1. MOŽNOSTI VYUŽITIA MAGNETOTELURIKY PRI GEOLOGICKOM PRIESKUME

2. CSAMT
Úvod k metóde
Metóda CSAMT sa zaraďuje v medzi geofyzikálne geoelektrické metódy. Jej využitie predpokladá odporový kontrast v horninovom prostredí. Metóda mapuje vodivostné pomery v širokom hĺbkovom rozsahu.
Metóda CSAMT patrí medzi magnetotelurické metódy, čo sú metódy zaraďované k frekvenčným metódam ( frequency domain ), kde hĺbka dosahu metódy je určovaná použitou frekvenciou elektromagnetického signálu.
Magnetotelurické metódy (MT, AMT) s prirodzeným zdrojom využívajú prirodzené variácie elektromagnetického poľa zeme v širokom frekvenčnom rozsahu. Široký frekvenčný rozsah umožňuje dosahovať veľkú hĺbku penetrácie.
Magnetotelurický signál je generovaný aj búrkami a solárnym vetrom v ionosfére. Jeho intenzita sa mení v čase.

3. CSAMT
Úvod k metóde
Magnetotelurické signál podľa frekvencií môžeme rozdeliť na:
Magnetotelurické pole (MT) f<1Hz
Audiomagnetotelurické pole (AMT) f = Hz
Radiomagnetotelurické pole (RMT) f = Hz
CSAMT používa umelý zdroj elektromagnetického signálu, uzemnený dipól alebo horizontálnu slučku.
Zdroj poskytuje stabilný, nezávislý signál. Využívaný signál je v rozsahu AMT (1Hz – 8192Hz).
Efektívna hĺbka použitia metódy je do 1.5 km (maximálne 2km).
Význam metódy za posledné roky stúpa pre jej vysokokvalitné údaje, dobré rozlíšenie, finančnú nenáročnosť a relatívne jednoduchú interpretáciu.

4. Receiver sa pohybuje po meracích bodoch.
CSAMT
Popis metódy
Metóda CSAMT vyžaduje transmisiu kontrolovaného elektromagnetic-kého signálu vhodných frekvencií na strane vysielača (transmitter) a meranie elektrického a magnetického poľa v meranej ploche na strane prijímača (receiver).
Transmitter je statický, počas jednej etapy merania zostáva na tom istom mieste.
Receiver sa pohybuje po meracích bodoch.

5. CSAMT
Popis metódy
Spracovanie CSAMT signálu vychádza z metodiky spracovania MT poľa, kde máme zdroj prakticky v nekonečne oproti meranému tenzoru.
V prípade CSAMT je zdroj v konečnej vzdialenosti.
Aby meranie nebolo ovplyvnené zdrojom, zdroj musí byť v dostatočnej vzdialenosti od prijímacej časti.
Vzdialenosť zdroja od prijímača môžeme zaradiť do 3 kategórií:
Blízka zóna (near field)
Prechodná zóna (transition field)
Vzdialená zóna (far field)
Našou snahou je dosiahnuť to, aby sa prijímač nachádzal vo „vzdialenej zóne“, čím je zabezpečená ortogonalita CSAMT merania.
Interpretačné postupy sú spracované len pre far zónu. V poslednom čase sú publikované matematické postupy pre interpretáciu v near zóne. V tomto prípade sa musí brať do úvahy i orientácia vysielača a vysielané prúdy. Postupy interpretácie sú však zatiaľ len v teoretickom štádiu a nie sú integrované v spracovateľských software.

6. CSAMT
Popis metódy
Ideálna vzdialenosť medzi vysielačom a prijímačom musí byť minimálne 4 x skin depth.
Skin depth d=503* ρ/𝑓
d - skin depth
ρ – odpor
𝑓 – frekvencia signálu
Minimálna vzdialenosť medzi prijímačom a vysielačom 4d = 2012 * ρ/𝑓
Minimálna vzdialenosť závisí od frekvencií ako aj od odporu horninového prostredia
Maximálna vzdialenosť je daná utlmením signálu hlavne vyšších frekvencií
Meranie môžu byť vykonávané v rozsahu 0.1 Hz do 10 kHz.
Najčastejšie používané frekvencie sú 1Hz, 2 HZ, 4Hz, 8Hz, 16Hz, 32Hz, 64Hz, 128Hz, 256Hz, 512Hz, 1024Hz, 2048Hz, 4096Hz, 8192Hz.

7. CSAMT
Popis metódy
Na strane transmittera používame miesto uzemneného dipólu uzemnený tripól. To nám umožňuje ľubovolne rotovať prúdový vektor podľa potreby bez nutnosti meniť polohu uzemnenia elektród. Dĺžka každej vetvy tripólu je od 500 do 1000m. Maximálny prúd vysielacej zostavy je 40A.

8. CSAMT
Popis metódy
Na strane receivera magnitúda a fáza môžu byť merané od 2 do 5 elektrických a magnetických komponentov Ex , Ey, Hx, Hy, Hz.
Ex, Ey sú navzájom kolmé elektrické dipóly. Hx, Hy, Hz sú magnetické komponenty.
Veľkosť meracieho elektrického dipólu je od 25 do 50m.

9. CSAMT
Popis metódy
Pomer elektrickej a magnetickej zložky ( kolmých na seba) ako aj rozdiel ich fáz sú charakteristické pre elektrické vlastnosti hornín:
Z = E/H
Z- impedancia je definovaná ako pomer kolmých zložiek elektrického a magnetického poľa
Zdanlivý odpor pre magnetotellurické meranie vo vzdialenej zóne popisuje Cagniardov vzorec:
Ρz = 1 ωμ *| 𝐸𝑥 Hy |2 (Ohmm)
rz– zdanlivý odpor
𝜔−𝑢ℎ𝑙𝑜𝑣á 𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
𝜇−𝑚𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑘á 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎
f −𝑓𝑟𝑒𝑘𝑣𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
Φ – fázový posun
Ρz = 1 5𝑓 *| 𝐸𝑥 Hy |2 (Ohmm)
Fázový posun – je posun medzi navzájom kolmými zložkami elektrického a magnetického poľa
Φ = Φ Ex - Φ Hy

10. Hĺbka prieskumu je približne rovná ( v prípade far field)
CSAMT
Popis metódy
Hĺbka informácie je nepriamo úmerná použitej frekvencii. Vyššie frekvencie poskytujú informácie z malých hĺbok. Nižšie frekvencie z veľkých hĺbok.
Hĺbka prieskumu je približne rovná ( v prípade far field)
h = 356* /f
Vidíme, že dosiahnutá hĺbka prieskumu záleží od dvoch parametrov, odporu hornín a použitej frekvencie.
S klesajúcim odporom a stúpajúcou frekvenciou je hĺbka prieskumu plytšia. So stúpajúcim odporom a klesajúcou frekvenciou je hĺbka prieskumu väčšia. Zmenou frekvencie signálu získame krivku vertikálnej sondáže.

11. CSAMT
Popis metódy
Efektívna dosiahnutá hĺbka

12. CSAMT
Popis metódy
Vertikálne rozlíšenie podpovrchových komplexov závisí od plošnej veľkosti, hrúbky, hĺbky a odporového kontrastu hornín. Rozlíšenie vodivých polôh je ľahšie ako rozlíšenie vyššie odporových komplexov.
Veľmi zjednodušené pravidlo hovorí, že vodivé horizonty budú zaregistrované vtedy, ak pomer hrúbky k hĺbke bude väčší ako 0.2x druhá odmocnina pomeru odporu vrstvy k odporu pozadia.
Vrstva z vyšším odporom ako pozadie bude registrovaná, ak pomer hrúbky vrstvy k priemernej hĺbke bude väčší ako 0.2, pri odporovom kontraste 10:1, alebo viac.
Hrubé pochované vrstvy sú pomerne ľahko identifikovateľné.
Horizontálne rozlíšenie záleží hlavne od veľkosti elektrického dipólu. Všeobecné pravidlo je, že horizontálne rozlíšenie pre TM mód je približne rovné veľkosti dipólu. Menšie objekty môžu byť detekované, ale rozlíšenie ich pozície je stále závislé od veľkosti dipólu.

13. Možnosti a obmedzenia metódy
CSAMT
Možnosti a obmedzenia metódy
Výhodou metódy je veľký hĺbkový dosah – bežne 1.5 km, v optimálnych prípadoch i 2 km.
Okrem CSAMT je možné merať i klasickú magnetoteluriku s hĺbkovým dosahom v kilometroch.
Nevýhodou je zvýšená logistická náročnosť je pri budovaní zdroja.
Z logistického hľadiska metóda vyžaduje pri vysielači najmenej 5 osôb ( 3 na stráženie elektród), pri prijímači 3 osoby.
Pri väčšom objeme prác je s jedným sýtiacim zdrojom možno nezávisle použiť viac prijímačov, čím sa zvýši efektivita prác.
Pri kroku do 50 m je možno efektivitu zvýšiť i pridaním 2 rozširujúcich boxov, ktoré zabezpečia meranie elektrickej zložky signálu.

14. Možnosti a obmedzenia metódy
CSAMT
Možnosti a obmedzenia metódy
Obmedzenie je aj v minimálnej hĺbke dosahu metódy. Bežný limit merania je okolo 10 metrov v závislosti na odpore pripovrchových vrstiev.
Pri plytkých cieľoch sú výhodnejšie iné elektrické a elektromagnetické metódy.
Obmedzenie je dané i tým, že merania musia byť vykonané vo vzdialenej zóne, ktorú sa nemusí podariť dosiahnuť vzhľadom na urbanistickú situáciu ap.
SKIN DEPTH

15. Možnosti a obmedzenia metódy
CSAMT
Možnosti a obmedzenia metódy
Maximálna vzdialenosť vysielača od prijímača je daná utlmením elektromagnetického signálu.
rmax = ( 𝐼 𝐿  sin Φ 𝑃𝐼 𝐸𝑚𝑖𝑛 )1/3
rmax − maximálna vzdialenosť vysielač- prijímač
I −𝑣𝑦𝑠𝑖𝑒𝑙𝑎𝑐í 𝑝𝑟ú𝑑
𝐿 −𝑣𝑒ľ𝑘𝑜𝑠ť 𝑝𝑟ú𝑑𝑜𝑣éℎ𝑜 𝑑𝑖𝑝ó𝑙𝑢
Φ − 𝑢ℎ𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑧𝑖 𝑣𝑦𝑠𝑖𝑒𝑙𝑎č𝑜𝑚 𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑗í𝑚𝑎č𝑜𝑚
Emin – minimálne detekovateľné elektrické pole

16. Možnosti a obmedzenia metódy Cenové porovnanie metódy CSAMT s VES
Kategória VES
Hlbkový dosah
Cena za 1 sondu VES
Orientačná cena CSAMT
geoel.ves.AB pulz.sondy
500 € €
geoel.ves.AB pulz.TER.3
750 € €
geoel.ves.AB pulz.TER.3
1000 € €
geoel.ves.AB pulz.TER.3
1500 € €
Porovnanie cien VES a CSAMT pri množstve sond
Pri väčších objemoch meraných sond , v prípade keď vysielač zostáva na tom istom mieste sa cena CSAMT výrazne znižuje

17. Možnosti a obmedzenia metódy
CSAMT
Možnosti a obmedzenia metódy
Cenové porovnanie metódy CSAMT s VES
Počet sond
VES
CSAMT
VES -na 1 sondu
CSAMT na 1 sondu 4
2028 €
2700 €
507 €
675 € 6
3043 €
3550 €
592 € 8
4057 €
4400 €
550 € 10
5071 €
5250 €
525 € 12
6085 €
6100 €
508 € 14
7099 €
6950 €
496 € 16
8114 €
7800 €
488 € 18
9128 €
8650 €
481 € 20
10142 €
9500 €
475 € 22
11156 €
10350 €
470 € 24
12170 €
11200 €
467 € 26
13185 €
12050 €
463 € 28
14199 €
12900 €
461 € 30
15213 €
13750 €
458 €
Porovnanie ceny VES a CSAMT pre hĺbku do 750 m
Do ceny je zakalkulované vybudovanie a testovanie vysielača. Časová náročnosť pri 30 sondách VES=ca. 15 dní, CSAMT=ca. 4-7 dní
Počet sond

18. Meracia aparatúra CSAMT Receiver a transmitter
Sú synchronizované pomocou GPS

19. CSAMT
Meracia aparatúra
TRANSMITTER

20. CSAMT
Meracia aparatúra
TRANSMITTER

21. Meracia aparatúra RECEIVER CSAMT
Sample rates: 128 Hz to 524 kHz by hardware lower sampling rates by digital filter (2x, 4x, 8x, 32x)  Supported Methods: Plane time series recording with different sample rates; MT and EMAP; CSAMT
 Number of channels 1 to 10 per ADU-07, up to 255 ADUs can be operated in a network using network cable or wireless LAN
 Bands 2Bands:LF-ADC: DC to 1000 Hz HF-ADC: 1 Hz to 250 kHz HF recording can be done independently during LF recording. Different sample rates for LF and HF ADC.

22. Spracovanie nameraných údajov
CSAMT
Spracovanie nameraných údajov
Namerané údaje
Binárny formát, veľké objemy dát (1-5GB/sonda).
Pre-processing
Binárny formát je spracovaný do medzinárodného štandartu .edi.
Final-Procesing
Inverzný software prevedie .edi na odporový rez
Pre konverziu meraných výsledkov do rezov meraný odpor / hĺbka sa používajú 1-D a 2-D modelovacie programy.
Vyhladený model matematickej inverzie zobrazuje umiestnenie, veľkosť a hĺbku rozdielnych odporových zdrojov.
2D model na rozdiel od 1D modelu používa pre modelovanie i informácie zo susediacich meraných staníc.
Výsledky môžu byť prezentované ako :
- blokový model pre každú sondu
- vertikálny rez
- horizontálny rez pre danú hĺbku
- 3D model

23. Aplikácie metódy CSAMT
Využívame pri potrebe prieskumu v hĺbkach väčších ako 100m. (do hĺbky 100m sú k dispozícii jednoduchšie a rýchlejšie druhy prieskumu)
Hlavnou výhodou oproti iným elektrickým metódam (VES, TEM) je kvalitnejšia informácia, násobne vyššia produkcia, možnosť dosiahnuť väčšie hĺbky, nepotrebnosť veľkého priestoru. Oproti seizmike ma CSAMT výhodu výrazne nižšej ceny.
Ložiskový geologický prieskum (rudy a nerudy)
-vymapovanie geologických štruktúr, zóny impregnácie, litológia - ohraničenie ložiskového telesa, homogenita horninových celkov
Hydrogeologický a geotermálny prieskum
-litológia – vymedzenie geologických celkov a ich morfológia, mineralizácia a salinita
Inžinierskogeologický prieskum
-hĺbkový IG prieskum (tunely)
Prieskum na uhľovodíky a iné druhy prieskumu
-úložiská rádioaktívneho odpadu, špecifický prieskum vo väčších hĺbkach

24. Ložiskový geologický prieskum
CSAMT
Aplikácie metódy
Ložiskový geologický prieskum
Žilné štruktúry

25. CSAMT -tektonické poruchy vymapované pomocou CSAMT
-odporové celky, ktoré spravidla odpovedajú litologickým celkom

26. Ložiskový geologický prieskum
CSAMT
Aplikácie metódy
Ložiskový geologický prieskum
Žilné štruktúry
Rudonosná štruktúra nachádzajúca sa na zlomovej štruktúre

27. Ložiskový geologický prieskum
CSAMT
Aplikácie metódy
Ložiskový geologický prieskum
Žilné štruktúry
Pri viacerých realizovaných profiloch CSAMT je možné sledovať vývoj rudonosnej štruktúry v priestore.

28. Ložiskový geologický prieskum
CSAMT
Aplikácie metódy
Ložiskový geologický prieskum
-úloha projektu vymapovať možné pokračovanie tektonickej zóny
-vzhľadom na CSAMT odporový rez, sa predpokladá existencia zlomovej štruktúry so zónou impregnácie
-bansky overená štruktúra je viditeľná
v prípade viacerých rezov je možné vytvorenie 3D modelu

29. Hydrogeologický a geotermálny prieskum
CSAMT
Aplikácie metódy
Hydrogeologický a geotermálny prieskum

30. Inžinierskogeologický prieskum
CSAMT
Aplikácie metódy
Inžinierskogeologický prieskum
Obmedzenie využitia iba na hlbší prieskum (tunely)
Nahrádzajú sa tu iné formy prieskumu VES, SOP
Príklad využitia CSAMT pri prieskume na tunelovú konštrukciu. Kombinácia CSAMT a VES.

31. Prieskum na uhľovodíky PRIESKUM NA UHĽOVODÍKY
CSAMT
Aplikácie metódy
Prieskum na uhľovodíky
a iné druhy prieskumu
PRIESKUM NA UHĽOVODÍKY
Prieskum na uhľovodíky v pobrežnej časti Brazílie
Použité boli:
Pozemná magnetometria,
gamma spektrometria a
CSAMT na determinovanie hĺbky –výsledkom je odporový model
Odporový model umožňuje charakterizovať hranice štruktúr Precambrian bazénu kde boli identifikované sekvencie zlomov. Bazén je interpretovaný medzi 400 a 600 m. Nad ním je identifikovaný pieskový komplex s odpormi medzi 30 a 80 ohmm a hrúbkou od 150 do 250m. Blízko sondy 94 v hĺbke 350 m metrov, bol identifikovaný cieľ č.4, ktorý môže byť asociovaný s ložiskom uhľovodíkov.

32. Prieskum na uhľovodíky Potencionálne úložisko rádioaktívneho odpadu
CSAMT
Aplikácie metódy
Prieskum na uhľovodíky
a iné druhy prieskumu
Potencionálne úložisko rádioaktívneho odpadu
CSAMT bol použité pre charakteristiku pomerov potenciálneho úložiska rádioaktívneho odpadu v UK.
Prieskumná plocha bola pre použitie klasickej metódy príliš zarušená elektromagnetickým šumom.
Bol použitý 1.5 km horizontálny elektrický dipól (HED). Systém používal detekciu prichádzajúceho šumu.
Pri modelovaní prúdenia podzemnej vody sa ukázalo, že zmeny v prípade dažďov môžu posúvať salinitu až 2 km do oblasti potencionálneho úložiska. Nasledovali ďalšie štúdie – vrty a nakoniec oblasť nebola vybraná ako vhodné úložisko rádioaktívneho odpadu.