvýši efektivita prác. • Pri kroku do 50 m je možno efektivitu zvýšiť i pridaním 2 rozširujúcich boxov, ktoré zabezpečia meranie elektrickej zložky signálu.

14. CSAMT Možnosti a obmedzenia metódy • Obmedzenie je aj v minimálnej hĺbke dosahu metódy. Bežný limit merania je okolo 10 metrov v závislosti na odpore pripovrchových vrstiev. • Pri plytkých cieľoch sú výhodnejšie iné elektrické a elektromagnetické metódy. • Obmedzenie je dané i tým, že merania musia byť vykonané vo vzdialenej zóne, ktorú sa nemusí podariť dosiahnuť vzhľadom na urbanistickú situáciu ap. SKIN DEPTH

15. CSAMT Možnosti a obmedzenia metódy Maximálna vzdialenosť vysielača od prijímača je daná utlmením elektromagnetického signálu. rmax= rmaxmaximálna vzdialenosť vysielač- prijímač I Emin – minimálne detekovateľnéelektrické pole

16. CSAMT Možnosti a obmedzenia metódy Cenové porovnanie metódy CSAMT s VES Porovnaniecien VES a CSAMT primnožstve 10 - 20 sond Pri väčších objemoch meraných sond , v prípade keď vysielač zostáva na tom istom mieste sa cena CSAMT výrazne znižuje

17. CSAMT Možnosti a obmedzenia metódy Cenové porovnanie metódy CSAMT s VES Porovnanie ceny VES a CSAMT pre hĺbku do 750 m Do ceny je zakalkulované vybudovanie a testovanie vysielača. Časová náročnosť pri 30 sondách VES=ca. 15 dní, CSAMT=ca. 4-7 dní Počet sond

18. CSAMT Meracia aparatúra Receiver a transmitter Sú synchronizované pomocou GPS

19. CSAMT Meracia aparatúra TRANSMITTER

20. CSAMT Meracia aparatúra TRANSMITTER

21. CSAMT Meracia aparatúra RECEIVER Sample rates:128 Hz to 524 kHz by hardwarelower sampling rates by digital filter (2x, 4x, 8x, 32x)Supported Methods:Plane time series recording with different sample rates; MT and EMAP; CSAMT Number of channels1 to 10 per ADU-07, up to 255 ADUs can be operated in a network using network cable or wireless LAN Bands 2Bands:LF-ADC:DCto 1000 HzHF-ADC: 1 Hz to 250 kHz HF recording can be done independently during LF recording. Different sample rates for LF and HF ADC.

22. CSAMT Spracovanie nameraných údajov Namerané údaje Binárny formát, veľké objemy dát (1-5GB/sonda). Pre-processing Binárny formát je spracovaný do medzinárodného štandartu .edi. Final-Procesing Inverzný software prevedie .edi na odporový rez • Pre konverziu meraných výsledkov do rezov meraný odpor / hĺbka sa používajú 1-D a 2-D modelovacie programy. • Vyhladený model matematickej inverzie zobrazuje umiestnenie, veľkosť a hĺbku rozdielnych odporových zdrojov. • 2D model na rozdiel od 1D modelu používa pre modelovanie i informácie zo susediacich meraných staníc. Výsledky môžu byť prezentované ako : - blokový model pre každú sondu - vertikálny rez - horizontálny rez pre danú hĺbku - 3D model

23. CSAMT Aplikácie metódy Využívame pri potrebe prieskumu v hĺbkach väčších ako 100m. (do hĺbky 100m sú k dispozícii jednoduchšie a rýchlejšie druhy prieskumu) Hlavnou výhodou oproti iným elektrickým metódam (VES, TEM) je kvalitnejšia informácia, násobne vyššia produkcia, možnosť dosiahnuť väčšie hĺbky, nepotrebnosť veľkého priestoru. Oproti seizmike ma CSAMT výhodu výrazne nižšej ceny. Ložiskový geologický prieskum (rudy a nerudy) -vymapovanie geologických štruktúr, zóny impregnácie, litológia- ohraničenie ložiskového telesa, homogenita horninových celkov Hydrogeologický a geotermálny prieskum -litológia– vymedzenie geologických celkov a ich morfológia, mineralizácia a salinita Inžinierskogeologický prieskum -hĺbkový IG prieskum (tunely) Prieskum na uhľovodíky a iné druhy prieskumu -úložiská rádioaktívneho odpadu, špecifický prieskum vo väčších hĺbkach

24. CSAMT Aplikácie metódy Ložiskový geologický prieskum Žilné štruktúry

25. CSAMT -tektonické poruchy vymapované pomocou CSAMT -odporové celky, ktoré spravidla odpovedajú litologickým celkom

26. CSAMT Aplikácie metódy Ložiskový geologický prieskum Žilné štruktúry Rudonosná štruktúra nachádzajúca sa na zlomovej štruktúre

27. CSAMT Aplikácie metódy Ložiskový geologický prieskum Žilné štruktúry Pri viacerých realizovaných profiloch CSAMT je možné sledovať vývoj rudonosnej štruktúry v priestore.

28. CSAMT Aplikácie metódy Ložiskový geologický prieskum -úloha projektu vymapovať možné pokračovanie tektonickej zóny -vzhľadom na CSAMT odporový rez, sa predpokladá existencia zlomovej štruktúry so zónou impregnácie -bansky overená štruktúra je viditeľná v prípade viacerých rezov je možné vytvorenie 3D modelu

29. CSAMT Aplikácie metódy Hydrogeologický a geotermálny prieskum

30. CSAMT Aplikácie metódy Inžinierskogeologický prieskum Obmedzenie využitia iba na hlbší prieskum (tunely) Nahrádzajú sa tu iné formy prieskumu VES, SOP Príklad využitia CSAMT pri prieskume na tunelovú konštrukciu. Kombinácia CSAMT a VES.

31. CSAMT Aplikácie metódy Prieskum na uhľovodíky a iné druhy prieskumu PRIESKUM NA UHĽOVODÍKY Prieskum na uhľovodíky v pobrežnej časti Brazílie Použité boli: Pozemná magnetometria, gammaspektrometria a CSAMT na determinovanie hĺbky –výsledkom je odporový model Odporový model umožňuje charakterizovať hranice štruktúrPrecambrian bazénukde boli identifikované sekvencie zlomov. Bazén je interpretovaný medzi 400 a 600 m. Nad ním je identifikovaný pieskový komplex s odpormi medzi 30 a 80 ohmm a hrúbkouod 150 do 250m. Blízko sondy 94 v hĺbke350 m metrov, bol identifikovaný cieľ č.4, ktorý môže byť asociovaný s ložiskom uhľovodíkov.

32. CSAMT Aplikácie metódy Prieskum na uhľovodíky a iné druhy prieskumu Potencionálne úložisko rádioaktívneho odpadu CSAMT bol použité pre charakteristiku pomerov potenciálneho úložiska rádioaktívneho odpadu v UK. Prieskumná plocha bola pre použitie klasickej metódy príliš zarušená elektromagnetickým šumom. Bol použitý 1.5 km horizontálny elektrický dipól(HED). Systém používal detekciu prichádzajúceho šumu. Pri modelovaní prúdenia podzemnej vody sa ukázalo, že zmeny v prípade dažďov môžu posúvať salinitu až 2 km do oblasti potencionálneho úložiska. Nasledovali ďalšie štúdie – vrty a nakoniec oblasť nebola vybraná ako vhodné úložisko rádioaktívneho odpadu.