Geofyzika

Geofyzika

Článek Geofyzika je pokračování k řadě čláků o fyzice pro inženýrské a bezpečnostní obory, jako je:

Termodynamika a bezpečnost

Termodynamika a bezpečnost 2

Reologie

Geofyzika je hraniční vědní obor na rozhraní mezi geologií a fyzikou, je založena na studiu různých geofyzikálních polí, existujících v nehomogenním zemském tělese a jeho okolí (tj. tíhové pole, magnetické pole apod.). V praxi se setkáváme především s tzv. užitou resp. praktickou geofyzikou, tj. aplikovaná vědní disciplína, která se zabývá konkrétními úkoly geologické praxe (ložisková a inženýrská geofyzika, hydrogeologie). Užitá geofyzika využívá dostupné poznatky z oblasti fyziky, geologie a moderních metod hromadného zpracování:

Následující odstavce stručně popisují jednotlivé metody, jejich podstatu a způsob použití, především v bezpečnostních oborech. Obsahují rešerši, přímé citace či parafráze následujících zdrojů: ¹ŠVANCARA, Jan, HAVÍŘ, Josef, VEJMĚLEK, lIBOR. Základy geofyziky. Studijní materiály předmětu PřF:G1101 Základy geofyziky. Brno: Informační systém Masarykovy univerzity 2009. Dostupné z: https://is.muni.cz/el/1431/podzim2011/G1101/9009799, ²POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007. ³ŠVANCARA, Jan. Seismika. Studijní materiály předmětu PřF:G1101 Základy geofyziky. Brno: Informační systém Masarykovy univerzity 2009. Dostupné z: https://is.muni.cz/el/1431/podzim2011/G1101/9009799,⁴ HAVÍŘ, Josef. Seismologie. Studijní materiály předmětu PřF:G1101 Základy geofyziky. Brno: Informační systém Masarykovy univerzity 2009. Dostupné z: https://is.muni.cz/el/1431/podzim2011/G1101/9009799, ⁵PROCHÁZKOVÁ, Dana. Seismické inženýrství na prahu třetího tisíciletí. [Praha: s.n, 2002. ISBN 80-238-8661-4.

Gravimetrie

Gravimetrie studuje zemské tíhového pole, sestavuje tíhové mapy, které zobrazují hustotní anormality v zemské kůře (Švancara). Obrázky níže znázorňují princip gravimetru a výslednou gravimetrickou mapu ČR. Fyzikální geodézie využívá získané hodnoty tíhového zrychlení především pro účely zjišťování a upřesňování tvaru Země, např pomocí elipsoidu, sféroidu, geoidu (Pospíšil), viz obrázek Popis geoidu (Švancara).

Výsledky gravimetrických měření jsou zatížené faktory způsobující změny ve čtení hodnot na gravimetru, tj. které které způsobují, že jsou v různých časových okamžicích naměřené odlišné hodnoty. Například tzv. slapový účinek, tj. změny ve čtení gravimetru vyvolané gravitačním účinkem Slunce a Měsíce. Další faktory, které je nutné při měření zvažovat, jsou následující účinky (resp. účinek) ⁶POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.:

• –   “ideálního zemského tělesa – sféroidu , resp. elipsoidu “, tj. hmotných objektů, které se nejvíce blíží tvaru Země,
• –   vyvolaný rotací Země (jehož velikost je přímo závislá na zeměpisné šířce analyzovaného tíhového bodu),
• –   související se změnou hodnoty tíhového zrychlení, v závislosti na nadmořské výšce,
• –   vertikálních složek přitažlivosti hmot topografických nerovností, nacházejících se v okolí každého měřičského stanoviště, na každý bod zemského povrchu.“

Pro eliminaci odchylek měření díky uvedeným účinkům se používají následující metody:  oprava o hodnotu tzv. normálního pole ( g_n ); redukce Fayova; redukce Bouguerova; redukce na nerovnosti topografického reliéfu -či topografická korekce; redukce izostatické .

Geomagnetika

Geomagnetika resp. magnetometrie studuje magnetické pole Země, umožňuje vyhledávat nerosty obsahující magnetické minerály. Výstupem geomagnetických měření jsou (podobně jako u gravimetrie) geomagnetické mapy. Obrázek níže popisuje princip protonového magnetometru⁷ ŠVANCARA, Jan, HAVÍŘ, Josef, VEJMĚLEK, lIBOR. Základy geofyziky. Studijní materiály předmětu PřF:G1101 Základy geofyziky. Brno: Informační systém Masarykovy univerzity 2009. Dostupné z: https://is.muni.cz/el/1431/podzim2011/G1101/9009799. Obrázek pod ním znázorňuje protonový magnetometr a další obrázek kapametr pro měření magnetické susceptibility χ_m (χ_m = M/H; kde M je magnetizace a H je intenzita magnetického pole).

Geoelektrika

Geoelektrika se zabývá jak měřením a analýzou stacionárního přirozeného elektrického pole Země, tak i široké škály uměle vyvolaných stacionárních elektrických a nestacionárních elektromagnetických polí ⁸POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.

V praxi se geoelektrické metody dělí na stejnosměrné metody, elektrochemické a elektromagnetické metody. Tj. hledání rozdílů hornin v jejich měrném odporu, permitivity, resp. elektrochemické aktivity.

Měrný odpor hornin je ovlivněn mnoha faktory, především: mineralogickým složením horniny, porózitou, stupněm nasycení horniny vodou, mineralizací kapaliny, která zaplňuje póry, strukturou a texturou horniny, stejně jako tlakem a teplotou. V aplikované geofyzice se měrný odpor hornin určuje jako odpor, který elektrickému proudu klade krychle o hran 1m a to ve směru kolmém na stěnu krychle ⁹POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.

Permitivita vyjadřuje v generelu schopnost zesilovat, nebo zeslabovat elektrické pole v důsledku polarizace – tj. dle uspořádané orientace vázaných elektrických náboj. V geoelektrické praxi byla zavedena jako bezrozměrná veličina. U různých hornin se mění od 2 až 3, do hodnot kolem 40. Minimální hodnoty bývají typické pro suché porézní horniny. Maximální hodnoty bývají indikovány u těchto hornin v případech, kdy jsou pln nasyceny vodou. Rozhodujícím faktorem, který určuje velikost permitivity je tedy především stupe nasycení horniny vodou ¹⁰POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.

Geoelektrické metody nalézají široké uplatnění v geologii, hydrogeologii, v geotechnice, ve stavebnictví, při průzkumu svahových deformací, při vyhledávání znečištění horninového prostředí a při realizaci následných sanačních metod, stejně jako v archeologické praxi, resp. i v mnoha jiných průmyslových ¹¹POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.

Seismický průzkum

Seismickým průzkumem (dále jen seismikou) se zabývá soubor metod, které na bázi studia uměle vyvolaných elastických (seismických) vln analyzuje zemskou kůru a výjimečně i svrchní plášť Země. Po průchodu svrchními částmi zemského tělesa se tyto vlny vracejí k povrchu a nesou informaci o prostředí, kterým prošly. Je to hlavní prospekční metoda na ropu a plyn ¹²ŠVANCARA, Jan, HAVÍŘ, Josef, VEJMĚLEK, lIBOR. Základy geofyziky. Studijní materiály předmětu PřF:G1101 Základy geofyziky. Brno: Informační systém Masarykovy univerzity 2009. Dostupné z: https://is.muni.cz/el/1431/podzim2011/G1101/9009799, ¹³ŠVANCARA, Jan. Seismika. Studijní materiály předmětu PřF:G1101 Základy geofyziky. Brno: Informační systém Masarykovy univerzity 2009. Dostupné z: https://is.muni.cz/el/1431/podzim2011/G1101/9009799.

Seismika se zabývá a řeší následující oblasti.

Typy seismických vln: podélné „P“ a příčné „S“ (pro speciální aplikace).

Zdroje seismické energie:

• – odpal trhaviny (zpravidla ve vrtu),
• – vibrátory,
• – kladivo, závaží, střela (mělká seismika),
• – seskupování kupování zdrojů vlnění (současné, postupná sumace).

Šíření seismických vln: seismické vlny se od svého zdroje šíří všemi směry a to rychlostí, která závisí na fyzikálních vlastnostech analyzovaného prostředí (homogenní, vrstevnaté) a na druhu seismické vlny.

Odraz a lom. Příčinou odrazu a lomu seismických vln na vrstevních rozhraních je především rozdílnost rychlostí a hustot v těchto vrstvách. Např. v případě, že předpokládáme existenci dvou homogenních prostředí, která jsou oddělena rovinným rozhraním a rychlosti šíření seismických vln jsou v nich v1 a v2, po dopadu podélné seismické vlny P na toto rozhraní (a na její úkor) vzniknou druhotné – sekundární vlny. Ve svrchním prostředí jsou to především vlny odražené (reflektované) a ve spodním prostředí vlny procházející – lomené (refragované)¹⁴ POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007..

Rušení. K povrchu mohou přicházet i jiné vlny, které ruší registraci užitečných vln (resp. užitečného signálu), tj. vlny rušivé, které je nutné při vyhodnocení filtrovat. Jedná se např. o ¹⁵POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.:

• –   přímou podélnou vlnu (která se šíří podél zemského povrchu a kdy jde obvykle o čelní vlnu, která se šíří podél povrchu skalního podkladu , v podloží tzv. zvětralé vrstvy),
• –   příčné (odražené a čelní) vlny,
• –   transformované vlny,
• –   násobné vlny (které vznikají zejména po dopadu podélných odražených vln na zemský povrch a odráží se zpět do hloubky, kde se znovu odráží a vrací se zpět k povrchu,
• –   vlny které vznikají v některých případech také po dopadu podélných odražených vln na některá rozhraní uvnitř analyzovaného prostředí, kdy se rovněž vrací zpět do hloubky a teprve následně se dostávají až na povrch),
• –   difragované vlny, které vznikají zejména při dopadu seismických vln na některé nespojitosti sledovaných rozhraní, nebo na jiné nehomogenity analyzovaného prostředí,
• –   mikroseismy, které bývají vyvolány např. působením deště na zemský povrch, nebo pohybem a činností různých dopravních prostředků apod.

Registrace a zpracování seismických záznamů. Registrace příchodu seismických vln (seismický kanál) je realizována v předem zvolených místech, prostřednictvím geofonu, tj. snímače na principu elektromagnetické indukce, provádí se zápis tzv. seismická stopa (trasa). Seskupováním geofonů dochází k potlačení rušivých povrchových vlivů. Výsledky jsou dále zpracovány především v počítači, zpracováním jsou časové řezy, migrace, hloubkové řezy.  Speciální metody zpracování v prospekci uhlovodíků jsou například: analýza amplitud, určování koeficientů odrazu, metoda AVO (Amplitude Versus Offset).

Seismologie

Seismologie se dle (Havíř) zaměřuje na problém generování, šíření a záznamů elastických vln v Zemi a dalších přirozených kosmických tělesech (tj. seismické jevy resp. události). Seismologie sleduje především přirozené seismické vlny vznikající při zemětřeseních, které většinou procházejí celým zemským tělesem. Seismologie studuje také přirozené seismické vlny, které vznikají při zemětřeseních. Tyto vlny nesou informace o elastických vlastnostech celé Země.

Dále zahrnuje také například speciální metody k monitorování jaderných výbuchů (odlišení od zemětřesení a velkých odpalů v lomech). Seismologie je z hlediska bezpečnostních oborů jednou z nejdůležitějších oblastí geofyziky, jelikož seismické události bývají spouštěčem (resp. příčinou) řady technologických havárií a různých kaskádových efektů, způsobující ztráty na veřejných aktivech (životy a zdraví lidí, jejich majetek, tj. ztráty v lidském systému, ztráty v technologickém systému nebo ztráty v životním prostředí apod.).

Hlavním předmětem seismologie jsou zemětřesení – proces, při kterém dochází ke generování krátkoperiodických elastických vln. Studium zdrojů přirozených zemětřesení a šíření seismického signálu zemským tělesem přináší zásadní poznatky o stavbě Země a upřesňuje znalosti o charakteru tektonických procesů (Havíř). 

Seismické události, které registrujeme v současné době, dělíme na zemětřesení přirozená, zemětřesení indukovaná lidskou činností, umělé exploze a vibrace přirozeného nebo umělého původu (vznikají jako důsledek technologických procesů i přírodních jevů; pády meteoritů, letadel, bomb apod.) ¹⁶PROCHÁZKOVÁ, Dana. Seismické inženýrství na prahu třetího tisíciletí. [Praha: s.n, 2002. ISBN 80-238-8661-4..

Zemětřesení je fyzikální jev, který se projevuje krátkodobými rychlými pohyby zemského povrchu. Tyto pohyby trvají několik sekund až několik desítek sekund. Vyvolávají  je seismické vlny, které se šíří z ohniska zemětřesení zemským tělesem. V případě velmi silných zemětřesení se šíří seismické vlny zemským tělesem i několik hodin (mluvíme o tzv. vlastních kmitech Země). Příčinou 90% (přirozených) zemětřesení je uvolnění kumulovaných tektonických napětí v zemské kůře a ve svrchním plášti až do hloubky cca 750 km, které vzniká v důsledku stále probíhajících  endogenních  procesů  v zemském  tělese. Tato zemětřesení  (tzv.  tektonická)  se  vyskytují ve třech pásmech,  jež jsou na rozhraní desek tvořících litosféru Země. Asi 7% zemětřesení je spojeno se sopečnou činností a 3% s řícením skalních masívů (tzv. řítivá zemětřesení) ¹⁷PROCHÁZKOVÁ, Dana. Seismické inženýrství na prahu třetího tisíciletí. [Praha: s.n, 2002. ISBN 80-238-8661-4..

Zemětřesení je produktem procesů v zemské kůře a ve svrchním plášti, které se odehrávají v současné geologické epoše v jistých oblastech a jsou pokračováním dějů minulých. Vzniká náhlým uvolněním mechanické energie. Jako zlomový proces se začíná rozvíjet v bodě, který nazýváme hypocentrum. Svislý průmět hypocentra na zemský povrch se nazývá epicentrum.

Ohnisko či oblast ohniska (ohnisková oblast) je oblast, ve které v průběhu zemětřesení dochází k nevratným deformacím. Vně ohniska se zemětřesení projevuje převážně jen seismickými vlnami (tj. kmity, které se šíří zemským tělesem). Každé zemětřesení je třeba charakterizovat geografickými souřadnicemi epicentra, hloubkou ohniska, časem vzniku, velikostí, orientací systému sil působících v ohnisku, převládajícím silovým multipólem, poklesem napětí v důsledku porušení, velikostí nevratné deformace ohniska a jejím časovým průběhem, tvarem a velikostí porušené oblasti i prostorovým rozložením makroseismických projevů zemětřesení ¹⁸PROCHÁZKOVÁ, Dana. Seismické inženýrství na prahu třetího tisíciletí. [Praha: s.n, 2002. ISBN 80-238-8661-4..

Velikost zemětřesení klasifikujeme pomocí seismické energie [J], intenzity zemětřesení [MSK-64] (dvanáctistupňová stupnice), magnituda [bez rozměru] (veličina určená pomocí logaritmu poměru maximální amplitudy a periody seismických vln s uvážením epicentrální vzdálenosti a hloubky ohniska; dosahuje maximálně hodnoty 9 – novináři používají název „Richterova stupnice“), posunutí [m], rychlosti [m.s-1] či zrychlení pohybu podloží [m.s-2], poklesu napjatosti v ohnisku zemětřesení [MPa] a seismického momentu [N.m].

Je si třeba uvědomit, že lze srovnávat jen hodnoty odpovídajících veličin, např. magnituda z P vln, z S vln (viz obrázky 20 a 21) a z povrchových vln se zpravidla liší, podobně je to u hodnot magnitud lokálních a regionálních a u hodnot magnitud vypočtených z intenzity (magnitudo spočtené z intenzity zemětřesení se v Českém masívu určuje pomocí vzorce M= 0.63 I0 + 0.5) ¹⁹PROCHÁZKOVÁ, Dana. Seismické inženýrství na prahu třetího tisíciletí. [Praha: s.n, 2002. ISBN 80-238-8661-4..

Většina zemětřesení se pohybuje podél litosférických desek jak je znázorněno na obrázku.

Zemětřesení vzdálená od okrajů litosférických desek se často vyskytují podél zlomů. Zlom je porucha nebo pásmo poruch, podél níž došlo k posunu bloků.

Důležitým prostředkem ke snížení ztrát způsobených zemětřeseními by pochopitelně byla jejich předpověď. V současné době je možná jen dlouhodobá předpověď, tj. určení seismického ohrožení dané lokality, kterou používá seismické inženýrství ²⁰PROCHÁZKOVÁ, Dana. Seismické inženýrství na prahu třetího tisíciletí. [Praha: s.n, 2002. ISBN 80-238-8661-4.. Na základě míry ohrožení je nutné zavádět patřičná opatření pro snížení dopadů zemětřesní, tj. dle (Procházková): technická, organizační, právní, výchovná.

Rádionuklidové metody

Radionuklidové metody jsou založeny studiu přirozené respektive uměle vzbuzené radioaktivity hornin. Radiometrické metody využívají přirozenou radioaktivitu hornin při vyhledávacím průzkumu a při geologickém mapování (Švancara).

Kartorážní metody

Kartorážní metody jsou založené na geofyzikálních měřeních ve vrtech zacílené na stanovení fyzikálních vlastností hornin zastižených vrtem (Švancara).

Základní podmínkou pro realizaci karotážních mření je existence vrtu, který při aplikaci jednotlivých geofyzikálních karotážních metod umožňuje dostávat se přímo do kontaktu s horninami, jejichž fyzikální parametry by se měly měřit a tím získávat informace o jejich fyzikálních vlastnostech v přirozeném prostředí. Tj. získávat fyzikální parametry, které jsou velice důležité nejenom pro reálnou interpretaci prováděných povrchových geofyzikálních měření.

Jelikož již vrt sám o sobě představuje umělý zásah do přirozených podmínek horninového prostředí, a i v rámci důsledků samotného vrtního procesu se často v jeho bezprostředním okolí liší fyzikální vlastnosti prostředí a podmínky od ideálních , je nutné si uvědomit, že i když je vrt na jedné stran nutnou podmínkou pro realizaci karotážních měření, že na druhé stran je faktorem, který poněkud ztěžuje proces získání reálných fyzikálních vlastností horninového prostředí, kterým prochází a to tím více, čím je jeho průměr větší (Pospíšil ²¹POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.).

Kartorážní metody – Elektrická metoda

Elektrické metody lze rozdělit na měření přirozených a uměle vyvolaných elektrických polí. V případě měření přirozených elektrických polích se jedná o měření vlastních, tj. ve vrtu samovolně vznikajících potenciálů ( SP ) a elektrodových potenciál ( EP ). (Pospíšil ²²POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.)

Metoda vlastních potenciál – ( SP ). Za příčinu vzniku vlastních potenciál jsou považovány difúzně-adsorpční procesy (kterým odpovídají difúzněadsorpční potenciály), filtrační procesy (kterým odpovídají filtrační potenciály) a oxidačně redukční procesy (kterým odpovídají oxidačně redukční potenciály). V těchto případech se při měření spouští do vrtu jedna měřící elektroda ( M ) a přes registrační zařízení se indikuje její potenciál vzhledem k elektrod ( N ), která je umístěna na povrchu. Křivky vlastních potenciál získané v sedimentárním horninovém prostředí pak především umožňují (Pospíšil ²³POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.):

• –   příčné (odražené a čelní) vlny,
• –   transformované vlny,
• –   rozčlenit vrtný profil na polohy převážn písčité a převážně jílovité,
• –   vyčlenit v profilu vrtu propustné – porézní horniny,
• –   a vypočítat měrný odpor podzemní vody ρ ω pro statickou anomálii SP (tj. SSP).

Analýza bývá zaměřena i na stanovení měrného odporu hornin, resp. i koeficientu polarizovatelnosti hornin η ( kdy koeficient η je definován jako poměr potenciálů vyzvané polarizace k potenciálu, který je měřen při procházejícím proudu).

Metoda elektrodových potenciál – ( EP ). Využívá se k identifikaci vodivých minerál , které se vyskytují ve stěně vrtu a vyznačují se elektronovou vodivostí [jako např. sulfidy (mimo sfaleritu) a oxidy (např. magnetit, grafit i antracit). V případě, kdy se takové materiály nachází v elektrolytu společně s kovem, jehož vlastní potenciál je dostatečně záporný (jako např. Fe nebo Zn ), vznikne galvanický lánek, kdy katodou je elektroda a anodou některý z diskutovaných sirníků. V důsledku toho lze mezi nimi naměřit významný potenciální rozdíl – tzv. elektrodový potenciál (Pospíšil ²⁴POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.).

Měření uměle vyvolaných elektrických polí: (Pospíšil ²⁵POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.)

–   proudová karotáž – při měření je využíván rozdíl ve vodivosti hornin, nebo zatím-co např. měrný odpor rudních minerál (např. u sulfidů) činí řádově 10^-4 až 10^-2 Ωm, hodnota měrného odporu u běžných horninotvorných minerálu se pohybuje kolem 10³ až 10³ Ωm,

–   odporová karotáž – při měření se v podstat využívá změna měrného odporu hornin podél vrtního profilu. Metoda je v generelu založena na stejném principu, jako odporová metoda při povrchovém geofyzikálním průzkumu,

–   indukční karotáž – měření elektrické vodivosti hornin,

–   mikrokarotáž – jsou zaměřeny na zjišťování vlastností hornin v bezprostřední blízkosti stěny vrtu; mikrokarotážní metody jsou aplikovány také v rámci vrtního průzkumu v oblastech uhelných pánví, zejména p i analýze stavby uhelních slojí,

–   metoda vyzvané polarizace – v rámci aplikace této metody se využívá proces, který vzniká v případě, kdy do analyzovaného prostředí nejdříve zavádíme stejnosměrný proud a následně jej vypneme. Vzhledem k tomu, že většina hornin má schopnost se procházejícím proudem polarizovat, a je schopna si po určitý čas si tuto polarizaci podržet, je možné v určitém okamžiku po vypnutí proudu indikovat zbytkového elektrického pole, které je označováno jako pole vyzvaných potenciálů.

Kartorážní metody – Akustická metoda

Aplikace této metody umožňuje spojitě měřit rychlost šíření elastických vln v horninách, které byly vrtem zastiženy. U všech karotážních sond, které jsou k tomuto účelu používány, je v podstatě využíván stejný princip. Každá z nich obsahuje minimálně jeden vysílač akustických, nebo ultrazvukových vln (o frekvencích od 10 do 40 kHz), stejně jako minimálně jeden přijímač. Energie je vysílána piezoelektrickým, nebo magnetostrikčním zdrojem ve formě impulsů (cca 10 až 30 imp/s) přes výplach do stěny vrtu. Přijímač, který je umístěn v určité vzdálenosti od vysílače (a je od něj oddělen zvukovým izolátorem) indikuje čas příchodu jednotlivých impulsů.

Registrační panel je konstruován tak, že může plynule registrovat čas příchodu t, tj. rychlost šíření elastických vln, dále relativní změnu v amplitud zachyceného impulsu, resp. v některých případech konstrukce panelu umožňuje pozorovat na oscilografu i celý vlnový obraz (Pospíšil ²⁶POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.).

Kartorážní metody – Jaderná metoda

Tyto metody jsou značně rozšířeny především proto, že jsou schopné poskytovat:

• –   spojitou dokumentaci o fyzikálních vlastnostech hornin,
• –   údaje o látkovém složení hornin a kapalin, které vyplňují póry,
• –   údaje o technickém stavu vrtu a o různých komplikacích, které mohou nastat ve vrtu, v průběhu vrtního procesu.

Metody jsou založeny na stejných teoretických základech, jako povrchové metody jaderné geofyziky. V generelu se jedná o metody, které jsou zaměřeny buď na registraci přirozeného radioaktivního záření hornin, tj. jedná se o tzv. pasivní metody (gama karotáž a spektrální gamakarotáž), nebo o metody, které využívají umělé zdroje, tj. o tzv. aktivační metody, které využívají umělé zdroje gama záření, např.:

• –   Gama-gama karotáž (hustotní a selektivní),
• –   Neutron – neutron karotáž,
• –   Neutron – gama karotáž.

Základním přístrojem, který je při jaderné karotáži používán je karotážní radiometr, který umožňuje detekovat záření gama, nebo hustotu neutron. Zařízení tohoto druhu sestávají z hlubinné sondy a z povrchového panelu. Obě jednotky jsou spojeny karotážním kabelem.

Metoda bývá výhodně aplikována především v rámci rudní prospekce a v oblastech s výskytem slojí hodnotného černého uhlí (Pospíšil ²⁷POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.).

Kartorážní metody – Měření fyzikálních vlastností kapalin

Do této skupiny metod bývají kromě termometrie ( TM ), rezistivimetrie ( RM ) a fotometrie ( FM ), řazeny i metody, které se zabývají bodovým nebo plynulým měřením vertikálních rychlostí kapalin ve vrtu, průběžným měřením hustoty kapalin, a v těžebních vrtech také podílu ropa – voda.

Termometrie – měření teploty kapaliny, která se ve vrtu pohybuje (zjištění geotermického gradientu a jeho změny např v závislosti na litologii hornin; kontrola provedených těsnících prací ve vrtu).

Rezistivimetrie – měří elektrický odpor kapaliny ve vrtu; používá se ke stanoveni měrného odporu hornin, i ke stanovení měrného odporu filtrátu výplachu. V průzkumných vrtech na ropu se uplatňuje v rámci vrtného procesu např. i na identifikaci míst, v nichž došlo k porušení některé z pažnicových kolon.

Fotometrie – se uplatňuje jak v rámci průzkumných pracích hydrogeologického charakteru, tak i při realizaci vrtních prací v rámci průzkumné činnosti na naftu a plyn. Při realizaci průzkumných pracích hydrogeologického charakteru, umožňuje získávat např. informace o tom, do jaké míry byl v závěrečné fázi řešení hydrogeologické problematiky (např. při vyhledávání vhodných vodních zdrojů) vrt vyčištěn od jílového výplachu, resp. od jiných kalových příměsí, stejně jako za účelem stanovení vertikální rychlosti pohybu kapaliny ve vrtu, ať se již jedná o uměle vyvolaný, nebo přirozený pohyb kapaliny (Pospíšil ²⁸POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.).

Kartorážní metody – Metody zjišťující technický stav vrtu

Mezi metody zjišťující technický stav vrtu dle [13] patří uvedené fyzikální vlastnosti kapalin (viz předchozí odstavce) nebo geometrická parametr vrtu: v rámci této činnosti bývá nejčastěji aplikována kavernometrie ( KM ), profilometrie , inklinometrie ( TIM ) a stratametrie ( SM ).

Kavernometrie a profilometrie náleží mezi metody, které jsou používány na zjišťování skutečného průměru vrtu a formy jeho řezu v rovin kolmé na osu vrtu.

Inklinometrie je používána na měření odklonu vrtu od svislice a na měření směru tohoto odklonu (Pospíšil ²⁹POSPÍŠIL, Lubomil. Geofyzika a geodynamika. Modul #1, Studijní opory pro studijní programy s kombinovanou formou studia. Brno: VUT v Brně Fakulta stavební 2007.).

Seismologie v médiích