Využití metod lehké geofyziky v inženýrské geologii a pro potřeby geologického mapování

Využití metod lehké geofyziky v inženýrské geologii a pro potřeby geologického mapování Zadavatel: Česká geologická služba Pobočka Brno Leitnerova 22 658 69 Brno Dodavatel - zpracovatel: spol.s r.o. Středisko geofyziky 2000 Ing. Ladislav Minář, CSc. Křenová 35 602 00 Brno tel-fax: 543 254 144, 602 737 573 IČO: 2530 1110 mailto: minar@kcas.cz Brno, červen 2010

ROZDĚLOVNÍK 1-2 Česká geologická služba 3 KOLEJCONSULT & servis, http://kcas.cz/ Zpráva je vyhotovena ve 4 exemplářích. počet stran...13 Seznam příloh: 1. Interpretace profilu L1 1. ÚVOD Na základě objednávky České geologické služby, pobočka Brno, bylo ve dnech 7., 8. a 17. června 2010 provedeno školení pracovníků moravských poboček ČGS na téma Využití metod lehké geofyziky v inženýrské geologii a pro potřeby geologického mapování. Cílem školení bylo seznámení s principy nejčastěji využívaných metod v geofyzikálním průzkumu podloží a ukázka jejich aplikací. Školení bylo zaměřeno na technologii GEORADAR a elektrické metody (VES, DEMP). Školení provedli pracovníci s odbornou způsobilostí v oboru užitá geofyzika RNDr. J. Frolka, Ing. J. Hruška a Mgr. F. Hubatka. Ukázky aplikace v prostředí GIS provedl Mgr. F. Kuda. 2

1.1. PRINCIPY GEOFYZIKÁLNÍCH METOD Metoda radarového profilování. V trase geofyzikálního profilu je situován přijímač a vysílač signálu. Jejich vzdálenost a krok měření po profilu závisí na povaze řešeného úkolu (očekávaná hloubka hledaných těles, jejich rozměr apod.). Vysílaný signál přijatý po odrazu od těles v zemi je aparaturou dále zpracováván a je možné jej sledovat na obrazovce připojeného počítače, kde se postupně přímo v terénu vykreslí celý geofyzikální řez po profilu.naměřená data se pak dále zpracovávají pomocí programového vybavení, které je součástí přístroje, popřípadě s pomocí dalších programových souborů (např. seismických). Systém zpracování umožňuje zvýrazňovat struktury v různých částech řezu, zatímco jiné jsou potlačovány. Této možnosti bylo při zpracování výsledků široce použito.výsledné profily poskytují obraz o rozložení geologických těles v hloubkovém řezu a o jejich vzájemných vztazích (výše a níže uložené objekty, sledování vzájemné polohy vrstev atd.). Vzhledem k tomu, že pro zpracování je možno použít jen jednu hodnotu rychlosti šíření vln, dochází k určitému zkreslování hloubek v případě, že se v horninovém prostředí hodnoty rychlostí mění. Zkreslení obvykle není významné vzhledem k poměrně úzkému rozmezí možných změn rychlostí.hloubkový dosah měření lze do jisté míry ovlivnit výběrem frekvence, neboť vlny o nižší frekvenci pronikají do větších hloubek. V zásadě je však dosah ovlivněn geologickým složením řezu, konkrétně koeficientem útlumu elektromagnetických vln v jednotlivých horninách. Obecně je hloubkový dosah několik desítek metrů. Metoda vertikálního elektrického sondování (VES) je založena na zjišťování měrného elektrického odporu hornin pomocí stejnosměrného proudu. Ten se do země zavádí párem elektrod a jiným párem elektrod se snímá rozdíl potenciálů. Jelikož hloubka průniku proudu závisí na vzdálenosti proudových elektrod, je možné jejich postupným vzdalováním získat sondážní křivku, tj. závislost naměřených hodnot měrného elektrického odporu na hloubce. Interpretací série křivek pak získáme řez horninovým prostředím. Rozlišení je prováděno na základě rozdílů v měrných odporech; z toho vyplývá, že kromě rozdílů ve složení hornin jsou zjišťovány i rozdíly v jejich fyzikálním stavu. To umožní stanovit mocnosti a hloubky jednotlivých vrstev a jejich horninové složení, ale také rozpukanost hornin, stupeň a hloubku zvětrání, poruchová a zlomová pásma apod. Naměřené křivky VES se zpravidla zpracovávají kvantitativní interpretací. Při ní se jednotlivým křivkám přiřazují konkrétní geoelektrické vrstvy s definovanou hodnotou měrného elektrického odporu a mocností. Přitom se srovnává takto získaná vypočtená křivka se skutečnou naměřenou. Vstupní parametry (tedy hodnoty mocností a měrných odporů jednotlivých vrstev) se upravují tak dlouho, dokud není dosaženo vyhovující shody obou křivek. Celý proces se uskutečňuje na osobním počítači, což umožňuje v krátkém čase získat řadu variant řešení a z nich vybrat geologicky a fyzikálně nejpřijatelnější. Z interpretovaných křivek se pak sestaví geoelektrické řezy. V nich lze jednotlivým vrstvám přiřadit konkrétní geologický význam, nejlépe s použitím parametrického měření v místech se známou geologickou stavbou (na vrtu, skalním výchozu apod.). V případě, že takováto místa nejsou k dispozici, je možné s dostatečnou věrohodností použít i údaje z geologicky obdobných lokalit, z laboratorních měření apod.; údajů se za desetiletí geofyzikální praxe po celém světě již nahromadilo nesmírné množství. Na konci celého interpretačního procesu tak jsou geologicko - geoelektrické řezy dle VES, ukazující konkrétní geologickou stavbu, z nichž je možné odečítat hloubky, sklony atd. jednotlivých těles. 3

Metoda dipólového elektromagnetického profilování (DEMP) vytvoří plošný snímek fyzikálního stavu připovrchové části horninového masívu. Tato metoda používá aktivního zdroje elektromagnetických vln, který vysílá směrovaný signál do země a přijímá jeho odezvu. Tak je možné velmi podrobně a rychle získat snímek fyzikálního stavu horninového masívu, konkrétně rozložení hodnot zdánlivé měrné vodivosti σ z a fázového posunu sekundárního pole IF. Z rozdílů vodivosti pak je možno usuzovat na změny litologie hornin, změny vlhkosti, stupeň porušení, přítomnost cizích těles jako jsou inženýrské sítě atd. Fázové změny pak odrážejí magnetické vlastnosti hornin, což opět umožňuje jejich detailní rozčlenění, a dále je možné detekovat kovové předměty, cihelné zdivo a jiné umělé magneticky aktivní materiály. Hloubkový dosah metody u běžně užívaných aparatur je kolem šesti metrů. 2. PROGRAM SEMINÁŘE 2.1. TEORETICKÁ ČÁST - PŘEDNÁŠKY Teoretická část semináře proběhla dne 7. června 2010 v zasedací místnosti ČGS, pobočka Brno a zahrnovala pět přednášek, v kterých byly představeny nejčastěji používané metody a jejich aplikace. 1. GEORADAR, Ing. J. Hruška 2. ZPRACOVÁNÍ GEORADAROVÝCH DAT, Mgr. F. Hubatka 3. GEOELEKTRICKÉ METODY GEOFYZIKÁLNÍHO PRŮZKUMU, RNDr. J. Frolka 4. GEORADAR V GEOLOGII - APLIKACE, Ing. J. Hruška a Mgr. F. Hubatka 5. VYUŽITÍ GEORADAROVÝCH DAT V PROSTŘEDÍ GEOGRAFICKÝCH INFORMAČNCH SYSTÉMŮ, Mgr. F. Kuda 2.1.1. GEORADAR Cílem přednášky bylo seznámit posluchače s typy a výkony používaných georadarů a ukázat, že ne všechny georadary se hodí pro potřeby geologického mapování. 4

5

6

2.1.2. ZPRACOVÁNÍ GEORADAROVÝCH DAT Cílem přednášky bylo seznámit posluchače s procedurou zpracování georadarových dat a možností zlepšit kvalitu výstupů správnou volbou vhodných postupů. 7

8

2.1.3. GEOELEKTRICKÉ METODY GEOFYZIKÁLNÍHO PRŮZKUMU Cílem přednášky bylo seznámit posluchače s principy některých geoelektrických metod, které se používají jako vhodný doplněk pro stanovení litologických poměrů či vodivosti zemin. 9

2.1.4. GEORADAR V GEOLOGII - APLIKACE Cílem přednášky bylo seznámit posluchače s jednotlivými aplikacemi georadaru při mapování geologických struktur na známých lokalitách. 10

11

2.1.5. VYUŽITÍ GEORADAROVÝCH DAT V PROSTŘEDÍ GEOGRAFICKÝCH INFORMAČBÍCH SYSTÉMŮ Cílem přednášky bylo seznámit posluchače s možnosti 3D zobrazení georadarových dat a jejich využitím - vizualizací v rámci jednotného mapovacího systému. 12

2.2. PRAKTICKÁ ČÁST Praktická část semináře proběhla dne 8. června 2010 v areálu ústavu Geoniky AV ČR v Černých polích v Brně a zahrnovala měření metodami GEORADAR, DEMP a VES ve vymezeném polygonu na ploše 30 x 50 m. Naměřená data byla zpracována a následně diskutována. 2.2.1. TERÉNNÍ MĚŘENÍ V rámci terénní měření bylo realizováno měření georadarem PulseEKKO PRO v síti navzájem kolmých profilů L0 až L 7. Použitá frekvence byla 100 MHz, rozestup antén 2 m, krok měření 0,5 m. Doba registrace 1520 ns. Dipólové elektromagnetické profilování DEMP bylo realizováno v síti 2 x 4 m přístrojem CM-31 české výroby. Hloubkový dosah metody je cca 6 m. Vertikální elektrické sondování VES bylo realizováno na třech bodech situovaných na georadarovém profilu L1, metráže 8, 20 a 35. K měření byl použit přístroj RESISTAR RS-100M firmy Geofyzika a.s. 13

14

2.2.2. INTERPRETACE Společné vyhodnocení naměřených dat proběhlo dne 17. června 2010. Interpretace zahrnovala korelaci výstupů aplikovaných geofyzikálních metod - strukturních rozhraní, zachycených GEORADARem na linii L1, měrných odporů, zjištěných metod VES a vodivých poloh, detekovaných metodou DEMP. Hlavním výstupem je geologicko - geofyzikální řez, viz příloha 1. 15

3. ZÁVĚR V rámci odborného semináře provedeného pracovníky fy Kolejconsult & servis byli geologové moravských poboček ČGS seznámeni s geofyzikálními metodami, které se používají v rámci průzkumu v inženýrské geologii a pro mapování geologické stavby. Hlavním poznatky lze shrnout do následujících bodů: GEORADAR je velmi efektivní metoda, jejíž výstupem je spojitý řez odrážející strukturu podloží. Pro účely geologického mapování je nezbytné využít přístroj velkého výkonu s vhodnou frekvencí (200, 100, 50 nebo 25 MHz), rozestupem antén (1 až 6 m) a krokem měření (0,5-2 m). Vhodným rozestavením antén eliminovat parazitní odrazy a nežádoucí jevy. Při zpracování georadarových dat je nutné využít všech dostupných a pro danou lokalitu vhodných numerických postupů (fitrace, dekonvoluce, migrace, Hilbertovy transformace). Rychlosti šíření georadarového signálu získat přímým měřením CMP na lokalitě. Převod časového záznamu na hloubkový realizovat přímou konverzí dle 2D rychlostního modelu. Vertikálním elektrickým sondováním - VES (nebo jeho multikabelovou verzí) získáme měrné odpory, které umožní litologické zatřídění zemin a výklad jednotlivých geologických rozhraní, detekovaných georadarem. Měřením dipólového elektrického sondování - DEMP získáváme základní představu o vodivosti zemin. Brno, 23. června 2010 zpracoval: Mgr. František Hubatka Ing. Jiří Hruška RNDr. Josef Frolka Mgr. František Kuda 16 Ladislav Minář, Ing. CSc.

P ř í l o h y 17

DEMP zóna zvýšené vodivosti VES 1 18 7 12 6 VES 2 14 8 10 10 5 5 13 27 16 10 7 13 12 3 VES 3 5 5 14 LEGENDA: hlavní smykové plochy na bázi kvartéru smykové plochy v bádenu dílčí sesuvná tělesa báze sesuvných aktivit gravitační tahová zóna Příloha 1. Brno, Černá pole, areál Ústavu Geoniky Interpretce georadarového profilu L 1