2014 tanév, 2. félév

VÍZKUTATÁS GEOFIZIKÁJA (MFGFT720002L) 2013/2014 tanév, 2. félév Elektromos és elektromágneses módszerek

Dr. Turai Endre, egyetemi docens Miskolci Egyetem, Geofizikai Tanszék

Az elektromágneses módszerek rendszere a tér eredete és frekvenciája szerint:


Egyenáramú, f=0 (Geoelektromos)

Időtartománybeli (TD) Elektromágneses, f≠0 (Váltóáramú)

Frekvenciatartománybeli (FD)

Passzív gerjesztésű (Természetes áramterű)

Aktív gerjesztésű (Mesterséges áramterű)

Természetes potenciál (SP)

ρa mérő módszerek (VESZ, HESZ), töltött test módszerek

-

Tranziens módszer (TDEM), időtartománybeli GP (TDIP)

Tellurika (TT), magnetotellurika (MT), VLF

Dipól frekvenciaszondázások (DFS): Maxi Probe, CSAMT, Melos, Melis; frekvenciatartománybeli GP (FDIP); indukciós módszerek (EM31, EM34); audiomagnetotellurika (AMT), rádiófrekvenciás módszerek; [VLF], Nukleáris Mágneses Rezonancia módszer (NMR), georadar (földradar)

Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

A geofizika alkalmazásának jelentősége a vízkutatásban

A földtani kutatási fázis 3D geofizikai felméréssel kezdődik ! Ezek eredményei alapján jelölik ki a kutatófúrásokat! Hatékonyságnövelő (költségcsökkentő) eszköz !


© Turai E., 2014.

A földtani kutatás két fő módszere:

I. Fúrásos kutatás: Előnye: lokális , pontos.

Hátránya: lokális , drága.

II. Geofizikai kutatás: Előnye: nem lokális , olcsó.

Hátránya: nem lokális , kevésbé pontos.


© Turai E., 2014.

A vízkutatásban felhasználható elektromos és elektromágneses paraméterek

Természetes potenciál (SP): ∆USP [∆USP ]: V, mV, µV Két pont (M,N) között aktív gerjesztés nélkül mérhető potenciálkülönbség.


© Turai E., 2014.


Fajlagos elektromos ellenállás : ρ [ ρ ] : ohmm = Ωm. ρjó minőségű víztározó porózus permeábilis kőzet > ρkörnyezet ρszennyezett víztározó porózus permeábilis kőzet < ρkörnyezet ρrepedezett víztározó kőzet < ρkörnyezet


© Turai E., 2014.


Áramvezetési módok: - Konduktív: -- disszociált ionos (fluidumos), -- elektronos (fémes), - Eltolási: dielektrikumokban (szigetelőkben) Lásd a váltóáramú (elektromágneses) módszereknél!


© Turai E., 2014.


Vertikális mágneses térerősség komponens: Hz [ Hz ] = A/m. !!! Direkt vetőindikátor !!! Csak a laterális ellenállásváltozások felett alakul ki. Ilyenek a vetők és a repedezett zónák.


© Turai E., 2014.


GP (Gerjesztett Polarizáció) = IP (Induced Polarization) paraméterei: - polarizálhatóság, - tölthetőség, - Cole-cole spektrum, - Időállandó spektrum.


© Turai E., 2013.


IPjó minőségű víztározó porózus permeábilis kőzet < IPkörnyezet IPdiszperz agyaggal szennyezett víztározó kőzet > IPkörnyezet Jó minőségű vizet tartalmazó tároló szakasz kijelölés: !!! IP paraméter KICSI és a ρ NAGY !!! Agyagos záróréteg és agyagos tároló szakasz kijelölés: !!! IP paraméter NAGY és a ρ KICSI !!! Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


dielektromos állandó: ε [ ε ] = Asec/Vm. ε = ε0εr ,

ε0 = 8.854 10-12 Asec/Vm

εrelatív víz = 81,

εrelatív víz > ε relatív környezet

εrelatív száraz agyag = 4-7, εrelatív homokkő = 4-4.7,

εrelatív nedves agyag = 10-45, εrelatív mészkő = 8-8.6,

Csak minta méréseknél és karotázs méréseknél használják. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


NMR (Nuclear magnetic resonance – Nukleáris Mágneses Rezonancia) paraméter A hidrogén tartalom miatt direkt vízkutatásra használják! Lásd az indukciós módszereknél.


© Turai E., 2014.

Porózus permeábilis kőzetek ρ értékei adott porozitás és szaturáció tényezők esetén:

Szénhidrogénnel szennyezett kőzetek fajlagos ellenállása

V P V=Vm+ Vp Φ = Vm V Vv Vg Vo S = So = Sg = Vg v V P VP VP Vo

Sv + So + S g = 1

Vv

Reredő = Rvíz

Vp

ρ e lAv = ρ v lA


l l ρe = ρv A Av

ρ eVv = ρ vV © Turai E., 2014.

Porózus permeábilis kőzetek ρ értékei adott porozitás és szaturáció tényezők esetén:

Szénhidrogénnel szennyezett kőzetek fajlagos ellenállása

ρv ρv ρv ρv V = = = ρ eVv = ρ vV ρ e = ρ v = Vv Vv V pVv ΦSv Φ (1 − So − S g ) V VVP Példa 1: Példa 2: ρv ρe = ρv= 20 ohmm, ρv= 20 ohmm, Φ ( 1 − So − S g ) Ф= 0,2 , Sv= 0,5 , So= 0, Sg= 0,5 .

ρ etiszta =

változás [%]:

ρ eolajos − ρ etiszta 100 % = 100 % tiszta ρe

20 ohmm = 200 ohmm 0 ,2 • 0 ,5

ρ eolajos =


Ф= 0,2 , Sv= 0,25 , So= 0,25 , Sg= 0,5 .

20 ohmm = 400 ohmm 0 ,2 • 0 ,25 © Turai E., 2014.

Az olajszennyezések fázisai

Az olajszennyezések fázisai 1. Korai fázis

2. Köztes fázis

3. Késői fázis


© Turai E., 2014.


Korai fázis

ρa(h) [ohmm]

Záró réteg (agyag, vagy talajvíz) h [m] Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


Köztes fázis

ρa(h) [ohmm]


© Turai E., 2014.


Késői fázis

ρa(h) [ohmm]


© Turai E., 2014.

Olajszennyezések leképezése geoelektromos mérésekkel

Olajszennyezés terepi kimutatása:


© Turai E., 2013.

Pontszerű áramforrás potenciálja homogén izotróp közegben

A megoldandó alapegyenlet a Laplace egyenlet:

∆U = 0 Descartes koordináta rendszerben: ∂ 2 U ( x , y , z )

∂x 2

∂ 2U ( x , y , z ) ∂ 2U ( x , y , z ) + + =0 2 2 ∂y ∂z

Henger koordináta rendszerben:

1 ∂  ∂U ( ρ ,ϕ , z )  1 ∂U 2 ( ρ ,ϕ , z ) ∂U 2 ( ρ ,ϕ , z )  ρ  + 2 + =0 2 2 ∂ρ ρ ∂ρ  ∂ϕ ∂z  ρ Gömbi koordináta rendszerben:

1 ∂U2 ( r,ϕ,Θ ) 1 ∂U2 ( r,ϕ,Θ ) 1 ∂U( r,ϕ,Θ ) 1 ∂  2 ∂U( r,ϕ,Θ ) Θ r + + + ctg =0  2 2  2 2 2 2 2 ∂Θ ∂r ∂ϕ r ∂Θ r r ∂r   r sin Θ Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Pontszerű áramforrás potenciálja homogén izotróp teljes térben A szimmetria miatt gömbi koordináta rendszerben célszerű megoldani a Laplace egyenlet

U ( r ,ϕ ,Θ ) = ?

M

U=const

U ( ϕ ) = cons tan s

U ( r ) = U ( rAM ) = U ( M ) = ?

U ( r ,ϕ ,Θ ) = U ( r ) = ?

r

1 ∂  2 ∂U ( r )  =0 r 2 ∂r  r ∂r 

E ( r ) = − gradU ( r ) = −

A I=I(A)

j

I=

U ( Θ ) = cons tan s

∫ jdA

∂U ( r ) r =C ∂r

C U=− +D r

2

D=0

r→∞

∂U ( r ) ∂r

j=

E( r )

ρ

=

− 1 ∂U ( r ) ρ ∂r

Gömb

I=

∫

jdA = −

Gömb

∂  C 1 C 1 C − = − = − dA dA ∫ ∂r  r  ∫ r2 ρ Gömb ρ Gömb ρ r2 1


∫ dA

Gömb

© Turai E., 2014.

Pontszerű áramforrás potenciálja homogén izotróp teljes térben

ρI C=− 4π

1 C 4 πC 2 I=− 4π r = − 2 ρr ρ

ρI U( r ) = U( M ) = 4π r r=

ρI

ρI ∂U ( r ) = E( r ) = − ∂r 4π r 2

4π U ( r )

j=

E( r )

ρ


=

I 4π r 2 © Turai E., 2014.

Pontszerű áramforrás potenciálja homogén izotróp féltérben A szimmetria miatt gömbi koordináta rendszerben célszerű megoldani a Laplace egyenlet

U ( ϕ ) = cons tan s

U ( Θ ) = cons tan s

U ( r ) = U ( rAM ) = U ( M ) = ? 1 ∂ 

U ( r ,ϕ ,Θ ) = ?

2 r  r 2 ∂r 

U ( r ,ϕ ,Θ ) = U ( r ) = ?

U=const A

M

r = rAM

I=I(A)

C U=− +D r

2

D=0

r→∞

E ( r ) = − gradU ( r ) = −

j

∂U ( r ) r =C ∂r

∫ jdA

I=

∂U ( r ) ∂r

∂U ( r )  =0 ∂r 

=

− 1 ∂U ( r ) ρ ∂r

∫ dA = −

1 C 2 2 π r ρ r2

j=

E( r )

ρ

fé lg ömb

I=−

∂U ( r ) 1 ∂U ( r ) dA = − ρ fé lg∫ömb ∂r ρ ∂r 1


fé lg ömb

© Turai E., 2014.

Pontszerű áramforrás potenciálja homogén izotróp féltérben

ρI C=− 2π

2πC 1 C 2 2π r = − I=− 2 ρ ρr

ρI U( r ) = U( M ) = 2π r r=

ρI

∂U ( r ) ρI = E( r ) = − ∂r 2π r 2

2π U ( r )

j=

E( r )

ρ


=

I 2π r 2 © Turai E., 2014.

Elektródaelrendezések

Kételektródás (Pole-Pole) Háromelektródás:

Pole-Dipole, Dipole-Pole

Négyelektródás: Potenciálgradiens:

Schlumberger Wenner

Dipole-Dipole: Dipole-Dipole radiális Dipole-Dipole azimutális Dipole-Dipole axiális Dipole-Dipole ekvatoriális Dipole-Dipole paralel Dipole-Dipole ortogonális v. perpendikuláris Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


Kételektródás (Pole-Pole)

B∞

I=I(AB∞)

∆U=∆U(MN∞)

R = rAM A

ρa = k

N∞

M

∆U I

=k

∆U ( MN ∞ ) I ( AB∞ )


© Turai E., 2014.


Háromelektródás Pole-Dipole R B∞

I=I(AB∞)

∆U=∆U(MN)

rAM A

ρa = k

M

∆U I

=k

N

∆U ( MN ) I ( AB∞ )


© Turai E., 2014.


Háromelektródás Dipole-Pole R I=I(AB)

B

∆U=∆U(MN∞)

rAM A

ρa = k

N∞

M

∆U I

=k

∆U ( MN ∞ ) I ( AB )


© Turai E., 2014.


Négyelektródás (dipole-dipole) R I=I(AB)

B

∆U=∆U(MN)

rAM A

ρa = k

M

∆U I

=k

N

∆U ( MN ) I ( AB )


© Turai E., 2014.


Négyelektródás (Potenciálgradiens) Schlumberger R=AB/2

A

M

MN
O

N

B

hv ≈ AB/3 Edwards szerint hv ≈ AB/(5÷10) ∆U ∆U ( MN )

ρa = k

I

=k

I ( AB )


© Turai E., 2014.


Négyelektródás (Potenciálgradiens) Wenner R=AB/2

A

O

M

N

B

MN=AB/3 ρa = k

∆U I

=k

∆U ( MN ) I ( AB )


© Turai E., 2014.


Négyelektródás (dipole-dipole) Dipole-dipole radiális

ρa = k

∆U I

=k

N

∆U ( MN ) I ( AB )

R

A


M B

© Turai E., 2014.


Négyelektródás (dipole-dipole)

ρa = k

Dipole-dipole axális

∆U I

=k

∆U ( MN ) I ( AB )

R

A

B

M

N

hv = R/2 Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.



M

Dipole-dipole azimutális

ρa = k

∆U I

=k

∆U ( MN )

·

I ( AB )

R

A


N

B

© Turai E., 2014.


Négyelektródás (dipole-dipole) Dipole-dipole ekvatoriális

ρa = k

∆U I

=k

M

N

∆U ( MN ) I ( AB ) R

A Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

B © Turai E., 2014.



N

Dipole-dipole perpendikuláris

ρa = k

∆U I

=k

∆U ( MN ) I ( AB )

M

R

A


B

© Turai E., 2014.



M

Dipole-dipole paralel

ρa = k

∆U I

=k

N

∆U ( MN ) I ( AB )

R

A


B

© Turai E., 2014.

A látszólagos fajlagos ellenállás fogalma:

ρa = k

∆U I

=k

∆U ( MN ) I ( AB )

A látszólagos fajlagos ellenállás számértékben megegyezik egy olyan homogén izotróp féltér (helyettesítő féltér) tényleges fajlagos ellenállásával, amely helyettesítő féltér felett, ugyanolyan elektróda elrendezésben, ugyanolyan erősségű betáplált áram mellett, ugyanazt a potenciálkülönbséget mérhetnénk a mérőelektródák között, mint a terepi mérés esetén.


© Turai E., 2014.

A féltér látszólagos fajlagos ellenállásának meghatározása

Kételektródás (Pole-Pole) elektróda elrendezés esetén: B∞

I=I(AB∞)

∆U=∆U(MN∞)

r = rAM A

N∞

M

∆U ( MN ∞ ) ρI ρI ( AB∞ ) ρ = 2π rAM U ( M ) = ∆U ( MN ∞ ) = = I ( AB∞ ) 2π r 2π rAM

ρa = K

∆U ( MN ∞ ) I ( AB∞ )


K = 2π rAM © Turai E., 2014.


Háromelektródás pole-dipole elektróda elrendezés esetén: B∞-

K=

I=I(AB∞)

2π 1 rAM

−

r = rAM A+

1

∆U=∆U(MN)

M

U( M ) =

rAN

ρI ( AB∞ ∆U ( MN ) = U ( M ) − U ( N ) = 2π

ρa = K

ρI ( AB∞ ) 2π rAM

) 1 1  −   r r AN   AM

∆U ( MN )

N ρI ( AB∞ ) U( N ) = 2π rAN ρ=

2π 1 rAM

−

∆U ( MN ) 1

I ( AB∞ )

rAN

I ( AB∞ )


© Turai E., 2014.


Háromelektródás dipole-pole elektróda elrendezés esetén: I=I(AB)

B-

K=

1 rAM

−

r = rAM A+

2π 1 rBM

∆U=∆U(MN∞)

N∞

M

ρI ( AB ) U A(M ) = 2π rAM

− I ( AB ) ρ UB (M ) = 2π rBM

∆U ( MN ∞ ) 2π ρI(AB)  1 1  ρ= ∆U(MN∞ ) = U A (M) + U B (M) = −  1 1 I ( AB ) 2π  rAM rBM  − rAM rBM

ρa = K

∆U ( MN ∞ ) I ( AB )


© Turai E., 2014.


Négyelektródás elektróda elrendezés esetén: ρI ( AB )  1 1 1 1  ∆U ( MN ) = U ( M ) − U ( N ) = − − +  2π  rAM rBM rAN rBN  ρI ( AB ) ρI ( AB ) − U(M ) = U A(M ) + UB (M ) = 2π rAM 2π rBM ρI ( AB ) ρI ( AB ) U(N ) = U A(N ) + UB(N ) = − 2π rAN 2π rBN N

M rBM rAM

ρ=

rAN rBN

A+ B-

ρa = K

2π 1 rAM

∆U ( MN )

−

1 rBM

−

K=

I ( AB )


∆U ( MN ) 1 rAN

+

1

I ( AB )

rBN 2π

1 rAM

−

1 rBM

−

1 rAN

+

1 rBN

© Turai E., 2014.

Nullelrendezések

A nullelrendezések alkalmatlanok a látszólagos fajlagos ellenállás meghatározására! K=∞!

M N

A+

M N

1D homogén izotróp féltér esetén az MN elektródák ekvipotenciális felületre esnek. → ∆U(MN)=0 !

ρa = K

B-

M N

∆U ( MN )

0 =∞ =" határozatlan" I ( AB ) I ( AB ) Többdimenziós, és/vagy inhomogén anizotróp féltér esetén ∆U(MN) ≠ 0 ! A nullelrendezések a többdimenziósság (többdimenziós szerkezeti torzulások) kimutatására alkalmasak !


© Turai E., 2014.

Egyenáramú ρa mérő módszerek

Egyenáramú ρa mérő módszerek: HESZ: Horizontális Elektromos Szelvényezés VESZ: Vertikális Elektromos Szondázás Térbeli mérések – múltielektródás mérések: VESZ és HESZ kombináció


© Turai E., 2014.


HESZ: Horizontális Elektromos Szelvényezés Konstans elektródaelrendezésben végezzük a látszólagos fajlagos ellenállás méréseket. Az elektródaelrendezéseket a felszínen szelvény mentén, vagy pedig felszíni hálózatban mozgatjuk ∆UHESZ(MN)

Az aljzat morfológiájának követése az elektródaelrendezés által megszabott behatolási mélységig!

ρ1 ρ2 Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

ρ1 < ρ2 © Turai E., 2014.


HESZ: Horizontális Elektromos Szelvényezés

A látszólagos fajlagos ellenállás laterális (horizontális) eloszlásának az elektródaelrendezés által megszabott behatolási mélységig való térképezésére és aljzatkövetésre használjuk.


© Turai E., 2014.


VESZ: Vertikális Elektromos Szondázás A látszólagos fajlagos ellenállás vertikális (mélységi) eloszlásának a térképezésére használjuk. Felhasználva a geometriai mélységszabályozás elvét: a behatolási mélységet az elektróda elrendezés geometriai jellemzőjének (r) növelésével növeljük. r = AB/2 – Schlumberger és Wenner elrendezéseknél, r = R – Dipól – dipól elektróda elrendezéseknél, R – a tápdipól és a mérődipól felezőpontjainak a távolsága. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


1000

Látszólagos fajlagos ellenállás [ ohmm ]

Látszólagos fajlagos ellenállás [ ohmm ]

Schlumberger elrendezésben VESZ görbék:

1000

100

10 1

10

Terítési távolság AB/2[ m ]

100

100

10 1

10

Terítési távolság AB/2 [ m ]


100

© Turai E., 2014.

Source: T. Ormos/ 2004 EGEC course


VESZ görbék inverziójával kapott 2D metszet

0

]m [ -10 g és y lé -20 m -30 -20

0

20

40

60

80

100

Szel vénymenti távolság [m]


120

140

270 260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 [ ohmm ] 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

© Turai E., 2014.


Multielektródás mérések

Dipól-dipól axiális elrendezésben végzett rétegszelvényezés:

A1

A2 B1

ρa(1,1)

A3 B2

A4 B3 M2

B4 A5 N2

A6 B5 M4

B6 A7 N4

B7 M6

N6

M1

N1

M3

N3

M5

N5

M7

ρa(2,2)

ρa(1,2)

ρa(3,3)

ρa(2,3)

ρa(1,3)

ρa(3,4)

ρa(2,4)

ρa(1,4)

ρa(4,4)

ρa(4,5)

ρa(3,5)

ρa(2,5)

ρa(5,5)

ρa(5,6)

ρa(4,6)

ρa(3,6)

ρa(6,6)

N7

ρa(7,7)

ρa(6,7)

ρa(5,7)

ρa(4,7)


© Turai E., 2014.

Sokcsatornás ρ metszet (Miskolc, Hejőpart, 2007.10.18.) Múltielektródás mérések

Wenner elrendezés


© Turai E., 2014.

Sokcsatornás η metszet (Miskolc, Hejőpart, 2007.10.18.) Múltielektródás mérések

Wenner elrendezés


© Turai E., 2014.

Miskolc, Bedő hegy, 2009.04.08. Multielektródás mérések

Measured profile


© Turai E., 2014.

Sokcsatornás ρ metszet (Miskolc, Bedő hegy, 2009.04.08.) Multielektródás mérések

clay-bearing sediment

limestone fault Wenner array Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Sokcsatornás IP metszet (Miskolc, Bedő hegy, 2009.04.08.) Multielektródás mérések

pipe-line

fault Wenner array Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


A ρa mérő módszerekkel megoldható földtani feladatok: - szerkezetkutatás, vetőkutatás, - alaphegység kutatás, aljzatkövetés, - érckutatás, - üledék kutatás, - rétegsor, földtani szelvény készítés, - vízkutatás, hidrogeológiai feladatok megoldása, - régészeti kutatás, - üregkutatás, - litológiai azonosítás - követés, - környezetvizsgálatok, környezetvédelem, - talajszennyezések kimutatása. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Egyenáramú módszerek

B∞

Töltött test módszer:

A

ρk

M

N

ρa

ρa << ρk

Töltött test módszert jó vezető (a környezeténél kisebb fajlagos ellenállású) képződmények lehatárolására használják. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


Sózással történő vízáramlási irány és sebesség mérés: B∞

M

N

A

Up

t


© Turai E., 2014.


B∞

Mélyfúrások közötti rétegkorreláció:

N∞

3 A3

A1

1

A2

A4

Up 2

4 M M


© Turai E., 2014.

Polarizációk

Alap polarizációs hatások: filtrációs polarizáció membrán polarizáció Elektrokémiai, vagy redox polarizáció Kontakt polarizáció, elektróda v. fémes polarizáció Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Polarizációk

Filtrációs polarizáció:

+ - +

+

+ + - ++ + -

+

+ + + - ++ - - - + + + -

-

SP: - n x 1mV/méter GP: Az időállandó (τ) kicsi! Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Polarizációk

Membrán polarizáció:

+ - +

+

+ + +-+-+-+- + + + - + - -

+

+ + + - - + -+ + - + - - ++ + - - - - - - -++ + +

-

SP: agyag alapvonal (0) GP: Az időállandó (τ) kicsi! Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Polarizációk

Elektrokémiai, vagy redox polarizáció: + + + + + + + +++ ++ + ++ ++ + + ++ - - + - ++ +++ - - ++ + + - - - - - -- ++ + + + - - - - + ++ + - ++ + + + + + ++ + + +

- -- - - - - - - ++ + - - + + - - + ++ - + + + + - - + + + + + -- - + ++ - + + ++ - + - - ++ + + + - - - - -+ - - - - - - -

SP: - n x 100mV/méter GP: Az időállandó (τ) nagy! Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Polarizációk

Redox polarizáció:

+ + +

+ +

+ + + +

GP: Az időállandó (τ) nagy!

+ + +

+

SP: - n x 100mV/méter


© Turai E., 2014.

Polarizációk

Kontakt polarizáció, Elektróda polarizáció:

+

++ + -- ++ + - + metal + + +- + ++ + ++ - - - + ++ - - - fluid + + - + -

-

SP: + n x 10mV/méter GP: Az időállandó (τ) nagy! Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Az alap polarizációk forrásai

A polarizáció típusa

A polarizáció forrása

filtrációs polarizáció

Elektromosan vezető fluidumot tartalmazó porózus talajok és kőzetek

membrán polarizáció

Diszperz agyagot és vizet tartalmazó porózus talajok és kőzetek

Oxidatív vagy reduktív kémiai komponenseket tartalmazó talajok és kőzetek elektróda (fémes) polarizáció Fémesen vezető komponensek elektromosan vezető fluidumot tartalmazó porózus kőzetekben redox polarizáció


© Turai E., 2014.

Az elektróda polarizáció mint zaj

M

N

∆U(MN)jel

M

N

∆U(MN)mért

∆U(MN)mért= ∆U(MN)jel + ∆U(M)elpol + ∆U(N)elpol ∆U(MN)mért= ∆U(MN)jel + ∆U(MN)zaj ∆U(MN)zaj = ∆U(M)elpol + ∆U(N)elpol Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

A nempolarizálódó elektródák

Miért használjuk a nempolarizálódó elektródákat? Az polarizálódó MN elektródáknál kialakuló elektródapolarizációs zaj csökkentésére. Mikor használjuk a nempolarizálódó elektródákat? Amikor az MN elektródák polarizációjából adódó zajfeszültség összemérhető a mérendő jellel! Milyen módszereknél kell nempolarizálódó elektródákat használni? - SP módszer, - GP (IP) módszer, - MT módszer. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

A nempolarizálódó elektródák

A nempolarizálódó elektródák felépítése: Fém merül saját sójának telített oldatába és az oldat porózus lapon keresztül disszociált ioncserével biztosítja az elektromos csatolást a talaj felé. ólom 100%-os ólom-klorid oldat

talaj

réz 100%-os rézszulfát oldat

talaj porózus lap


© Turai E., 2014.

Az SP módszer

A természetes potenciál (SP): Két pont (M,N) között aktív gerjesztés nélkül mérhető potenciálkülönbség. M

N

∆USP(MN)

Mérése: Nagy bemeneti ellenállású érzékeny voltmérővel.

Terepi mérési rendszereit (potenciálmérés, gradiens mérés, ekvipotenciális vonalak módszere) lásd részletesen „Dr. Takács E. (szerk.): Bevezetés az alkalmazott geofizikába” c. egyetemi jegyzetben. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Az SP módszer

Potenciálmérés: M11 M12 M13 M14 M15 + + + + +

∆U(MijN)

M21 M22 M23 M24 M25 + + + + + M31 M32 M33 M34 M35 + + + + +

+ N

M41 M42 M43 M44 M45 + + + + +


© Turai E., 2014.

Az SP módszer

Potenciálmérés: ∆U(M11N)∆U(M12N)∆U(M13N)∆U(M14N)∆U(M15N)

+

+

+

+

+

∆U(M21N)∆U(M22N)∆U(M23N)∆U(M24N)∆U(M25N)

+

+

+

+

+

Izovonalas térkép készítés


+

+

+

+

+


+

+

+

+

+

Több N pontot is lehet használni. Ekkor az N pontok potenciálját összemérik. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Az SP módszer

Gradiens mérés: ∆U(M12M11)

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Szummázás után Izovonalas térkép készítés


© Turai E., 2014.

Az SP módszer

Ekvipotenciális vonalak módszere :

A terepen lehet kijelölni az ekvipotenciális izovonalakat ∆U=0


© Turai E., 2014.

Az SP módszer

Az SP módszer főbb alkalmazási területei: - érckutatás (felszínközeli szulfidos ércelőfordulások kutatása), - üledék szekvenciák kimutatása (agyag-homok szétválasztás), - hidrogeológia (felszínközeli vizes zónák kimutatása), - szerkezetkutatás, vetőkutatás, - Kontakt zónák és allotróp módosulatok (mészkő – márvány, szén – grafit) határainak kimutatása.


© Turai E., 2014.

Az SP módszer

A filtrációs polarizáció és a redox polarizáció hatásának elkülönítése: Kutatóárok ásásával történik.

h=1÷2 méter

M

M

∆USP(z=0)

N

N ∆USP(z=h)

Ha ∆USP(z=0) ≈ ∆USP(z=h), akkor filtrációs polarizáció lép fel. Ha ∆USP(z=0) < ∆USP(z=h), akkor redox polarizáció lép fel. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.










-





© Turai E., 2014.

GP (IP) módszer

! A GP módszer elektromágneses módszer !

TDIP - Induced Polarization in Time Domain

Fourier Transform

Inverse Fourier Transform

FDIP - Induced Polarization in Frequency Domain Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

GP (IP) módszer

ρa(t) Fourier Transform

Inverse Fourier Transform

ρa(f) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

GP (IP) módszer

Resistivity Methods: ρa = f(R) IP Method: ρa = f(R,C,L) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

GP (IP) módszer

Laboratory Electrode Array:


© Turai E., 2014.

GP (IP) módszer

Field Electrode Array:


© Turai E., 2014.

GP (IP) módszer

Basic Polarization effects: filtration pol. membrane pol. redox pol. electrode pol.


© Turai E., 2014.

A GP módszer

A GP módszer főbb alkalmazási területei: - érckutatás, - agyag-homok szétválasztás, - víz- és direkt CH kutatás, - szerkezetkutatás, vetőkutatás, - szén és grafit kutatás, - régészeti (archeológiai) kutatás, - környezetszennyezések és hulladéklerakók vizsgálata. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Direct hydrocarbon exploration

The Fig. 4. shows this metamorphosis in the soil over the oil reservoirs and over the oil contaminated layers. The product of this process is an ore mineral (FeS2 pyrite).


© Turai E., 2014.

Direct hydrocarbon exploration

Over several oil and gas reservoirs high IP values were measured (Nagy, 1990.). Near the reservoirs the methane (CH4) and hydrogen sulphide (H2S) cause the following chemical processes: methane

Calcium sulphate (gypsum)

Calcium carbonate

CH4 + CaSO4 = H2S + CaCO3 + H2O hydrogen sulphide

4H2S + Fe2O3 = 2FeS2 + 3H2O + 2H+ + 2eferric oxide

pyrite


© Turai E., 2014.

Szén- és grafit kutatás

Relatív GP hatás Elektróda polarizáció

Filtrációs és membrán polarizáció

Tőzeg Lignit Barnakőszén

Antracit Grafit Gyémánt Feketekőszén


© Turai E., 2014.

FDIP

Conductive – conductive system:

∆U M , N ( f ) ρ a ( f ) = K ( f , geometry( sources, sensors)) I A, B ( f )

Frequency interval : 0.1 Hz – 10 (20) Hz


© Turai E., 2014.

FDIP

Main parameters: Static parameters:

ρ a ( f1 ) − ρ a ( f 2 ) PFE: ρa ( f2 ) f 2ϕU ,I ( f1 ) − f1ϕU , I ( f 2 ) PIP: f 2 − f1 PFE 5 k = 2π 10 FDMF: k ρ dc f1 = 0,5 Hz

f2 = from 1 to 10 Hz


© Turai E., 2014.

FDIP

Main parameters: Dynamic parameter: Cole-Cole spectra:

ρ a ( f ) = Re[ ρ a ( f )] + j Im[ρ a ( f )] Im

Re Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

FDIP

Main parameters: Cole-Cole modell:

1 )] ρ ( f ) = ρ dc [1 − m(1 − c 1 + ( j 2πfτ ) Cole-Cole parameters: m – the chargeability, τ – the time constant, c – the frequency dependence. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

TDIP

Conductive – conductive system:

ρ a (t ) = K (t , geometry ( A, B, M , N ))

∆U M , N (t ) I (TG )

Time interval : over (50) 100 msec


© Turai E., 2014.

TDIP

TDIP curves:

Time interval : over (50) 100 msec Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

TDIP

Main parameters: Static parameters: ηa(t)[%]:

TDMF:

∆U M , N (t ) U (TG )

100[%]

η a (t ) k ρ dc


t is constant!

k = 2π 105

© Turai E., 2014.

TDIP

Main parameters: Dynamic parameter: Time constant spectra:

w(τ)

w(τ)

τ Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

TAU-Transform

TAU-Transform: ∞

η a (t ) = ∫ w(τ ) exp(−t / τ )dτ

t is a variable!

0

TAU-Transform:

ηa(t)

w(τ)


© Turai E., 2014.

Szennyezett területek vizsgálata

TAU-Transform:

τn < 1sec

filtration, membrane

τn > 1sec

redox, metallic!!!


© Turai E., 2014.


WAV (Weighted Amplitude Value) section:

τ n w (τ n ) ! WAV section shows me the dangerous region ! - clear

< 0,02 [ 2 %]

- Low contaminated

0,02 [2 %] - 0,05 [5 %]

- Middle contaminated

0,05 [5 %] - 0,1 [10 %]

- High contaminated

0,1 [10 %] - 0,2 [20 %]

- Very high contaminated Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

> 0,2 [20 %] © Turai E., 2014.


Tiszavasvári, 2008. Ráckeve, 1997. Nagytétény, 2008. Nyékládháza, 1997-2008. Miskolc-Hejőpart, 2008-2010. Kecskemét, 1997. Miskolc-Bedő hegy, 2009. Győröcske, 1999. Telkibánya, 2010. Pásztó, 2000. Miskolc-Salakbánya, 2010. Tokaj, 2001. Miskolc-Gózon L. út, 2010. Balmazújváros, 2002. Miskolctapolca-Várhegy, 2010. Szerencs, 2004. Rudabánya, 2011. Tiszapalkonya, 2004. Felsőtelekes, 2011. Berekböszörmény, 2007. Nagytárkány, 2008. Ózd, 2012. Pocsaj, 2013. Darvastó, 2008. Almásfüzitő, 2013. Ardó, 2013. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Szennyezett területek vizsgálata / Vízbázis védelmi célokból

Győröcske, 1999.


© Turai E., 2014.


Results: 0

3

Győröcske, 1999.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95

UM, Geophysics

Győröcske, 1999. IP2

IP3

IP4

[ m]

IP1 1

AB/3

3.3 10 33

0

10

20

30

40

50

60

70

lateral distances [ m ] Figure 1.1. Vertical apparent resistivity section. ( apparent resistivity is in ohmm )


© Turai E., 2014.


Győröcske, 1999. 20 19 18 17 1 6 15 14 13 12 1 1 10

9

7

6

5

4

3

2

1

0

U M, G eophys ics

Győröcske, 1999. IP2

IP3

IP4

[m]

IP1 1

8

AB/3

3.3 10 33

0

10

20

30

40

50

60

70

lat eral distances [ m ] Figu re 2. Vertical apparent polarizability section. ( t =0.2 sec, polarizabil ity is in percent )


© Turai E., 2014.


Győröcske, 1999. vh

h

U M, G eophys ics

Győröcske, 1999. IP1 1

c

s

m

IP2

IP4

AB/3 [ m]

IP3

3.3 10 33

0

10

20

30

40

50

60

70

lateral distances [ m ] Figure 3. Vertical WAV section. (vh - WAV is higher than 0.2, h - WAV is between 0.1 and 0.2, m - WAV is bet ween 0.05 and 0.1, s - WAV is between 0.02 and 0.05, c - WAV is lower than 0.02.)


© Turai E., 2014.


Győröcske, 1999.

Győröcske, 1999.

UM, Geophysics

IP2

IP3

IP4

AB/3 [ m ]

IP1 1 3.3

10 33

0

10

20

30

40

50

60

70

lateral distances [ m ] Figure 1.4. Area of the filtration polarization. (Time-constants are lower than 0.4 sec.) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


Győröcske, 1999. Győröcske, 1999. IP1

U M, Geophys ics

IP2

IP4

IP3

[ m]

1

AB/3

3.3

10 33 0

10

20

30

40

50

60

70

lateral distances [ m ] Figure 4. Area of the membrane polarization. (Time-constants are between 0.2 and 0.8 sec.) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


Győröcske, 1999.

Győröcske, 1999.

U M, G eophy sic s

IP2

IP3

IP4

AB/3

IP1

0

10

20

30

40

50

60

70

lateral distances [ m ] Figure 5. Area of the electrochemical polari zation. (Time-constants are between 0.6 and 1.2 sec.) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


Győröcske, 1999.

Győröcske, 1999.

UM, Geophysics

IP2

IP1

IP3

IP4

[ m]

1

AB/3

3.3

10 33 0

10

20

30

40

50

60

70

lateral distances [ m ] Figure 6. Area of the metalli c polarization. (Time-constants are higher than 1 sec.) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.










-





© Turai E., 2014.

Az elektromágneses hullámok

Theoretical basis of Electromagnetic field Pointing vector

P(r,t) = E(r,t) x H(r,t)

p(r,t)

Reference point

r Electric field vector

E(r,t)

H(r,t)

Magnetic field vector

E(r,t) = E0(r=0, t=0) e jkr e j2πft H(r,t) = H0(r=0, t=0) e jkr e j2πft Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Primer és szekunder elektromágneses paraméterek

Primer paraméterek :

E (r , t ) = E x e x + E y e y + E z e z

H (r , t ) = H x e x + H y e y + H z e z

E x = Re[E x ] + j Im[E x ] = Abs( E x )e jϕ ( E x ) H x = Re[H x ] + j Im[H x ] = Abs( H x )e jϕ ( H x )

[ ]

[ ]

E y = Re E y + j Im E y = Abs( E y )e

jϕ ( E y )

E z = Re[E z ] + j Im[E z ] = Abs( E z )e jϕ ( E z )

Re[E x ], Im[E x ],

[ ]

[ ]

H y = Re H y + j Im H y = Abs( H y )e

jϕ ( H y )

H z = Re[H z ] + j Im[H z ] = Abs( H z )e jϕ ( H z )

Abs( E x ) , ϕ ( E x )

Re[H x ], Im[H x ],

Re E y , Im E y ,

[ ]

Abs( E y ) , ϕ ( E y )

Re H y , Im H y ,

Abs( H y ) , ϕ ( H y )

Re[E z ], Im[E z ] ,

Abs( E z ) , ϕ ( E z )

Re[H z ], Im[H z ] ,

Abs( H z ) , ϕ ( H z )

[ ]

[ ]


[ ]

Abs( H x ) , ϕ ( H x )

© Turai E., 2014.

Primer és szekunder elektromágneses paraméterek

Szekunder paraméterek :

Z xy

Z xx

Ex = , ϕ Ex H y Hy Ex = , ϕ ExH x Hx

Hz , ϕ HzH x , Hx

ρ xy ( f ) =

Z yx = Z yy =

Hz , ϕ HzH y , Hy 1

ωµ 0

Z xy

ω = 2π f

2

Ey Hx Ey Hy

, ϕEyHx , ϕ EyH y

Hz , ϕ Hz Ex , Ex

ρ yx ( f ) =

1

ωµ 0

µ0 = 4π 10


Hz , ϕ HzEy Ey

−7

Z yx

2

Vs Am © Turai E., 2014.

MT módszer

Atmoszféra + Geoszféra:


© Turai E., 2014.

MT módszer

Primer (beeső) MT tér:

EP (r,t) HP (r,t)

Szekunder (visszavert) MT tér:

ES (r,t) HS (r,t)

Eredő (mért) MT tér:

E(r,t) = EP (r,t) + ES (r,t) H(r,t) = HP (r,t) + HS (r,t)

A szekunder tér hordozza a földtani információt!


© Turai E., 2014.

MT módszer

Behatolási (szkín) mélység: 1 hb = Im( k )

hb =

1

ωµσ

=

2

ωµ0σ

=

2ρ = −7 2πf 4π 10

ρ 107 4π 2 f

2 10 3 hb = 2π

10 ρ 10 3 = 10 ρT f 2π


[m ] © Turai E., 2014.

MT módszer

Terjedési sebesség: v = 10

3

Hullámhossz:

v=

ω Re(k )

10 ρ = 10 3 10 ρf T

m  sec 

λ = vT 2π λ= Re(k )

λ = 10

3

10 ρT = 10

3

10 ρ f


[m ] © Turai E., 2014.

MT módszer

Karakterisztikus impedancia: Egy rétegre jellemző, a réteg belsejében egymásra merőlegesen mért (számított) E/H viszony. Ey Ex µω ahol Zi - az i-edik réteg karakterisztikus Zi = = = , impedanciája, Hy Hx ki

ρi =

1

µω

ki - az i-edik réteg hullámszáma,

2

Zi ,

ρi - az i-edik réteg fajlagos ellenállása.

Bemeneti impedancia: Egy rétegsor tetején (felszínen, vagy réteghatáron) egymásra merőlegesen mért (számított) E/H viszony. ahol Z0 - a felszínen mért bemeneti Ex ( 0 ) Ey ( 0 ) Z 0 = Z xy ( z = 0 ) = = = Z yx ( z = 0 ) , impedancia, Hy(0 ) Hx(0 )

ρa ( f ) =

1

µω

2

Z0 =

1

µω

2

Z xy =

1

µω

2

Z yx ,


ρa(f) - a rétegsor látszólagos fajlagos ellenállása az f frekvencián. © Turai E., 2014.

MT módszer / Az MT észlelési rendszer

Az MT észlelési rendszer:


© Turai E., 2014.

MT módszer / Az MT terepi- és elméleti görbék rendszere Terepi ρ görbe

Elméleti ρ görbe

Terepi fázis görbe


Elméleti fázis görbe

© Turai E., 2014.

MT módszer / Az impedancia tenzor és elemei

Az impedancia tenzor :

E x = Z xx H x + Z xy H y , E y = Z yx H x + Z yy H y ,

 E x   Z xx E  = Z  y   yx E( f ) = Z

(f)

Z xy   H x  ,    Z yy   H y  H( f ) .

Az impedancia tenzor elemei: Főimpedanciák:

Zxy ,

Zyx

Mellékimpedanciák: Zxx ,

Zyy


© Turai E., 2014.

MT módszer / A szerkezetek dimenzió fokának meghatározása

Az 1D szerkezetek: Zxy(α)

α

Zxx(α)=0


© Turai E., 2014.


Az 1D szerkezetek:

E x = Z xy H y , E y = Z yx H x .

Ex   0 E  = Z  y   yx

Z xy   H x  ,    0  H y 

Egydimenziós (1D) a szerkezet, ha az impedancia tenzor elemei közül a főimpedanciák polárdiagramja (Zxy(α)) kör, a mellékimpedanciák pedig minden irányban eltűnnek. Zxx(α)=Zyy(α)=0.


© Turai E., 2014.

MT módszer / E polarizáció és a H polarizáció

Legyen x a csapásirány!

E polarizáció: Ha a beeső (primer) tér elektromos térerősségvektora ( Ep ) a csapásirányba esik, akkor megmarad az eredő térben az elektromos ( E ) és a mágneses ( H ) térerősségvektorok merőlegessége.

E p = E px e x ,

E = Ex e x , H = H y e y + Hz ez ,

E y = Ez = 0 ,

Hx = 0 .

H polarizáció: Ha a beeső (primer) tér mágneses térerősségvektora ( Hp ) a csapásirányba esik, akkor megmarad az eredő térben az elektromos ( E ) és a mágneses ( H ) térerősségvektorok merőlegessége.

H p = H px e x ,

H = Hxex ,

H y = Hz = 0 ,

E = E y e y + Ez e z ,

Ex = 0 .


! A felszínen az Ez is nulla ! © Turai E., 2014.


A 2D szerkezetek:


© Turai E., 2014.


A 2D szerkezetek:

 E x   Z xx E  = Z  y   yx

Z xy   H x  ,    Z yy   H y 

Kétdimenziós (2D) a szerkezet, ha az impedancia tenzor elemei közül a főimpedanciák polárdiagramja (Zxy(α)) ellipszis és az ellipszis tengelyirányaiban a mellékimpedanciák (Zxx(α)) eltűnnek, vagy kis értéket vesznek fel. Ekkor a 2D szerkezet szerkezeti (dőlés, csapás) irányait a főimpedancia ellipszis kis- és nagytengelyei, ill. a mellékimpedanciák polárdiagramjának minimum tengelyei jelölik ki. Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.


A 3D szerkezetek:


© Turai E., 2014.


A 3D szerkezetek:

 E x   Z xx E  = Z  y   yx

Z xy   H x  ,    Z yy   H y 

Háromdimenziós (3D) a szerkezet, ha az impedancia tenzor elemei közül a főimpedanciák polárdiagramja ellipszis (Zxy(α)) és az ellipszis tengelyirányaiban a mellékimpedanciák (Zxx(α)) nem tűnnek el.


© Turai E., 2014.

MT módszer Litoszférakutatás MT módszerrel


© Turai E., 2014.

VLF módszer

VLF módszer:

- EM field of 10-30 kHz radio transmitter (n100-1000km) - Aerial – vertical electric dipole 1. direct wave - Earth’s near surface is more conductive than air – current is induced – P, E bows down - Hφ parallel to surface 2. reflected wave (plane wave, MT) - Horizontal apparent resistivity profiling (phase as well)

1  Er  ρa (f ) = 2πfµ0  Hϕ 

2

- Maximal depth of investigation ~ 100 m


© Turai E., 2014.

VLF módszer

VLF ρa és fázis görbék

VLF műszer


© Turai E., 2014.

Váltóáramú dipól-dipól frekvencia szondázás AC dipole frequency sounding

Measuring AC EM field components - source: man-made 1. electric field – electrodes 2. magnetic field – loop - Controlling depth of investigation by frequency - FD measurements: apparent resistivity, phase - EM components depends on f and the distance between the power and potential dipole - Zones of EM field 1. short-range field spherical wave approach

r << 1 → r << λ λ r 2. kr = >> 1 → r >> λ λ

1. kr =

geological information – Ex more sophisticated mathematics low power demand 2. distant-range field plane wave approach more simple formulas

k=

i 2πfµ 0 ρ

( wave − number )

geological information – Ex, Hz high power demand (z~r/5)


© Turai E., 2014.

Váltóáramú dipól-dipól frekvenciaszondázás

A konduktív és az induktív adók és érzékelők. I=I(f)

Konduktív adó:

B

A

∆UMN(f)

Konduktív vevő:

M Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

N © Turai E., 2014.


A konduktív és az induktív adók és érzékelők. I=I(f) Induktív adó: Adótekercs

Induktív vevő:

∆Uind (f) Vevőtekercs


© Turai E., 2014.


A dipól-dipól frekvenciaszondázás négy alapesete és a látszólagos fajlagos ellenállás meghatározások összefüggései: I/1.: Konduktív – konduktív rendszer

∆UMN(f)

IAB(f) R

A B

ρ a ( f ) = K ( f , R , AB , MN ) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

M N

∆U MN ( f ) I AB ( f ) © Turai E., 2014.


A dipól-dipól frekvenciaszondázás négy alapesete és a látszólagos fajlagos ellenállás meghatározások összefüggései: I/2.: Konduktív – induktív rendszer

∆Uind(f)

IAB(f)

A

R

B

vevőtekercs

ρ a ( f ) = K ( f , R , AB , N vevő , µ vevő ) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

∆U ind ( f ) I AB ( f ) © Turai E., 2014.


A dipól-dipól frekvenciaszondázás négy alapesete és a látszólagos fajlagos ellenállás meghatározások összefüggései: II/1.: Induktív – konduktív rendszer

∆UMN(f)

Iadó(f) R

M

adótekercs

ρ a ( f ) = K ( f , R , MN , N adó , µ adó ) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

N

∆U MN ( f ) I adó ( f ) © Turai E., 2014.


A dipól-dipól frekvenciaszondázás négy alapesete és a látszólagos fajlagos ellenállás meghatározások összefüggései: II/2.: Induktív – induktív rendszer

∆Uind(f)

Iadó(f) R adótekercs

vevőtekercs

ρ a ( f ) = K ( f , R , N adó , µ adó , N vevő , µ vevő ) Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

∆U ind ( f ) I adó ( f ) © Turai E., 2014.


Az EM dipólok körül kialakuló zónák Keller szerint: Közeli zóna

-

Re (kr) < 0.6 ,

Átmeneti zóna

-

0.6 ≤ Re (kr) < 6 ,

Távoli zóna

-

6 ≤ Re (kr) ,

Hullám zóna

-

10(12) ≤ Re (kr) .

Re( kR ) = R σ=

1

ρ

,

µωσ 2

,

ω = 2πf

Az EM tér fázisfelületei a különböző zónákban: Közeli zóna

-

véges dipól ,

Átmeneti zóna

-

axiális helyzetben gömb, ekvatoriális helyzetben henger,

Távoli zóna

-

gömb ,

Hullám zóna

-

sík .


© Turai E., 2014.

Váltóáramú dipól-dipól frekvenciaszondázások speciális módszerei

A legyező rendszerű dipól-dipól frekvenciaszondázás:

Lásd Dr. Takács E.: Bevezetés az alkalmazott geofizikába c. egyetemi jegyzet 185. oldala!


© Turai E., 2014.


A Maxi-Probe elrendezésű frekvenciaszondázás:

Lásd Dr. Takács E.: Bevezetés az alkalmazott geofizikába c. egyetemi jegyzet 185-190. oldalai!


© Turai E., 2014.


A CSAMT módszer:



© Turai E., 2014.


A MELOS (MELIS) módszer:



© Turai E., 2014.


Az indukciós módszer:



© Turai E., 2014.

Tranziens (TDEM) módszer

TD EM tranziens módszer:


© Turai E., 2014.


A tranziens (TDEM) módszer:



© Turai E., 2014.

NMR módszer

NMR (Nuclear magnetic resonance – Nukleáris Mágneses Rezonancia) módszer Az adó egy vertikális tengelyű tekercs vagy hurok, melybe a hidrogénatom rezonanciafrekvenciájára hangolt váltóáramot vezetnek, ami mágneses teret hoz létre. A gerjesztő mágneses tér a hidrogén atomokat rezonanciába hozza, s ezek másodlagos mágneses teret keltenek. A gerjesztés kikapcsolása után a adótekercsben a másodlagos mágneses tér elektromos teret indukál, s ez az indukált elektromos tér, melynek nagysága a víztartalommal arányos, a rezonancia frekvenciára hangolt tekerccsel mérhető. Az adótekercset használják a gerjesztés kikapcsolása után vevőtekercsként is.

A víz hidrogén atomjai külső mágneses tér hatására karakterisztikus frekvenciájú mágneses teret hoznak létre, ami a vevőtekercsben elektromos teret indukál. Direkt vízkutatásra használják! Vízkutatás geofizikája / elektromos és elektromágneses módszerek

© Turai E., 2014.

Georadar

Ground Penetration Radar


© Turai E., 2014.

Georadar

Ground-probing radar:


© Turai E., 2014.


Georadar

Radargram along a road surface


© Turai E., 2014.

Georadar

Radargram at a construction site


© Turai E., 2014.

Vége

Köszönöm a türelmet és a figyelmet!


© Turai E., 2014.

2014 tanév, 2. félév

Recommend Documents