ΓΕΝΙΚΑ

Λέγοντας λιθολογία εννοούμε την περιγραφή των πετρωμάτων ιδιαίτερα των ιζηματογενών. Αυτή η περιγραφή περιλαμβάνει το χρώμα, την δομή, την σύνθεση και το μέγεθος του κόκκου (κοκκομετρία). Οι γεωφυσικές μέθοδοι μετρούν τις φυσικές ιδιότητες των πετρωμάτων δηλαδή την σεισμική ταχύτητα, την ηλεκτρική αντίσταση, την μαγνήτιση και σε μικρά βάθη την διηλεκτρική σταθερά. Για να χρησιμοποιηθούν γεωφυσικές μέθοδοι για να χαρτογραφηθεί η λιθολογία θα πρέπει να υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ των λιθολογικών χαρακτηριστικών του πετρώματος και των φυσικών του ιδιοτήτων.

Οι δύο λιθολογικές παράμετροι που μπορούν σχετικά εύκολα να αντιστοιχισθούν με φυσικές παραμέτρους είναι η δομή και το μέγεθος κόκκου. Το χρώμα δεν μπορεί εύκολα να μεταφρασθεί σε φυσική αντίστοιχη παράμετρο. Η σύνθεση επίσης εξαρτάται ελαφρά από την σειμική ταχύτητα αν και η σχέση αυτή είναι αρκετά σύνθετη. Τα μοναδικά ορυκτά που μπορούν να εντοπισθούν με γεωφυσικές μεθόδους απευθείας είναι ο μαγνητίτης και ο πυρίτης.

Η κατανομή του μεγέθους των κόκκων ενός πετρώματος είναι άμεσα συνδεδεμένη με την περατότητα. Η περατότητα είναι ο λόγος μεταξύ του όγκου των κενών μέσα σε ένα πέτρωμα και του συνολικού του όγκου. Μια ενιαία κατανομή των κόκκων καταλήγει τελικά σε μια μικρότερη περατότητα αφού οι μικρότεροι κόκκοι μπορούν να γεμίσουν τα κενά που δημιουργούν οι μεγαλύτεροι.

Η δομή ενός πετρώματος εμφανίζει κάποια σχέση με την σεισμική του ταχύτητα καθώς και κάποια σχέση με την ειδική του ηλεκτρική αντίσταση. Εν τούτοις μονοσήμαντες σχέσεις μεταξύ των δύο μεγεθών δεν υπάρχουν.

Τα ορυκτά που περιέχονται στα πετρώματα είναι πρακτικά μονωτές. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα εμφανίζεται κατά κανόνα μέσα στην υγρή των περιοχή. Στην περίπτωση των εδαφών, η ηλεκτρική αντίσταση εξαρτάται από πολές παραμέτρους. Αυτοί είναι το ποσοστό αργίλου, πιθανή αλατότητα, τον βαθμό συνεκτικότητας και άλλες. Γενικά είναι δύσκολο να δοθεί μια τιμή στην περατότητα από γεωφυσικές πληροφορίες όπως η ηλεκτιρκή αντίσταση ή η σεισμική ταχύτητα.

Οι μαγνητικές μέθοδοι θα περιγραφούν παρακάτω αν και κατά κανόνα χρησιμοποιούνται για να μετρηθεί η μαγνητική επιδεκτικότητα των πετρωμάτων. Γενικά οι μέθοδοι που αναφέρονται χρησιμοποιούνται για βάθη έρευνας πολλών εκατοντάδων μέτρων. Τέτοιες μέθοδοι είναι οι σεισμικές μέθοδοι ανάκλασης καθώς και οι μαγνητικές. Οι σεισμικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται κατά κανόνα στην έρευνα για υδρογονάνθρακες και πετρέλαια. Αν και η μεθοδολογία είναι σχετικά όμοια, στις σελίδες αυτού του ιστοχώρου θα περιγραφούν μέθοδοι έρευνας με στόχο περίπου τα 100 μέτρα.

Μέθοδοι

Έξη διαφορετικές μέθοδοι θα περιγραφούν στην ιστοσελίδα αυτή: Ατές φαίνονται παρακάτω μαζί με την αντίστοιχη φυσική ιδιότητα που μετράται:

       Μέθοδος                                                          Ιδιότητα που προκύπτει

Σεισμική ανάκλαση                                                  Λιθοστρωματογραφική στήλη και βάθος

Σεισμική ανάκλαση                                                  Ταχύτητα πετρώματος, βάθος στρώματος

Ηλεκτρικές μέθοδοι                                                 Ηλεκτρική αντίσταση, βάθος στρώματος

Μαγνητικές μέθοδοι                                                 Μαγνητική επιδεκτικότητα

Μέθοδος επαγόμενης πόλωσης                                  Ορυκτά, άργιλος

Παρουσιάζονται παρακάτω δύο σεισμικές μέθοδοι:

Η μέθοδος σεισμικής διάθλασης και η μέθοδος σεισμικής ανάκλασης.

Η μέθοδος της σεισμικής διάθλασης μπορεί να δώσει πληροφορίες για μέχρι και 4 στρώματα μαζί με τα πάχη των στρωμάτων. Η μέθοδος της σεισμικής ανάκλασης χρησιμοποιήται για να εξετάζει τα βάθη  και την συνέχει των οριζόντων που ξεχωρίζουν τα υπόγεια στρώματα και χρησιμοποιείται γενικά για βάθη μεγαλύτερα από εκείνα της μεθόδου της διάθλασης.

Μέθοδος της Σεισμικής Διάθλασης

Βασική αρχή λειτουργίας:  Η μέθοδος της σεισμικής διάθλασης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετρηθούν ταχύτητες διάδοσης και βάθη στα διάφορα πετρώματα. Η μέθοδος απαιτεί μια σεισμική πηγή, συνήθως μια σφύρα για βάθη μικρότερα των 15 μ ή εκρηκτικά για βάθη μέχρι τα 30 μέτρα. Τα σεισμικά κύματα διεισδύουν στο υπέδαφος και διαθλώνται κατά μήκος των επιφανειών επαφής των πετρωμάτων. Καθώς ταξιδεύουν κατά μήκος των επιφανειών αυτών , εκπέμπουν διαρκών σεισμικά κύματα προς την επιφάνεια που μετρώνται από σειρές αισθητήρων που λέγονται "γεώφωνα".

Στην εικόνα δίπλα φαίνεται ένας σεισμογράφος της εταιρίας GEOMETRICS με δυνατότητα καταγραφής 64 καναλιών δεδομένων, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε σεισμικές έρευνες ανάκλασης ή διάθλασης.

Οι διαδρομές των κυμάτων και το γράφημα χρόνου απόστασης φαίνονται στην διπλανή εικόνα. Αντίστοιχα φαίνεται και ο υπολογισμός των ταχυτήτων για κάθε στρώμα στη σειρά.

Τα κύρια σεισμικά κύματα που διαθλώνται φαίνονται στην διπλανή εικόνα. Ακόμη φαίνονται τα σημεία των εκρήξεων ενός και εκτός της διάταξης των γεωφώνων.

Επεξεργασία δεδομένων: Η πρώτη δουλειά σε ένα προφίλ διάθλασης είναι να ξεχωρίσουν οι λεγόμενες "πρώτες αφίξεις". Μετά γίνεται ένα διάγραμμα των χρόνων άφιξης μεταξύ γεωφώνων και εκρήξεων. Το διάγραμμα αυτό λέγεται διάγραμμα χρόνου - απόστασης. Ένα τέτοιο διάγραμμα φαίνεται παραπάνω.

Αξιολόγηση δεδομένων: Υπάρχουν πολλές μέθοδοι αξιολόγησης των δεδομένων αλλά η πιό συνηθισμένη είναι η μέθοδος GRM (Generalized Reciprocal Method).

Πλεονεκτήματα: Είναι πολύ καλή μέθοδος για τον υπολογισμό της ταχύτητας διάδοσης

Περιορισμοί: Το κύριο πρόβλημα είναι ότι απαιτεί οι διαδοχικοί ανακλαστήρες (επιφάνειες μεταξύ πετρωμάτων) να έχουν και όλο και μεγαλύτερες ταχύτητες διάδοσης των σεισμικών κυμάτων, πράγμα που δεν συμβαίνει πάντοτε. Ακόμη, ο θόρυβος είναι ένα πρόβλημα και η μέθοδος είναι δύσκολη στην εφαρμογή σε κατοικημένες περιοχές.

Μέθοδος της σεισμικής ανάκλασης

Βασική αρχή λειτουργίας: Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην  χαρτογράφηση υπογείων στρωμάτων με χρήση κλασσικών μορφών σεισμικών πηγών ενέργειας. Για μικρά βάθη μια σφύρα είναι αρκετή ενώ για βαθύτερα μπορούν να χρησιμοποιηθούν εκρηκτικά.

Η σεισμική ανάκλαση χρησιμοποιεί μια σεισμική πηγή στην επιφάνεια για να δημιουργηθεί ένα σεισμικό κύμα το οποίο ταξιδεύει στο υπέδαφος. Όποιοι ορίζοντες (διαχωριστικές επιφάνειες μεταξύ στρωμάτων) έχουν διαφορά στην πυκνότητα ανακλούν ένα μέρος των κυμάτων και ένα άλλο μέρος πηγαίνει βαθύτερα. Στην διπλανή εικόνα φαίνονται οι ανακλάσεις από δύο στρώματα. Τα γεώφωνα στην επιφάνεια καταγράφουν αυτές τις ανακλάσεις.

Συλλογή δεδομένων: σε ένα προφίλ σεισμικής ανάκλασης, οι εκρήξεις γίνονται σε κανονικά διαστήματα κατά μήκος του και οι σεισμικές ανακλάσεις καταγράφονται σε μια σειρά γεωφώνων που τοποθετείται στο έδαφος. Ο αριθμός των γεωφώνων διαφέρει και μεταβάλλεται από 12 έως 64 ή ακόμη και πολύ περισσότερα στις έρευνες για υδρογονάνθρακες και πετρέλαια. 'ολα τα δεδομένα  καταγράφονται στον σεισμογράφο για παραπέρα επεξεργασία. Η απόσταση μεταξύ των γεωφώνων, ο αριθμός αυτών και η απόσταση μεταξύ των εκρήξεων πρέπει πάντοτε να καθορίζονται πριν αρχίσει η έρευνα, εξαρτώνται δε πάντοτε με τον αναζητούμενο γεωφυσικό στόχο (μέγεθος, βάθος κλπ).

Επεξεργασία δεδομένων: Υπάρχουν πολλές τεχνικές που περιλαμβάνουν φίλτρα, διόρθωση ταχυτήτων, άθροιση των σημάτων (stacking) που προέρχονται από ένα κοινό σημείο βάθους (CDP) επάνω στην ανακλώμενη επιφάνεια. Ο σκοπός των τεχνικών αυτών είναι να δώσουν όσο πιό καθαρή την εικόνα των υπογείων στρωμάτων.

Αξιολόγηση των δεδομένων: Τα προφίλ σεισμικής ανάκλασης χρησιμοποιούνται συνήθως για την κατάρτιση γεωλογικών τομών ακριβείας έτσι ώστε να καθοριστεί και η λιθολογία των υπογείων στρωμάτων.

Πλεονεκτήματα:  Η μέθοδος, όταν εφαρμοσθεί σωστά δίνει μια ακριβέστατη τομή του εδάφους για πολύ μεγάλα βάθη.

Περιορισμοί: Πληροφορία δίνεται μόνο κατά μήκος των γραμμών μέτρησης. Γενικά είναι πολύ ακριβή μέθοδος γιατί περιλαμβάνει σημαντικό αριθμό δεδομένων και πολύ καλή γνώση επεξεργασίας των.

Μέθοδοι Ηλεκτρικής Αντίστασης

Οι μέθοδοι ηλεκτρικής αντίστασης χωρίζονται σε τρείς κατηγορίες: Οι πρώτες δύο είναι κατακόρυφες ηλεκτρικές διασκοπήσεις και τομές. Η τρίτη κατηγορία περιλαμβάνει τις δύο προηγούμενες για την δημιουργία μιας τομής ηλεκτρικής αντίστασης δύο διαστάσεων (Electrical Resistivity Tomography – ERT). Οι γεωηλεκτρικές διασκοπήσεις αφορούν μόνο κατακόρυφη πληροφορία για τα βάθη και τις ηλεκτρικές αντιστάσεις των στρωμάτων ενώ η μέθοδος ERT χρησιμοποιείται σήμερα όλο και περισσότερο λόγω των πιό σύγχρονων μηχανημάτων μετρήσεων.

Αυτά τα νέα μηχανήματα χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια τα οποία επιλέγονται από ένα κεντρικό κοντρόλ. Αυτό σημαίνει ότι ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτροδίων μπορεί να μπεί στο έδαφος πριν από τις μετρήσεις και μετά όλα αυτά να ελέγχονται από το κεντρικό κοντρόλ. Ένας σημαντικός αριθμός δεδομένων συλλέγεται με τον τρόπο αυτό.

Γενικά, η ηλεκτρική αντίσταση μετράται με κάποια διάταξη από αυτές που φαίνονται στην διπλανή εικόνα. Το ηλεκτιρκό ρεύμα διοχετεύεται στο έδαφος με τα δύο ηλεκτρόδια ρεύματος  (κόκκινα) και μετράται η τάση που δημιουργείται σε δύο άλλα ηλεκτρόδια, τα ηλεκτρόδια δυναμικού (πράσινα). Ο λόγος της τάσης προς το ρεύμα δίνει την λεγόμενη «ηλεκτρική αντίσταση» του εδάφους.

Αυτοματοποιημένα συστήματα μετρήσεων ηλεκτρικής αντίστασης

Βασική αρχή λειτουργίας: Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, υπάρχουν σήμερα νέα συστήματα μετρήσεων που είναι πιό αποτελεσματικά.

Συλλογή δεδομένων: Όταν χρησιμοποιούνται αυτοματοποιημένα συστήματα μετρήσεων, τα ηλεκτρόδια τοποθετούνται πρώτα στο έδαφος και έπειτα συνδέονται με το σύστημα ελέγχου ηλεκτροδίων. Το σύστημα αυτό προγραμματίζει τις μετρήσεις ανάλογα με την επιλογή του είδους της διάταξης και εκτελεί τις μετρήσεις αποθηκεύοντας τις σε ΗΥ.

 Επεξεργασία των δεδομένων: Η μόνη επιπλέον επεξεργασία είναι η αφαίρεση των σημείων που έχουν μετρηθεί λάθος.

Αξιολόγηση των δεδομένων: Η GEOSERVICE χρησιμοποιεί ειδικά προγράμματα αναστροφής (inversion software) με τα οποία δίνεται η ακριβής κατανομή της ηλεκτρικής αντίστασης στο υπέδαφος σε 2 διαστάσεις. Μετά από αυτό ακολουθεί ο οπτικός έλεγχος της τομής και η κατάρτιση της αντίστοιχης γεωλογικής.

Πλεονεκτήματα: Πολύ περισσότερα δεδομένα από τις απλές κατακόρυφες γεωηλεκτρικές διασκοπήσεις με πολύ υψηλότερη λεπτομέρεια στις υπόγειες δομές.

Περιορισμοί: Πολλά ηλεκτρόδια, πολύς χρόνος συλλογής δεδομένων στο ύπαιθρο, δύσκολη διαδικασία επεξεργασίας με το αντίστοιχο λογισμικό αναστροφής που απαιτεί πολύ πείρα. Επιπλέον η πληροφορία δίνεται μόνο κατά μήκος του προφίλ των ηλεκτροδίων.

αρχή σελίδας