Geofizika I. A gravitációs és mágneses kutatómódszer BSc műszaki földtudományi alapszak hallgatóinak
Dr. Szabó Norbert Péter egyetemi docens
Miskolci Egyetem Geofizikai Intézeti Tanszék e-mail:
[email protected]
Ajánlott irodalom
Takács Ernő (szerk.), 1988. Bevezetés az alkalmazott geofizikába I. Tankönyvkiadó. Pethő Gábor, Vass Péter, 2011. Geofizika alapjai. Elektronikus jegyzet. http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0033_SCORM_MF GFT6001T/adatok.html Meskó Attila, 1989. Bevezetés a geofizikába. Tankönyvkiadó. Richard J. Blakely, 1996. Potential theory in gravity and magnetic applications. Cambridge University Press. Philip Kearey, Michael Brooks, Ian Hill, 2002. An Introduction to Geophysical Exploration. 3rd edition. Blackwell Science Ltd. Kis Károly, 2009. Magnetic methods of applied geophysics. Eötvös University Press. UBC GIF homepage: http://www.eos.ubc.ca/ubcgif
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Tematika
Bevezetés A gravitációs kutatómódszer alapjai Gravitációs adatok feldolgozása Gravitációs adatok értelmezése Gravitációs adatok inverziója A mágneses kutatómódszer alapjai Mágneses adatok feldolgozása Mágneses adatok értelmezése Mágneses adatok inverziója Gyakorlat: terepi mérés és adatfeldolgozás
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A geofizikai módszerek osztályozása
Geofizika
Általános geofizika
Alkalmazott geofizika Felszíni geofizika
Erőtér geofizika Gravitáció
Mágnesesség
Szeizmika
Radiometria
Geoelektromos módszerek
Egyenáramú
Mélyfúrási geofizika
Geotermika
Elektromos
Nyitott lyuk
Nukleáris
Csövezett lyuk
Akusztikus
Technikai
Elektromágneses
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A gravitációs és mágneses módszer
Természetes forrást használnak Kevésbé költséges módszerek Gyors módszerek Könnyű az adatgyűjtés Relatíve kis felbontóképesség Nem mindig alkalmazhatók Többértelmű megoldás Gyakran direkt értelmezés Inverz modellezés (1,2,3-D)
Felhasználási területek - földtani térképezés - nyersanyagkutatás - környezetgeofizika - archeo-geofizika - mérnökgeofizika
Módszer
Előny
Hátrány
Relatív költség
Mágneses
Nagyon gyors és olcsó
Gyenge felbontás Nem mindig alkalmazható
1
Gravitációs
Gyors és olcsó
Gyenge felbontás
10
Szeizmika
Részletes
Költséges
100
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A Poisson-Eötvös összefüggés
- X,Y, Z: mágneses térkomponensek - Xn,Yn, Zn: mágneses normál komp.-ek - U: gravitációs potenciál - ρ: térfogatsűrűség [g/cm3] - Κ: mágneses szuszceptibilitás - G = 6.67428±0.0007·10-11 m3kg-1s-2 - x,y,z: Descartes térkoordináták Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
κ 2U 2U 2U X n X Yn Zn 2 Gρ x xy xz κ 2U 2U 2U X n Y Yn 2 Z n Gρ xy y yz κ 2U 2U 2U Xn Z Yn Z n 2 Gρ xz yz z BSc műszaki földtudományi szak
A gravitációs és mágneses szelvény
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
1. A gravitációs kutatómódszer alapjai
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A gravitációs erőhatás m1
F
F
m2
r
m1 m 2 F G 2 r G= 6.67384±0.0008·10-11 m3kg-1s-2 CODATA (Committee on Data for Science and Technology) 2010 Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A Föld gravitációs erőtere
A gravitációs erőtér összetevői a Föld felszínén:
- a Föld vonzása - centrifugális erő - árapálykeltő erő
Potenciál tér:
M g U, U G R
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Newton II. törvénye:
F mg M gG 2 R BSc műszaki földtudományi szak
Alkalmazott mértékegységek
[g] = m / sec2 1 Gal = 10-2 m /sec2 1 mGal = 10-3 Gal = 10-5 m / sec2 1 gu = 10-1 mGal = 10-4 Gal = 1 μm / sec2
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A gravitációs mérés
A mért mennyiség a felszínen és a vízen (z=0), vagy a levegőben és az űrben (z=-h) ∆gz(x,y,z) [mGal]
Ha gm,i>gbázis akkor Δ>0 → 2>1 Ha gm,i
A gravitációs anomália oka: a felszín alatt elhelyezkedő kőzettestek eltérő sűrűsége (Δρ) A gravitációs mérések célja: a felszín alatti sűrűségeloszlás (földtani szerkezet) meghatározása BSc műszaki földtudományi szak
Jellegzetes gravitációs szelvények
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Kőzetek tipikus sűrűsége g/cm3-ben
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A torziós inga
Megalkotója: Báró Eötvös Loránd (1848-1919) Mérhető mennyiségek 2U 2U 2U 2U 2U , , , xz yz xy y 2 x 2
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Ma már lassú (30min/adat), de igen pontos mérés BSc műszaki földtudományi szak
Eötvös így mutatja be a műszert „Egyszerű egyenes vessző az az eszköz, melyet én
A Miskolci Egyetem Geofizikai Intézeti Tanszékén található kettős inga
használtam, végein különösen megterhelve és fémtokba zárva, hogy ne zavarja se a levegő háborgása, se a hideg és meleg váltakozása. E vesszőre minden tömeg a közelben és a távolban kifejti irányító hatását, de a drót, melyre fel van függesztve, e hatásnak ellenáll és ellenállva megcsavarodik, e csavarodásával a reá ható erőknek biztos mértéket adván. A Coulomb-féle mérleg különös alakban, annyi az egész. Egyszerű, mint Hamlet fuvolája, csak játszani kell tudni rajta, és miként abból a zenész gyönyörködtető változásokat tud kicsalni, úgy ebből a fizikus, a maga nem kisebb gyönyörűségére, kiolvashatja a nehézségnek lefinomabb változásait. Ilymódon a földkéreg oly mélységeibe pillanthatunk be, ahová szemünk nem hatolhat és fúróink el nem érnek."
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Az első Eötvös-inga mérések
Balaton (1901) Egbell (Szlovákia, 1916) Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Az első Eötvös-inga mérések
Nash Dome (USA, 1924) Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
1 E = 10-9 1/s2 BSc műszaki földtudományi szak
Az első Eötvös-inga mérések
Mihályi szerkezet (Győri-medence)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Gravitációs mérés rúgó segítségével
s
s + Δs m
g1 = g
Hooke törvénye F1 = mg ΔF=F2-F1=kΔs (k: rugó állandó) A gravitációs mérés elve mΔg=kΔs → Δg=kΔs/m
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
m
g2 = g + Δg
F2 = m(g + Δg)
BSc műszaki földtudományi szak
A graviméter
Mérési paraméter: skálaleolvasás Nehézségi gyorsulás [mGal] = kalibrációs koefficiens [mGal/skálaleolvasás] * skálaleolvasás Pontosság: 1μGal (CG-5 Scintrex) Gyors és megbízható mérés
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A szupravezető (SG) graviméter
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Mérési módszer: szupravezető tekercsek ultra stabil mágneses tere egy gömböt lebegtet, melynek gravitációs hatásra történő elmozdulását mérjük Igen nagy pontosság: < 0.1μGal Rögzített műszer: a nehézségi gyorsulás időbeli változása Mérést befolyásoló tényezők - árapály és egyéb tengerszintváltozások, hótakaró - légnyomás-változás - földrengések, a Föld forgása - talaj nedvességtartalom-változás BSc műszaki földtudományi szak
SG regisztrátum (Németország)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Gravitációs reziduál
Csapadék
Talajvízszint
BSc műszaki földtudományi szak
2. Gravitációs adatok feldolgozása
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A Fourier transzformáció
Frekvencia (f): rezgésszám, a másodpercenkénti ciklusok száma [Hz] A mért f(t) jel frekvencia spektruma a Fourier transzformációval adható meg. A Fourier transzformált létezésének feltétele
f(t) dt
-
A Fourier transzformáció eredménye az F(f) folytonos komplex frekvencia spektrum (j a képzetes egység)
A mért f(t) jel a spektrumból visszaállítható az inverz Fourier transzformációval
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Az amplitúdó és fázisspektrum
A Fourier spektrum Re[F(f)] valós és Im[F(f)] képzetes részre bontható
A Fourier spektrum exponenciális alakban felbontható az A(f) amplitúdó és Ф(f) fázisspektrumra
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Térbeli jel spektruma
Hullámszám (k): térbeli frekvencia, egységnyi távolságra eső ciklusok száma [1/m]. A k hullámszám-vektor Descartes koordináta rendszerben (λ: hullámhossz)
A térfrekvencia spektrum a Fourier transzformációval előállítható, a térbeli jel pedig az inverz Fourier transzformációval nyerhető vissza
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
SG műszerrel mért jel spektruma
Finnország, 2002
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Gravitációs mérési adatok korrekciója Bouger anomália = Δgnyers+∑∆gkorr
Műszerjárás (drift) korrekciója Árapály-hatás korrekciója Szélességi korrekció Magassági korrekció - szabadlég (free air) korrekció - Bouger korrekció Topografikus korrekció - kartografikus korrekció - terrén korrekció (Eötvös korrekció)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A műszerjárás korrekciója
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A normál korrekció
g(φ) = g0 (1 + k1sin2φ + k2sin22φ) - Φ: a mérés helyének szélességi koordinátája - g0: a nehézségi gyorsulás normál értéke az Egyenlítőn g0 = 9 780 318 [gu], k1 = 0,0053024, k2 = 0,0000059 Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Szabadlég korrekció Föld vonzása csökken A mérés helye
h Referencia szint
Felszín alatti ható
FAC = 3,086·h [gu] Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A Föld free air gravitációs anomáliái
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Bouger és egyesített magassági korrekció A mérés helye
Bouger lemez
h
ρ
Felszín alatti ható
BC = - 2πGh = - 0,4191ρh [gu] EC = FAC + BC = (3,086 - 0,4191)h [gu] Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Topografikus korrekció
A mérés helye
h Referencia szint
ρ TC 0,4191 (r2 r1 r12 h2 r22 h2 ) [gu] n
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
É-Kalifornia Bouger anomália térkép
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Egy Észak-mo.-i Bouger anomália térkép
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Negatív anomália: Vattamaklári árok Pozitív anomália: Bükkhegység (észak), mezőkövesdi termálvíz-tároló (délnyugat) Kőzetoszlop (alulról felfelé) - triász mészkő - miocén-oligocén agyaghomok - neogén vulkáni kőzetek - pliocén agyag-homok
BSc műszaki földtudományi szak
Gravitációs térképek szűrése
g(m)
Mért, lokális, regionális gravitációs anomália
gl (x) gm (x) gr (x)
g(l)
gr (x) gm (x) gl (x)
x x
g(r)
x
r(x, y) t(x, y) g(x, y) R(p, q) T(p, q) G(p,q) Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Anomáliák szétválasztása szűréssel (térképtranszformációk) Időtartományban konvolúció, frekvencia tartományban szorzás - t(x,y): szűrőfüggvény - g(x,y): mért térkép - r(x,y): szűrt térkép - p,q: hullámszám BSc műszaki földtudományi szak
A numerikus szűrés elve y
gi(m)
∑gi(m)ti
t(x,y)
g(x,y)
r(x,y)=t(x,y)*g(x,y)
x Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Gravitációs szűrő karakterisztikák
A hullámszám a λ hullámhosszal kifejezve (s: állomástávolság)
2π 2π p , q λx /s λ y /s
A gravitációs szűrőmátrix radiális szimmetriát mutat, ezért vezessük be pˆ
p2 q2
Szűrőtípusok - Alulvágó (felüláteresztő) - Csillapított alulvágó - Felülvágó (alulátersztő) - Sávszűrő
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A regionális és reziduális anomália
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Magyarország gravitációs anomáliái Bouger anomália
Regionális anomália
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Reziduális anomália
BSc műszaki földtudományi szak
Analitikus folytatások
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Analitikus felfelé folytatás
Kearey et al. (2002)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Regionális Bouger anomáliák
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Izosztatikus korrekció: a hegységek d vastagságú gyökerét ρa sűrűségű köpenyanyaggal helyettesítjük, ill. az óceánok h* mélységéig és a köpeny d* vastagságáig ρk sűrűségű kéreganyaggal számolunk BSc műszaki földtudományi szak
3. Gravitációs adatok értelmezése
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A gravitációs anomália számítása
Kearey et al. (2002)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A Bouger lemez
1D modell, oldal irányban végtelen kiterjedésű lemez Bouger lemez gravitációs hatása
Δg = 2πGΔh
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Értéke független a megfigyelés helyétől A hiba 3% alatti 1/5 meredekség alatt
BSc műszaki földtudományi szak
A gömb modell
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
A ható leghosszabb dimenziója jóval kisebb a mélységénél Pl. üreg, eltemetett tárgy, érctest stb. Az R sugarú gömb gravitációs hatása
A ható z mélysége
BSc műszaki földtudományi szak
A horizontális henger modell
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Az egyik horizontális irányban sokkal nagyobb kiterjedésű a ható, mint a másik két irányban Pl. bányavágat, alagút, folyómeder, tektonikai árok, antiklinális stb. Az R sugarú henger gravitációs hatása
A ható z mélysége
BSc műszaki földtudományi szak
A vertikális henger modell
A ható vertikális irányban végtelen kiterjedésű Pl. magma intrúzió, dyke stb. Az a sugarú henger gravitációs hatása z=0 esetén
Speciális esetben, amikor a→∞ és a>>z2 a formula a Bouger lemez gravitációs hatását közelíti Amikor z2→∞, akkor egyirányban végtelen henger gravitációs hatásáról beszélünk
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A vető modell
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A poligon módszer
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Szabálytalan alakú 3D hatók
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A gravitációs potenciál
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
3D hasáb(ok) gravitációs anomáliája
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A többértelműség (ekvivalencia)
Kearey et al. (2002)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
4. Gravitációs adatok inverziója
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Az inverz modellezés folyamatábrája Modellalkotás
Mérési adatok, a priori ismeretek
Elvi adatok számítása
A modell finomítása Nem
Mérési és elvi adatok összehasonlítása
Elfogadható az egyezés? Igen
A modell paraméterek elfogadása
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Az adat-modell kapcsolat g Jρ
ρ1 ρ2 . .
Inverz feladat
ρi
g1 g2 . .
Direkt feladat
gk
. .
ρM
. .
modellvektor sűrűség
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
adatvektor nehézségi gyorsulás
gN
BSc műszaki földtudományi szak
A túlhatározott gravitációs inverz feladat g(mért) [Gal]
g(számított)-g(mért) [ Gal]
-200
-200
0 -100
01.5 12.5
0
-0.5 -1
0
0.5
30
20
Y [m]
Y [m]
100
60
40
50
0 20 3
10
0
0 --01.5
0
10
-100
0
100
0
-100
0
10 200 -200
.5 -01 0 10.5
0 X [m]
100
0 200 -200
200
-100
0 X [m]
100
200
0
z[m]
50
100
150 -200
-100
0.09g/cm3 0
100
200
-200
y[m]
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
0
-100
100
200
x[m]
BSc műszaki földtudományi szak
3D inverzió szintetikus gravitációs adatokon
UBC – Geophysical Inversion Facility 1998-2005
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
3D inverzió terepi gravitációs adatokon
UBC – Geophysical Inversion Facility 1998-2005
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
5. A mágneses kutatómódszer alapjai
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A mágneses erőhatás p1
p2
F
F
r
Vonzás
p1<0 és p2>0, p1>0 és p2<0
p1 p2 F k 2 r
Taszítás p1<0 és p2<0 p1>0 és p2>0
Jelölések - p: mágneses póluserősség - k: arányossági tényező k=1/(4π+μ0) ha [p]=Wb=Vs k= μ0/4π ha [p]=Am - μ0: vákuum mágneses permeabilitása μ0= 4π·10−7 Vs/Am
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A mágnesezettség -p
+p l
m pl
m JdV B μ0 H J H ( J 0 )
Jelölések - m: mágneses dipólmomentum - J: mágnesezettség - J0: remanens mágnesezettség - H: mágneses térerősség (H=F/p) - B: mágneses indukció (fluxussűrűség) - μ: az anyag mágneses permeabilitása - κ: mágneses szuszceptibilitás
B μ0 (H J) μ0 (1 )H μ0 μH Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Alkalmazott mértékegységek
1gamma=1nanoTesla=10-9Tesla Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Kőzetek mágneses szuszceptibilitása Approximate percent of magnetite by volume 0.1%
10-5 S.I. Units 10-4
10-3
Magnetic minerals
0.5% 1%
10-2
5% 10%
10-1
Hematite
20%
1 Magnetite
Igneous rocks Acid Volcanics Basalts “S” type
“T” type
Granites Gabbros
Andesites
Metamorphic rocks Metasediments Metamorphics
Sedimentary rocks Sediments
10-5
10-4 S.I. Units
10-3
10-2
10-1
1
Adapted from Clark and Emerson, Exploration Geophysics, 1991.
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A Föld mágneses tere -
-
-
B(r, t) Bm (r, t) Bc (r) Bd (r, t) Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
-
A geomágneses tér forrásai Folyékony külső mag (Bm), dinamó elv és magnetohidrodinamika, a tér 95%, szekuláris változások A földkéreg kőzetei (Bc), időben konstansnak véljük A Nap EM és a kozmikus sugárzás a felső légkört ionizálja, a földi mágneses térben elmozduló részecskék áramot indukálnak (Bd), nyugodt napi variációk Gyors (perc-napi) variációk és mágneses viharok BSc műszaki földtudományi szak
A mágneses tér felbontása
A geomágneses tér komponensei - T: totális komponens - H: horizontális komponens - X,Y: azimutális és arra merőleges horizontális összetevő - Z: vertikális komponens - I: inklináció - D: deklináció
Y D arctg X Z X TcosIcosD Y TcosIsinD I arctg 2 2 X Y
H TcosI
Z TsinI
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A mágneses dipólus potenciálja
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Centrális axiális dipól mágneses tere
A totál tér gömbi koordináta-rendszerben
0 2m cos 0 m sin er e 3 3 4 r 4 r m T(r, ) Z 2 (r, ) H 2 (r, ) 0 3 3 cos 2 1 4 r
T(r, ) V
R = 6371.2 km (Föld sugara) m=7.767∙1022 Am2 (mágneses dipólmomentum)
A mágneses tér értékei a Geomágneses Pólusokon és az Egyenlítőn Z(r=R,θ=00)≈60000nT Z(r=R,θ=1800)≈-60000nT Z(r=R,θ=900)=0nT H(r=R,θ=00)=H(r=R,θ=1800)≈0nT H(r=R,θ=900)≈30000nT T(r=R,θ=00)=T(r=R,θ=1800)≈60000nT T(r=R,θ=900)≈30000nT
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Totális mágneses komponens világtérkép
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Horizontális mágneses komponens világtérkép
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Vertikális mágneses komponens világtérkép
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Mágneses inklináció világtérkép
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Mágneses deklináció világtérkép
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A mágneses tér napi változása
A mágneses tér változása Tihanyban (az adatok frissítése ~5 percenként) Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Szekuláris változások
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A mágneses anomália
Földi mágneses tér globálisan dipoltérrel közelíthető, lokálisan homogén tér Mágneses anomália: a kőzetek eltérő szuszceptibilitása miatt azok különböző módon mágneseződnek, az anomália szuperponálódik a Földi mágneses térre
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
Bmért = BFöld + Bható BSc műszaki földtudományi szak
A Föld mágneses anomália térképe
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Mágneses adatgyűjtő eszközök
Iránytű (Kína, i.e. 2000) Gaussméter (1833) Modern iránytűk (tájolók) Forgó tekercses magnetométer Hall effektuson alapuló magnetométer Fluxgate magnetométer Proton precessziós magnetométer Mágneses gradiométer Alkáli gőz magnetométer SERF atom magnetométer SQID szupravezető magnetométer
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A proton precessziós magnetométer
Elemei: víztartály (protonok), tekercs (indukció, mérés), emelőrúd, elektronika Működés: áram bekapcsolása, mesterséges mágneses tér, protonok beállnak az indukált mágneses tér irányába, kikapcsolás, protonok precessziós mozgást végeznek a Földi mágneses tér iránya körül Mért paraméter: f precessziós frekvencia γ f B 2π
ahol γ=0.042576Hz/nT a proton giromágneses aránya és f ~2kHz Abszolút pontosság: 0.1 nT Gyors mérés (3sec/leolvasás)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A gradiométeres mérés
A mért B tér amplitudója arányos az m dipólmomentum nagyságával és fordítottan arányos az R távolság (~emelési magasság) köbével BC
m R3
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Környezetgeofizikai alkalmazások
nT
nT
__ m
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Mérnökgeofizikai alkalmazások
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Légi mágneses mérések
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Légi mágneses mérések
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Mágneses anomália az óceáni kéreg felett
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A kontinensvándorlás mágneses bizonyítéka
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
6. Mágneses adatok feldolgozása
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A normál korrekció
A mérési területen bármely mágneses komponens (E) normál értéke jól közelíthető (φ: földrajzi szélesség, λ: földrajzi hosszúság, (φ0,λ0): a koordináta rendszer kezdőpontja)
E (normál)( , λ) E0(mért) ( 0 , λ0 ) aΔ bΔ λ cΔ 2 dΔΔλ eΔ λ 2
Végezzünk sok (n) mérést az ország területén a túlhatározott inverz feladat felállításához, majd határozzuk meg az a,b,c,d,e együtthatókat a legkisebb négyzetek módszerével
E n
i 1
(mért)
(Δ i , Δλi ) E (normál)(Δ i , Δλi , a, b, c, d, e) min 2
Kiszámítva a mérési területen (λ=λ0+Δλ, φ=φ0+Δφ) a normál teret, a helyi mágneses anomália értéke
E (lokális) , λ E (mért) , λ E (normál) , λ Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Magyarország mágneses normáltere
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A napi korrekció
A nyugodt napi változás szabályos (24h periódus idejű periodikus függvénnyel jól közelíthető) Menete a t idő és a φ földrajzi szélesség függvénye Korrekciója: a mérés során rendszeres időközönként visszatérünk a bázisállomásra (t0,t1,t2,…)
Bkorrigált(φ,t)= Bmért(φ,t) - ΔB(φbázis,t) Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A mágneses anomália inklinációtól való függése
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A pólusra redukálás
A mért mágneses térképet átszámítjuk a mágneses pólusra (I=90°) Az anomáliák könnyebben értelmezhetők ill. a görbe maximumok pontosan a ható felett jelentkeznek
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Terepi adatok pólusra redukálása
Telkibánya 2010 Profile 2 Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Terepi adatok pólusra redukálása Mért mágneses térkép
Pólusra redukált mágneses térkép
Blakely, 1996 Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Az analitikus felfelé és lefelé folytatás
Kearey et al. (2002)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A többértelműség (ekvivalencia)
Kearey et al. (2002)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Adatfeldolgozás a MAGPROCv3 programmal
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
7. Mágneses adatok értelmezése
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A mágneses anomália számítása
Kearey et al. (2002)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A mágneses dipólus indukciója
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A monopol és dipól modell
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Dipól mágneses tere
z = 1 km x = 0 km, y = 0 km md = 109 Am2 D = 2.50 , I = 630 Zaj = 2 % Gauss eloszlás
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Mágneses dipól térfrekvencia spektruma
2D DFT
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Mágneses dipól adatok pólusra redukálása
Pólusra redukálás
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A vertikális helyzetű hasáb modell
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
A horizontális helyzetű blokk modell
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Szabályos alakú ható modellek
Az x=0 központi helyzetben elhelyezkedő szabályos alakú hatók általános formulája a T totális mágneses komponensre
ahol K[nT] a mágnesezettség intenzitása (mágneses polarizáció), Θ az inklináció, z a mélység, x a horizontális koordináta (i=1,2,…,N) és q az alaktényező Az a,b,c,m,n,p,r értékek a ható geometriai formáját határozzák meg
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Szabálytalan alakú 3D hatók
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
3D hasáb mágneses tere
-2 0 -2 0
2040 80 10 0
0
x1=-4 km, x2=4 km y1=-2 km, y2=2 km z1=1 km, z2=2 km J=1 A/m D=2.50 , I=630
40 80 10 0 0 20 60 6040 14 0 80 0 20 120 100 -2 0 40 60 60 0
12 0
-5000
0
-20 20
-20
-4 0
T [nT]
0
5000
5000 0
-5000
Y [m]
X [m]
z[km]
0 1000 2000 -5000
0
5000
y[km]
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
-5000
0
5000
x[km]
BSc műszaki földtudományi szak
8. Mágneses adatok inverziója
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Az adat-modell kapcsolat κ1 κ2 . .
B G
κM
. .
Inverz feladat
κi . .
B1 B2 Bk
Direkt feladat
. .
modellvektor szuszceptibilitás
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
adatvektor mágneses indukció
BN
BSc műszaki földtudományi szak
A többértelműség (ekvivalencia)
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
3D inverzió szintetikus mágneses adatokon
UBC – Geophysical Inversion Facility 1998-2005
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
3D inverzió terepi mágneses adatokon
UBC – Geophysical Inversion Facility 1998-2005
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak
Köszönöm a figyelmet! Jó szerencsét!
Geofizika I. - A gravitációs és mágneses kutatómódszer
BSc műszaki földtudományi szak