(H).
(5.16)
Veličina H(ť), t j. vektor výsledného magnetického pole, j e vektorovým součtem vektoru primárního magnetického pole Hv{t) a vektoru sekundárního magnetického ,pole Ih(t). Vektory Hv(ť) a JZS(Í) mají různou orientaci a jsou vzájemně fázově posunuty. Lze dokázat, že výsledné magnetické pole je elipticky polarizováno, tj. vektor H{t) opíše během jedné periody elipsu.
Předpokládejme, že vektor #p(r) je horizontální a leží v ose x, vektor Hs(t) svírá s osou x úhel a,. Úhel mezi velkou poloosou elipsy polarizace a osou x označme ů. Za předpokladu, že sekundární pole je podstatně menší než pole primární, je úhel ů velmi malý. Pak můžeme přibližně psát:
H& sin a. cos ky, fázově posunutého o 90°. Pomocí inklinoměru cejchovaného v % primárního pole odečítáme reálnou část anomálie Re poměr minimalizovatélio sigr.álu v obou cívkách udává poměr poloos elipsy pola-
Obr. 38. Terénní měření metodou VDV (foto R. Duda)
94
mace hja, resp. v % imaginární Část anomálie Im H\. Výsledky měření metodou VDV se velmi často zobrazují ve formě gradientu reálné Části anomálie podle vztahu
Gr (Re H*) = Re H*a - Re iř*,. Křivky Gr (Re#s) svými maximy lokalizují vodivá tělesa. Na obr. 39 je příklad Z lokality Zlaté Hory—Osikový vrch v Jeseníkách; pro porovnání jsou uvedeny i, výsledky měření metodou SLINGRAM. Vidíme, že korelace maxim Re metody SLINGRAM a maxim gradientů Re B\ metody VDV je velmi dobrá.
Obr. 39. Porovnání výsledků metody SLINGRAM a VDV z lokality Zlaté Hory — Osikový vrch
Měření aparaturou EDA či EM-16 je nenáročné, přístroj je přenosný, k jeho obsluze postačuje jeden pracovník. Tím lze vysvětlit rychlé proniknutí metody VDV do praxe a její značné rozšíření/ V posledních letech se metodou VDV měří i elektrická složka pole. Aparaturou ERA n. p. Geofyzika Brno nebo EM-16 R firmy Geonics je z podílu a fázového rozdílu horizontální elektrické složky a horizontální magnetické složky pole (vzájemně kolmých) VDV určován zdánlivý měrný odpor hornin.
5.8 Elektromagnetické metody s velkým hloubkovým dosahem
Z teorie elektromagnetického pole je znám jev zvaný skinefekt, způsobující nerovnoměrné rozložení elektromagnetického pole ve vodivém poloprostoru (např. v prostředí pod zemským povrchem). Cím vyšší (nižší) je frekvence zdroje pole umístěného na zemském povrchu, tím menší (větší) je hloubka, do níž proniká elektromagnetické pole. Měříme-li výsledné pole nad horizontálně zvrstveným prostředím, pak v závislosti na frekvenci dostáváme informaci o odporových poměrech v různých hloubkách.
Metoda frekvenční sondáže {FS) je založena na studiu harmonického elektromagnetického pole buzeného neuzemněnou smyčkou (magnetickým dipólem) nebo uzemněným (elektrickým) dipólem. Měří se vertikální složka magnetického, resp. horizontální složka elektrického výsledného pole. Podobně jako u metody VES je i u metody ES výsledkem měření zdánlivý mgrný odpor
í> k^-, ■ (5-18)
kde Ač7 je napětí, indukované v měřicí cívce nebo napětí mezi měřicím! elektrodami MN, I je proud v neuzemněnó smyčce nebo v elektrickém dipólu.^ Výpočetní konstanta k závisí na typu zdroje a na celkovém uspořádání měření. Výsledky měření metodou FS jsou vyhodnocovány podobně jako v metodě VES: na biloga-ritmickém papíře je na jednu osu vynášen zdánlivý měrný odpor qm, na druhou ]/T = (/ je frekvence primárního pole).
95
Metody přechodové (někdy. nazývané metody stabilizace pole) studují přechodové elektromagnetické pole vznikající po náhlých změnách proudu ve zdroji poje (např. vypnutí nebo zapnutí). Toto pole trvá přechodnou dobu a s časem vyznívá podle exponenciály. Výsledky získané metodami přechodového a harmo-' nického pole se shodnými měřícími a generujícími systémy jsou vzájemně matematicky převoditelné a přinášejí stejnou informaci o odporových poměrech prostředí.
I když přechodové metody mohou být využity při studiu horizontálně zvrstveného prostředí, jsou v posledních letech modifikovány pro potřeby rudní prospekce, zejména k vyhledávání hlouběji uložených (200 až 300 m) vysoce vodivých rudních těles. Tak například v SSSR se pro přechodovou metodu vyrábějí aparatury IMPULS-C a MPP-4. V obou případech je pole buzeno neuzemněnou smyčkou pravoúhlými proudovými impulsy. U aparatury IMPULS-C se přechodové pole měří smyčkou nebo cívkou v časovém úseku 0,01 až 80 ms, což umožňulje jednak vyhledávání rud s vysokou (elektronovou) vodivostí, jednak mapováfnf hornin s nižší (iontovou) vodivostí. Aparatura je číslicová, s vestavěným řídicím programem a plně automatizovaným zpracováním výsledků. Aparatura MPpS-4 má klasickou koncepci, přechodové pole se měří také smyčkou nebo cívkou v rok-mezí (1 až 48) ms, výstup j é analogový. Aparatura j é určena k vyhledávání vysoíe vodivých rud. Aparatura EM-37 kanadské firmy Geonics měří přechodový jeV v časovém rozpětí 0.Q5 až 80 ms, je plně automatizovaná, má číslicový výstup!
Pro studium odporových poměrů ve velkých hloubkách (až stovky km)\ mají nej větší význam magnetoteluriché metody {MT), jimiž se měří přirozené elektromagnetické pole Země. Toto pole se skládá z polí různého původu (převážně důsledek působení Slunce na ionosféru), frekvence (perioda od zlomků sekundy až po dny, měsíce) je časově proměnná co do velikosti a směru. V MT metodách je pole Země číslicově registrováno a podrobeno Fourierově harmonické analýze.
V MT metodách je zdánlivý měrný odpor nejčastěji Určován z impedance Z, tj. z poměru vzájemně kolmé horizontální elektrické a magnetické složky pole. Nad homogenním poloprostorem je impedance úměrná odmocnině měrného odporu:
= \zv\ = \-fr = W (5-19)
\Z*\ =
Z rovnice (5.19) snadno určíme zdánlivý měrný odpor qt nehomogenního poloprostoru (Gagniardův—Tichonovův vztah):
Při mt sondování vynášíme zdánlivý měrný odpor qt na bilogaritmickém papír© v závislosti na odmocnině z periody ]/t. Teoretické křivky MT sondování jsou podobné křivkám FS, podobný je i interpretační postup. Pokud není k dispozici průběh elektrické složky pole, je možné (ve středních zeměpisných šířkách) určovat zdánlivý měrný odpor z podílu magnetických sloíek pole \ HzjHz\.
Magnetotelurická metoda je realizována i v modifikaci MT profilování. V aparatuře jsou vestavěny filtry umožňující určení impedance, resp. zdánlivého měrného odporu qt pro několik (5 až 10) vhodně volených frekvencí. V závislosti na frekvencích se mění hloubkový dosah a oblast použití aparatury.
Speciální modifikací MT profilování je metoda AFMAQ, jíž se studuje přirozené elektromagnetické pole Zeme o frekvenci kolem 100 Hz (hlavním zdrojem jsou atmosférické výboje - blesky). Systém měření je podobný jako v metodě VDV.
96
5.9 Geoelektrické metody v geologii
Při studiu hlubinné stavby zemského tSlesa, nalézá uplatnení MT metoda. Vzhledem k velkému hloubkovému dosahu tato metoda umožňuje vymezení zón s vysokou vodivostí ve svrchním plášti, které se korelují se zónami se zvýšenou teplotou MT metoda, v kombinaci s hlubinnou seismickou sondáží, se také uplatní e při studiu zemské kůry a hlubinně stavby pásemných pohoří alpsko-hmiá-
lajského ^"-^.^ motody poskytují cenné informace při geologickém mapování různých měřítek. V sedimentárních oblastech lze odporovými a MT metodami členit sedimentární souvrství podle odporu a sledovat reliéf krystalinika pod sedimenty. V terénech se Btrmě upadajícími geologickými vrstvami můžeme odporovými a EM metodami mapovat kontakty hornin s odlišným měrným odporem a sledovat tektonické linie. „mi v
Při vyhledávání Misek ropy a plynu jsou metodami VES a Mi lokalizovaný antíklinální struktury, v nichž dochází k akumulaci ropy a plynu. Ve výjimečných případech, při malých hloubkách a velkých mocnostech ložisek, mohou byt ropa a plyn lokalizovány geoelektrickými metodami přímo. Sedimentární vrstvy nasycené ropou a plynem totiž mají proti svému okolí vyšší měrný odpor (až lOkrát) a polarizovatelnost (až 3krát). Metoda VES se ve velkém rozsahu uplatňuje i při výzkumu uhelných pánví, neboť poskytuje údaje o strukturně tektonických
pomBreoh^ ^ uplatnění nalézají geoelektrické metody v rudní prospekci. Mnohé rudní minerály, zejména sulfidy, mají vysokou vodivost a polarizovatelnost, takže mohou být zdrojem anomálií vodivosti, přechodových polí, zdrojem elektrochemických polí. Při vyhledávání rudních ložisek se nejčastěji používají metody odporové a EM profilování, metody spontánní polarizace, vyzvané polarizace a přechodového jevu. Příklad geofyzikálního měření nad Pb-Zn zrudněním je na obr. 40.
(%' , ».0 1
SP
0 100 200 300 400 500 m Obr, 40. Komplexní profil nad Pb-Zn - zrudněním
97
f Možnosti geoelektrickýoh 'metod, zejména odporových, s menším hloubkovým dosahem, se využívají v inženýrské geologii a hydrogeologii. Měrný odpor hornin obvykle klesá s růstem pórovitosti a tektonického porušení, jejichž sledování je důležité v inženýrské geologii. V hydrogeologii geoelektrické metody slouží ke sledováni strukturně tektonických poměrů v sedimentárních pánvích a ke sledovaní zvodnělých tektonických linií v krystaliniku.
Použití jednotlivých geoelektrickýoh metod je heslovitě naznačeno v tab. 12.
98