KUTATÁSI JELENTÉS. Vízi szeizmikus mérés. az EEA HydroCourse projekt gödi tesztterületén 2016

2016.

KUTATÁSI JELENTÉS

Vízi szeizmikus mérés az EEA HydroCourse projekt gödi tesztterületén Készítette:

GEOMEGA Földtani és Környezetvédelmi KutatóSzolgáltató Kft. 1095 Budapest, Mester u. 4. Tel.: +36-1-215-4226 Fax.: +36-1-455-0877 Email.: [email protected] Web.: www.geomega.hu

2016. február.

Vizi szeizmikus mérés az EEA HydroCourse projekt gödi tesztterületén

Projektvezető: Dr. Baranya Sándor [email protected]

A jelentést készítette :

…………………………… Koroknai Zsuzsa [email protected]

…………………………… Filipszki Péter [email protected]

…………………………… Dr. Tóth Tamás [email protected]

1


Tartalomjegyzék 1.

BEVEZETÉS……………………………………………………………………………..4

2.

VÍZISZEIZMIKUS SZELVÉNYEZÉS……………………………………………………..5

2.1 Az alkalmazott mérési módszer .............................................................. 5 2.2 A mérési nyomvonalak kijelölése és pozícionálása.................................. 8 2.3 A mérési paraméterek és a mérés menete .............................................. 8 2.4 A mérések jellemzői ............................................................................. 10 2.5 Alkalmazott szeizmikus mérőrendszer ................................................. 10 2.6 Analóg beállítások ................................................................................ 10 2.7 Digitális adatrögzítés ............................................................................ 10 2.8 Pozícionálás .......................................................................................... 12 2.9 Koordináta transzformáció ................................................................... 12 2.10 A nyers mérési adatok feldolgozása és megjelenítése ........................ 13 3.

A MÉRÉSI EREDMÉNYEK ÉRTELMEZÉSE……………………………………………..15

MELLÉKLETEK…………………………………………………………………………………17

Ábrajegyzék 1.

ábra.

Egycsatornás

reflexiós

vízi

szeizmikus

szelvényezés

elvi

mélységszelvény

a

vázlata…………………...4 2.

ábra.

Egycsatornás

vízi

szeizmikus

Tiszán…………………………….5 3.

ábra.

Egycsatornás,

szeizmoakusztikus

méréshez

használt

hajó

munka

közben…………...6 4.

ábra.

Egycsatornás,

szeizmoakusztikus

műszer

(IKB

SeistecTM)…………………………....6 5. ábra. Magyarországi GPS referencia hálózat……………………………………………9

2


6.

ábra.

A

BME_GÖD_20151125_00035

jelű

nagyfelbontású

szeizmikus

keresztszelvény..10 7. ábra. A BME_GÖD_20151125_00040 jelű nagyfelbontású szeizmikus hosszszelvény…10

Mellékletek jegyzéke I. melléklet:

a vizi szeizmikus mérések helyszínrajza

II. melléklet:

a mederfenék topográfiája

III. melléklet:

az üledék bázisának topográfiája

IV. melléklet:

az üledék vastagsága

3


1. BEVEZETÉS A BME, ELTE és NTNU részvételével megvalósuló „Folyami hidromorfológiai mérőgyakorlat kidolgozása vízépítő mérnök és geofizikus mesterhallgatók számára” (HydroCourse) projekt részét képezi a gödi teszt-területen, a Gödi-sziget előterében végzendő különböző mérési és vizsgálati eljárások bemutatása. Ennek keretében történt meg 2015. november 25-én a terület egy-csatornás nagyfelbontású vízi szeizmikus módszerrel történő felmérése. A mérés célja a mederfenék morfológia leképezésén túlmutatóan a mederfenék alatt üledékes rétegsor leképezése, valamint a folyami üledékek fekűjének térképezése. Jelentésünkben bemutatjuk az alkalmazott mérési módszert, ismertetjük a mérések kivitelezését, az adatfeldolgozási és értelmezési lépéseket, valamint bemutatjuk a mérési eredményeket.

4


2. VÍZISZEIZMIKUS SZELVÉNYEZÉS

2.1 Az alkalmazott mérési módszer A szeizmikus módszerrel lehet legeredményesebben leképezni a földkéreg belső szerkezetét a talajrétegektől kezdődően egészen a néhányszor tíz kilométeres mélységekig. Szeizmikus méréseknél mesterségesen keltünk rezgéseket a földben, és a mélyből visszaérkező rugalmas hullámokat regisztráljuk. A rezgéskeltés eszköze a mérési feladathoz és a mérési környezethez alkalmazkodva többféle lehet. Vízen végzett méréseknél sűrített levegőt vagy vizet kilövellő hidraulikus puskát (airgun, water-gun), elektromos ívkisülést létrehozó (sparker) vagy indukciós elven működtetett cintányérszerű (boomer) eszközt alkalmazunk. A beérkező jelet egy műanyag csőben elhelyezett piezoelektromos nyomásérzékelővel, ún. hidrofonnal vagy azok sorozatával észlelik. Legegyszerűbb és leggyorsabban kivitelezhető az ún. egycsatornás reflexiós szeizmikus szelvényezés. Ekkor egy jelforrást és egy hidrofont helyezünk el fix távolságra egymástól. A forrással akusztikus impulzust gerjesztünk, és a hidrofonhoz érkező rezgés-hullámokról felvételt készítünk (1. ábra). A felvételen („szeizmikus csatornán”) nagy amplitúdóval először az ún. direkt hullám jelenik meg, majd az egyre mélyebben húzódó réteghatárokról az egyre később beérkező visszavert hullámok („reflexiók”) jelentkeznek. A forrást és a hidrofont a köztük lévő távolság megtartásával tovább helyezzük a vonal mentén, és újabb felvételeket készítünk, amelyeket egymás mellé felrajzolva kialakul a szeizmikus időszelvény. A vízi környezet, úgy a rezgéskeltés, mint az észlelés oldalán kiemelkedően jó energiacsatolást biztosít, ezért álló- és folyóvizekben a mederfenék alatti néhányszor tíz méteres tartomány egycsatornás szeizmikus mérésekkel pontosan leképezhető (2. ábra).

5


Jelforrás Hidrofon

Hajó

Víz

Szeizmikus felvételek

Direkt hullám

re 1.

fle

xi

ó

Fiatal üledékek

Idősebb kőzetek

1. ábra. Egycsatornás reflexiós vízi szeizmikus szelvényezés elvi vázlata

2. ábra. Egycsatornás vízi szeizmikus mélységszelvény a Tiszán. A szelvény tanúsága szerint a folyó itt egy régebbi meder vonalát keresztezi. A többszörös reflexiók horizontját az értelmezés során nem szabad figyelembe venni.

Az értelmezés során fel kell ismerni a szelvényeken azokat a reflexiós horizontokat, melyek nem köthetők valós réteghatárokhoz. Ezek elsősorban az ún. többszörösök, egy réteghatár és a vízfelszín

6


között kétszer, vagy többször oda-vissza verődő hullámok jelei (2. ábra). További speciális alakzatok a szeizmikus szelvényeken a diffrakciós hiperbolák. Ezeket a hullámhossz néhányszorosánál nem nagyobb kiterjedésű inhomogenitások, sarkok, élek, mint önálló, pontszerű hullámforrások hozzák létre (pl. csővezeték kereszteződések, kövek-sziklák, vagy a vízben úszó halak!).

7


2.2 A mérési nyomvonalak kijelölése és pozícionálása A mérési területet az I. számú mellékletben látható helyszínrajz mutatja. A terepi kivitelezés megkezdése előtt pontos elvi mérési hálózatot készítettünk, amelyet a mérés során RTK GPS segítségével, valós idejű navigáció alapjaként használtunk.

2.3 A mérési paraméterek és a mérés menete A szeizmikus szelvények nyomvonalát a kijelölt mérési terület földtani sajátosságaihoz igazodva jelöltük ki. A sűrített szelvényeket folyásirányra merőlegesen vettük fel, ezeket, hossz-szelvényekkel kötöttük össze. A mérések kivitelezésére 2015. november 25-én került sor. Ezen a napon Göd térségében a Duna vízszintje 98,3-98,6 mBf magasságban mozgott.

3. ábra. Egycsatornás, szeizmoakusztikus méréshez használt hajó mérés közben

4. ábra. Egycsatornás, szeizmoakusztikus műszer (IKB Seistec TM)

8


A mérés során egy a mérőeszköz vontatására kialakított hajóval (3. ábra) mozgattuk a műszert (4. ábra), úgy, hogy annak geometriai középpontja lehetőség szerint a tervezett mérési szelvények mentén haladjon. Az adatfelvételezés során folyamatosan követtük a korábban kijelölt elvi mérési hálót. A mérőműszer pozícióját a geometriai középpontjában rögzített RTK-GPS segítségével határoztuk meg.

9


2.4 A mérések jellemzői Mérés irányítottsága:

Mérő hajó: Mérési elrendezés:

50 m-es átlagos sűrűségű keresztszelvények, valamint a pontos értelmezés elősegítésére ezekre közel merőleges 2 db hossz-szelvény a teljes mérési szakaszon, egymástól átlagosan 110 m távolságban, és 3 db (sűrítő) hosszszelvény a terület D-i részén Christen 550 Szeizmikus szelvényező műszer a mérő hajó mellett

2.5 Alkalmazott szeizmikus mérőrendszer Típus:

IKB-SeistecTM single channel seismic profiler (IKB-Technologies Ltd., Canada; www.seistec.com) Gyártási szám: 011 Forrás: HWIKB B3 Boomer Forrás energia: 75 J/shot Tápfeszültség: 3,1 kV Lövés intervallum: 6 shots/sec HV box: STEP P1 Akusztikus érzékelő: Hidrofon csoport (7db) Függőleges elrendezésben, akusztikusan fókuszáló környezetben telepítve Hidrofon csoport hossza: 28 cm Offset: fix 0,7 m

2.6 Analóg beállítások Jelfeldolgozó rendszer: Alulvágó szűrő: Felülvágó szűrő: Beérkező jel csillapítása: Amplitúdó előerősítés: Erősítés:

SPA-3 Analogue Signal Conditioner (IKB-Technologies Ltd., Canada) 400 Hz 10 kHz 0 dB High setting Linear

2.7 Digitális adatrögzítés Felvételező rendszer: Verzió szám: A/D kártya erősítése: Felvételezési hossz: Mintavételi frekvencia: Dinamikus felbontás:

QtPreSEIS (©Geomega Ltd.) hordozható PC egységen 2014.07.28 4 30 ms 100 kHz 24 bit

10


Felvételezési formátum: Pozíció adatok:

SEG-Y 4 byte Integer (LSB-MSB byte order) RTK GPS antennáról NMEA jelként a SEG-Y csatorna fejlécben a 73 és 77 közötti bájtokon tárolva

11


2.8 Pozícionálás Pozícionáló rendszer: Mérési mód: GPS vevő típus: Antenna elhelyezés: Navigáció:

GPS valós-idejű kinematikus (RTK) korrekciókkal L1+L2 mód VRS (Virtual Reference Station) korrekciókkal Topcon Hiper SR GPS A szeizmikus szelvényező közös mélység pontja (CDP) felett SeisGPS (©Geomega Ltd.)

Általános GPS vevő jellemzők Static, fast-static (post-processed): L1 only: H: 3 mm + 0.8 ppm (x bázisvonal távolság) V: 4 mm + 1 ppm (x bázisvonal távolság) L1 + L2: H: 3 mm + 0.5 ppm (x bázisvonal távolság) V: 5 mm + 0.5 ppm (x bázisvonal távolság) Kinematic, RTK (a felmérés során alkalmazott üzemmód): L1 + L2: H: 10 mm + 1 ppm V: 15 mm + 1 ppm

2.9 Koordináta transzformáció A feldolgozás első lépéseként koordináta transzformációt végeztünk (geodetikus szélesség, hosszúság értékeket EOV-be). Az RTK GPS koordináta értékek a vevőtől közvetlenül érkeznek a mérések alatt másodpercenként. A GNSS Szolgáltató Központ különböző valós idejű GNSS korrekciós szolgáltatásokat nyújt a felhasználók pontossági igényeihez igazodva. Geodéziai célokra az RTK és a hálózatos RTK korrekciókat továbbítanak, amelyekkel centiméteres pontosságot lehet elérni. A hálózati RTK korrekciók előállításához a központi szerver a referenciaállomás-hálózat méréseit együttesen dolgozza fel. A GNSS méréseket terhelő hibákat a teljes lefedett területre modellezi, a hibahatásokat a hálózat bármely pontjára képes becsülni. Ezzel a felhasználó gyakorlatilag függetlenné válik az egyes állomásoktól. A helymeghatározás pontossága a lefedett területen belül homogén, tehát nem romlik az állomásoktól távolodva. Az országhatárokig terjedő homogén lefedettség eléréséhez bevonták a hazai hálózatba a szomszédos országok határközeli referenciaállomásait is (5. ábra). A hálózati RTK korrekciókkal elérhető pontosság és megbízhatóság a lefedett területen belül meghaladja a hagyományos, egyetlen referenciaállomásra támaszkodó RTK pontosságát és megbízhatóságát. Különösen a hosszú bázisvonalakon, ahol hagyományos, egybázisos RTK technikával nem is lehetséges a cm-es pontosságú helymeghatározás.

12


5. ábra. Magyarországi GPS referencia hálózat

A korrekciót a budapesti és a penci állomások (5. ábra) szolgáltatták, melyek a mérések ideje alatt 100%-os időbeli lefedettséget mutattak. Ezt és a GPS műszer specifikációit figyelembe véve a mérésekre vonatkozó hiba maximális értékei a következők voltak: H: 10 mm + 8 mm; V: 15 mm + 8 mm. Az alkalmazott 6 lövés/másodperc ráta miatt átlagosan minden nyolcadik lövés kapott új koordináta értéket. Ezért a köztes lövések koordináta értékeit lineáris 2D interpolációval határoztuk meg.

2.10 A nyers mérési adatok feldolgozása és megjelenítése Az egycsatornás, nagyfelbontású vízi szeizmikus mérések eredményszelvényei mindössze abban térnek el a kisebb felbontású, de nagyobb behatolású, főleg a szénhidrogéniparban és a mélyföldtani kutatásban használt szeizmikus szelvényektől, hogy a csatornák közötti távolság, illetve a nagyobb jelfrekvencia miatt a szeizmikus csatornák mintavételi távolsága jelentősen kisebb. Mivel a SeistecTM műszer esetében jelgerjesztésenként csak egy csatornán történik a regisztráció ezért a többcsatornás szelvények feldolgozásához szükséges összegzést (stacking), illetve az azt megelőző feldolgozási lépéseket nem kell elvégezni. Ebben az esetben a feldolgozás a csatornák pontos pozíciójának meghatározására, szükség esetén egy-egy kiválasztott szelvényre alkalmazott dekonvolúcióra és migrációra, valamint az értelmező szoftverbe való betöltés előkészítésére (navigációs fájlok) szorítkozik. Ezek közül jelen feldolgozás keretein belül az alábbi feldolgozási és értelmezés-előkészítési lépéseket tettük:    

Koordináta transzformáció (2.9 pontban) Koordináták editálása a GPS adatok utófeldolgozásával Geometria-adatbázis (navigációs fájlok) létrehozása Adatok betöltése az értelmező szoftverbe (IHS Kingdom)

13


14


3. A MÉRÉSI EREDMÉNYEK ÉRTELMEZÉSE A mérési területet az I. számú mellékletben látható helyszínrajz mutatja. Az értelmezéshez és a térképszerkesztéshez a teljes digitalizált adatrendszert felhasználtuk. A mért szeizmikus szelvényeken a Duna recens üledékei, valamint a meder aljzatát képező oligocénmiocén változatos összlet felső néhány métere térképezhető. Az ezek alatt található képződményeket a meder többszörösök elfedik (6. és 7. ábra).

6. ábra. A BME_GÖD_20151125_00035 jelű nagyfelbontású szeizmikus keresztszelvény

A szelvényeken a víz-üledék határ, a Duna jelenlegi medre a legerősebb szeizmikus reflektor. (6. és 7. ábra; pirossal jelölt horizont). Valamennyi szelvényen térképezhető még egy határozott diszkordancia felület, mely helyenként markáns szeizmikus reflekszióként, máshol éles szögdiszkordanciaként jelentkezik. (6. és 7. ábra; kékkel jelölt horizont), és a holocén üledékeket választja el a jóval idősebb oligocén-miocén fekü kőzeteitől.

7. ábra. A BME_GÖD_20151125_00040 jelű nagyfelbontású szeizmikus hossz-szelvény

15


Ez a horizont tehát a dunai üledékek bázisa, egyúttal a folyó felmért szakaszán a meder morfológiát meghatározó idősebb fekü teteje. Helyenként ez a „kemény kőzetösszlet” képezi magát a mederfeneket. Ezen mederszakaszokról a Duna teljesen kimosta üledékét.

A szeizmikus szelvényeinek értelmezése során elkészítettük a kitérképezett mederfenék magasság térképét, mely kiválóan visszaadja a mai meder topográfiáját II. melléklet. Szintén megszerkesztettük az üledék bázisának topográfiáját III. melléklet. Ebben egy a folyásiránnyal kis szöget bezáró, ÉÉKDDNY csapású kimélyülés látszik, melyet a Gödi sziget É-i hullámtörője keresztez. A két felület különbségéből kiszerkesztettük az dunai üledék vastagság térképét IV. melléklet. Ezen látható, hogy a felmért Duna szakasz alatt viszonylag kis vastagságú, mindösszesen 0-3,5 m recens üledék található.

16


MELLÉKLETEK

17


18


19


20


21

KUTATÁSI JELENTÉS. Vízi szeizmikus mérés. az EEA HydroCourse projekt gödi tesztterületén 2016

Recommend Documents