MOŽNOSTI VYUŽITIA MAGNETOTELURIKY PRI GEOLOGICKOM PRIESKUME

Úvod k metóde

Metóda CSAMT sa zaraďuje v medzi geofyzikálne geoelektrické metódy. Jej využitie predpokladá odporový kontrast v horninovom prostredí. Metóda mapuje vodivostné pomery v širokom hĺbkovom rozsahu.

Metóda CSAMT patrí medzi magnetotelurické metódy, čo sú metódy zaraďované k frekvenčným metódam ( frequency domain ), kde hĺbka dosahu metódy je určovaná použitou frekvenciou elektromagnetického signálu.

Magnetotelurické metódy (MT, AMT) s prirodzeným zdrojom využívajú prirodzené variácie elektromagnetického poľa zeme v širokom frekvenčnom rozsahu. Široký frekvenčný rozsah umožňuje dosahovať veľkú hĺbku penetrácie.

Magnetotelurický signál je generovaný aj búrkami a solárnym vetrom v ionosfére. Jeho intenzita sa mení v čase.

CSAMT

Úvod k metóde

Magnetotelurické signál podľa frekvencií môžeme rozdeliť na:

Magnetotelurické pole (MT) f<1Hz

Audiomagnetotelurické pole (AMT) f = 1-10000 Hz

Radiomagnetotelurické pole (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 1.5 km (maximálne 2km).

Význam metódy za posledné roky stúpa pre jej vysokokvalitné údaje, dobré rozlíšenie, finančnú nenáročnosť a relatívne jednoduchú interpretáciu.

CSAMT

Popis metódyMetóda CSAMT vyžaduje transmisiu kontrolovaného elektromagnetic-

kého signálu vhodných frekvencií na strane vysielača (transmitter) a meranie elektrického a magnetického poľa v meranej ploche na strane prijímača (receiver).

Transmitter je statický, počas jednej etapy merania zostáva na tom istom mieste. Receiver sa pohybuje po meracích bodoch.

CSAMT

Popis metódy• Spracovanie CSAMT signálu vychádza z metodiky spracovania MT 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 (near field)Prechodná zóna (transition field)Vzdialená zóna (far field)

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.

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.

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.

CSAMT

Popis metódyNa strane receivera magnitúda 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.

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

Zdanlivý odpor pre magnetotellurické meranie vo vzdialenej zóne popisuje Cagniardov vzorec:

rz– zdanlivý odpor f

Φ – fázový posun

CSAMT

Ρz = *|

Φ = Φ Ex - Φ Hy

Ρz = *|

Z- impedancia je definovaná ako pomer kolmých zložiek elektrického a magnetického poľa

Fázový posun – je posun medzi navzájom kolmými zložkami elektrického a magnetického poľa

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 far field)

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.

CSAMT

Popis metódy

Efektívna dosiahnutá hĺbka

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.

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.

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

CSAMT

Možnosti a obmedzenia metódy

Maximálna vzdialenosť vysielača od prijímača je daná utlmením elektromagnetického signálu.

CSAMT

rmax =

rmax maximálna vzdialenosť vysielač- prijímačI

Emin – minimálne detekovateľné elektrické pole

Možnosti a obmedzenia metódyCSAMT

Kategória VES Hlbkový dosah Cena za 1 sondu VES Orientačná cena CSAMTgeoel.ves.AB-2000-5pulz.sondy-1000-3 500 346.37 € 350.00 €geoel.ves.AB-3000-5pulz.TER.3 750 507.10 € 425.00 €geoel.ves.AB-4000-5pulz.TER.3 1000 727.89 € 500.00 €geoel.ves.AB-6000-5pulz.TER.3 1500 988.92 € 625.00 €

500 750 1000 1500 0.00 €

100.00 €

200.00 €

300.00 €

400.00 €

500.00 €

600.00 €

700.00 €

800.00 €

900.00 €

1 000.00 €

346

.37

€

507

.10

€

727

.89

€

988

.92

€

350

.00

€

425

.00

€

500

.00

€

625

.00

€

Cena za 1 sondu VES

Orientačná cena CSAMT

Hĺbový dosah

Porovnanie cien VES a CSAMT pri množstve 10 - 20 sond

CENOVÉ POROVNANIE METÓDY CSAMT S VES

Pri väčších objemoch meraných sond , v prípade keď vysielač zostáva na tom istom mieste sa cena CSAMT výrazne znižuje

Možnosti a obmedzenia metódyCSAMT

CENOVÉ POROVNANIE METÓDY CSAMT S VES

Do ceny je zakalkulované vybudovanie a testovanie vysielača. Časová náročnosť pri 30 sondách VES=ca. 15 dní, CSAMT=ca. 4-7 dní

Počet sond VES CSAMT VES -na 1 sondu CSAMT na 1 sondu4 2028 € 2700 € 507 € 675 €6 3043 € 3550 € 507 € 592 €8 4057 € 4400 € 507 € 550 €

10 5071 € 5250 € 507 € 525 €12 6085 € 6100 € 507 € 508 €14 7099 € 6950 € 507 € 496 €16 8114 € 7800 € 507 € 488 €18 9128 € 8650 € 507 € 481 €20 10142 € 9500 € 507 € 475 €22 11156 € 10350 € 507 € 470 €24 12170 € 11200 € 507 € 467 €26 13185 € 12050 € 507 € 463 €28 14199 € 12900 € 507 € 461 €30 15213 € 13750 € 507 € 458 €

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 400 €

450 €

500 €

550 €

600 €

650 €

700 €

VES -na 1 sonduCSAMT na 1 sondu

Porovnanie ceny VES a CSAMT pre hĺbku do 750 m

Meracia aparatúra

Receiver a transmitterSú synchronizované pomocou GPS

CSAMT

Meracia aparatúraTRANSMITTER

CSAMT

Meracia aparatúraTRANSMITTER

CSAMT

Meracia aparatúraRECEIVER Sample rates: 128 Hz to 524 kHz by hardware

lower 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 channels 1 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: DC to 1000 Hz

HF-ADC: 1 Hz to 250 kHzHF recording can be done independently during LF recording.Different sample rates for LF and HF ADC.

CSAMT

Spracovanie nameraných údajov

• 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

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

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

CSAMT

Žilné štruktúryAplikácie metódy

Ložiskový geologický prieskum

CSAMT

-tektonické poruchy vymapované pomocou CSAMT

-odporové celky, ktoré spravidla odpovedajú litologickým celkom

CSAMT

Žilné štruktúry

Aplikácie metódyLožiskový geologický prieskum

CSAMT

Rudonosná štruktúra nachádzajúca sa na zlomovej štruktúre

Žilné štruktúry

Aplikácie metódyLožiskový geologický prieskum

CSAMT

Pri viacerých realizovaných profiloch CSAMT je možné sledovať vývoj rudonosnej štruktúry v priestore.

-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

Aplikácie metódyLožiskový geologický prieskum

CSAMT

Aplikácie metódyHydrogeologický a geotermálny prieskum

CSAMT

Aplikácie metódyInžinierskogeologický prieskum

CSAMT

Príklad využitia CSAMT pri prieskume na tunelovú konštrukciu. Kombinácia CSAMT a VES.

Obmedzenie využitia iba na hlbší prieskum (tunely)

Nahrádzajú sa tu iné formy prieskumu VES, SOP

PRIESKUM NA UHĽOVODÍKY

CSAMTAplikácie metódy

Prieskum na uhľovodíky a iné druhy prieskumu

Prieskum na uhľovodíky v pobrežnej časti BrazíliePoužité boli: Pozemná magnetometria, gamma spektrometria a CSAMT na determinovanie hĺbky –výsledkom je odporový model

Odporový model umožňuje charakterizovať hranice štruktúr Precambrian bazénu kde 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 hrúbkou od 150 do 250m. Blízko sondy 94 v hĺbke 350 m metrov, bol identifikovaný cieľ č.4, ktorý môže byť asociovaný s ložiskom uhľovodíkov.

POTENCIONÁLNE ÚLOŽISKO RÁDIOAKTÍVNEHO ODPADUCSAMT 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.

CSAMTAplikácie metódy

Prieskum na uhľovodíky a iné druhy prieskumu