Příloha
č. 5
Zpráva
o geofyzikálním průzkumu lokality
Třinec
- Horní Líštná
(březen
2003)
Zadavatel:
K
GEO, spol. s r.o. Masná 1
Ostrava 702 00
Zhotovitel:
SIHAYA,
spol. s r.o. autor
zprávy: Viktor Valtr
Veleslavínova
6 BRNO 612 00
tel./fax:
05 -49 21 18 28 (0605-265963)
http://web.telecom.cz/sinavá
OBSAH ZPRÁVY
1 UVOD
2 POPIS LOKALITY
2.1 GEOMORFOLOGIE LOKALITY
2.2 GEOLOGIE LOKALITY
3 METODIKA MĚŘENÍ
3.1 MĚLKÁ REFRAKČNÍ SEISMIKA (MRS)
3.1.1. Princip průzkumu MRS
3.1.2. Použitá geometrie měření MRS
3.1.3 Zpracování MRS
3.1.4 Výsledné parametry z MRS a jejich vztah k IG parametrům hornin
3.2 METODA VERTIKÁLNÍHO ELEKTRICKÉHO SONDOVÁNÍ (VES)
3.2.1. Princip průzkumu VES
3.2.2. Použitá aparatura a geometrie měření
3.3 METODA DIPÓLOVÉHO ELEKROMAGNETICKÉHO PROFILOVÁNÍ
4. PRůBĚH TERÉNNÍCH PRACÍ
5. VÝSLEDKY GEOLOGICKÉHO PRŮZKUMU
6. ZHODNOCENÍ KVALITY MĚŘENÍ A INTERPRETACE
7. SHRNUTÍ VÝSLEDKů - ZÁVĚR
SEZNAM
PŘÍLOH:
číslo
přílohy název přílohy:
1 Situace geofyzikálního měření v měřítku 1:500
2a Geologicko-geofyzikální řez pf A v měřítku 1:500 / 1:100
2b Geologicko-geofyzikální řez pf B v měřítku 1:500 / 1:100
2c Geologicko-geofyzikální řez pf C v měřítku 1:500 / 1:100
3 Výsledky DEMP, mapa zdánlivé rezistivity a konduktivity v měřítku 1:500
ROZDĚLOVNÍK:
1 výtisk ... ... .. .... .............. archiv SIHAYA spol. s r.o.
6 výtisků ... ... ... ................. K GEO, spol, s r.o.
LITERATURA:
1. J.Skopec, pro fy Sihaya, (1993): Posouzení vztahu rychlosti šílení seismických vln ke geotechnickým parametrům a vlivu nehomogenit na charakter vlnového pole,
2. Czudek T. et all (1973). Regionalní členění reliéfu ČSR. - Geografický ústav ČSAV Brno. - (Mapa 1.500 000)
3. Vysvětlivky ke Geologické mapě ČR.- 1 -. 200 000.- T.Buday.- List Ostrava- ČGU Praha 1990
1.
ÚVOD
V současné době je plánována výstavba silnice u Třince - Horní Líštné. Byli jsme pověřeni provedením geofyzikálního průzkumu části trasy komunikace. Archivní vrtný průzkum naznačil geologickou složitost tohoto prostoru. Cílem průzkumu je zjištění mocnosti a složení pokryvu, hloubky a reliéfu povrchu (polo)skalního podloží a jeho rozvětralosti do hloubky.
2.
POPIS LOKALITY
Lokalita leží nedaleko u Třince-Horní Líštné.
2.1 GEOMORFOLOGIE LOKALITY
Jižně od lokality a níže pod ní je patrný prudký terénní schod exponovaný směrem k jihu. Vlastní lokalita leží na mírném k JV spadajícím svahu nad antropogenním zářezem areálu čerpací stanice (viz příloha 1).
2.2 GEOLOGIE LOKALITY
Předkvartérní (polo)skalní podloží lokality je tvořeno pravděpodobně karbonskými vápenci. Vrtem J110 byly zastiženy v hloubce 2,3 m.
Kvartérní pokryv je tvořen na povrchu hlínami, hlínami prachovitými až písčitými, místy s úlomky podložních (polo)skalních hornin. V západní části lokality je pokryv tvořen do (určité míry zahliněným) štěrkem s pískem aluviální terasy.
3. METODIKA MĚŘENÍ
Pro řešení zadaných úkolů, (viz úvod), byla vybrána metoda mělké
refrakční seismiky (MRS), metoda vertikálního elektrického sondování
(VES) a metoda dipólového elektromagnetického profilování (DEMP).
o Metoda MRS umožňuje určení rychlosti šíření seismické P-viny (podélná vlna) v horninách a zeminách. Podle rozložení rychlostí šíření seismické P-vlny lze:
- rozčlenit horniny a zeminy do kvazihomogenních bloků
- vertikálně lokalizovat povrch (polo)skalního podloží a zjistit jeho mechanický stav a rozvětralost (či rozpukanost) do hloubky - pokud je v dosahu metody
- odvodit homogenitu a relativní hutnost a vlhkost zemin
- v propustných zeminách je možno zjistit hloubku hladiny podzemní vody.
o Metoda VES umožňuje kvantitativně určovat rezistivity (měrné elektrické odpory) jednotlivých vrstev, resp. hloubky rozhraní těchto vrstev, z nichž lze sestavit geoelektrický, resp. geologicko-geoelektrický řez.
o Metoda DEMP umožňuje efektivně plošně vymapovat zdánlivou konduktivitu (měrná vodivost) s dosahem nalezení anomálie do hloubky cca 7 m pod povrchem terénu. V geologických podmínkách lokality umožní nalézt jednak svrchní vodivou část tektonicky porušených linií a jednak lokalizovat oblasti s kompaktní nerozpukanou skalní horninou nebo štěrkem blízko pod povrchem terénu.
o Výklad geofyzikálních měření je opřen o výsledky vrtů (poskytnuté zadavatelem).
3.1 MĚLKÁ REFRAKČNÍ SEISMIKA (MRS)
3.1.1. Princip průzkumu MRS
MRS je geofyzikální
metoda zjišťující rozložení rychlostí šíření seismických vln v horninovém prostředí pod linií měření,
potažmo hloubku povrchu podložních seismicky
rychlejších hornin pod povrchem terénu. Vstupní data získává měřením
času příchodu seismických vln ke
snímačům chvění země (geofonům) od okamžiku jejich vybuzení na známém místě. Výsledné parametry jsou získány
řešením obrácené úlohy šíření
seismických vln horninovým poloprostorem.
Rychlosti šíření
seismických P-vln v horninách v přírodě zpravidla stoupají směrem do hloubky, přičemž pokryv -
nejsvrchnější partie zemského povrchu tvořená většinou zeminami a zvětralinami, mívá rychlosti
šíření seismických P-vln až desetkrát menší než
jsou v jeho podloží.
Díky tomuto
velkému rozdílu v rychlosti šíření seismických P-vln v pokryvu a v podloží předbíhají seismické vlny, které se šíří po
hladině podpovrchové vody nebo po povrchu
(polo)skalního podloží, vlny šířící se zeminami při povrchu terénu. Tak
vzniká tzv. lomená vlna.
Skutečnost je
ovšem komplikována tím, že registrované nejrychlejší seismické vlny se nešíří přímo po povrchu podloží, ale
využívají ještě vyšší rychlosti v méně porušené
hornině ve větší hloubce tzv. refragovaná vlna. Tato skutečnost
umožňuje změřit rychlosti seismických
vln i ve větších hloubkách pod povrchem podloží a klasifikovat tak jeho mechanický stav do hloubky.
Pro toto měření
byla použita moderní aparatura - 32 kanálový seismograf SEISMUT III. Je schopen rychle a přesně sčítat slabé signály
od jednotlivých úderů do výsledného, dobře
čitelného seismického záznamu. Díky tomu je možno nahradit dříve
používané trhaviny (jako zdroje
seismické energie) slabším mechanickým zdrojem i výrazně snížit
šumy okolí.
3.1.2. Použitá geometrie měření MRS
Na přímé linii dlouhé 62 resp. 31 m je
rozmístěno 32 geofonů (snímačů seismického
chvění) s rozestupy 2 m resp. 1 m mezi sebou. Tuto linii nazýváme
"seismické položení" Na jednom
seismickém položení budíme seismickou energii mnohonásobnými údery těžkého kladiva v sedmi bodech: uprostřed, ve
čtvrtinách, na obou krajích položení a cca
30 m za oběma konci položení.
Na všech profilech byly použity 31 m dlouhé položení MRS s dvoumetrovým krokem geofonů. Poloha jednotlivých položení je zakreslena v situační příloze 1. Profily měření jsou v terénu označeny popsanými kolky.
3.1.3 Zpracování MRS
Záznamy dat uložené aparaturou v
jednotném formátu jsou zpracovávány
interpretačním programem RIS vyvinutým na základě Palmerovy GRM s chybou
asi 5% hloubky.
Výsledkem zpracování je vertikální řez pod linií měření s vyznačenými kvazihomogenními bloky, v nichž je uvedena jejich průměrná rychlost šíření podélné seismické vlny Podle rychlosti šíření podélné seismické vlny a znalosti dalších doplňujících údajů je možné odvodit některé IG parametry hornin.
3.1.4 Výsledné parametry z MRS a
jejich vztah k IG parametrům hornin
Výsledné seismické
parametry horninového prostředí jsou rychlosti šíření seismických podélných, eventuelně příčných vln, frekvenční
charakteristika prostředí a pozorovaný
útlum amplitud.
Na této konkrétní
lokalitě je výsledkem především znalost rozložení rychlostí šíření seismických podélných vln (Vp)
podél proměřených profilů do hloubky až 20 m.
Tento parametr velmi
dobře koreluje s objemovou hmotností p většinou dle vztahu: r=a * Vpn
kde veličiny a a
n jsou určovány empiricky a patří mezi materiálové konstanty. Bez jejich laboratorního zjištění je možno vztah
mezi Vp a p použít pro relativní rozlišení litologicky podobných hornin dle objemové
hmotnosti.
Vp je závislá i na elastických parametrech
prostředí VP= Ö( E * (1-s) / ((s+1)*(1-2* s)))
kde a je Poissonovo
číslo a E je Youngův modul pružnosti. Při znalosti rychlosti šíření
i příčných seismických vln lze určit i
konkrétní hodnoty těchto elastických parametrů. Jejich měření by ovšem bylo zdlouhavější a
nákladnější.
Na hodnotu Vp má dále
vliv pórovitost a charakter výplně pórů. Obecně platí že rychlosti Vp jsou v méně porézních a ve
zvodnělých horninách vyšší než v horninách s
vysokou pórozitou a horninách nezvodnělých.
Přímo úměrná je Vp tlaku
působícímu na horninu resp. stáří hornin, jež zmenšuje pórovitost resp. zvyšuje cementaci.
Vp je přímo úměrná
rovněž zhutnění zemin a je možno tuto závislost odvodit za podmínky, že vlhkost zemin je přibližně
konstantní, pomocí nacejchování penetračním
měřením. (Této závislosti Vp na hutnosti využívají i stavební
kompaktometry).
3.2 METODA VERTIKÁLNÍHO ELEKTRICKÉHO SONDOVÁNÍ
(VES)
3.2.1. Princip průzkumu VES
Tato metoda zjišťuje rezistivitu
(měrný elektrický odpor) hornin v různých hloubkách pod bodem měření. V
použitém uspořádání se hloubkový dosah zvyšuje vzdalováním proudových elektrod
AB i napěťových elektrod MN. Měřením napětí při vzdalování proudových elektrod
AB získáme tzv. odporovou křivku - křivku závislosti zdánlivých rezistivit ρzd
na fiktivní hloubce AB/2. Z neinterpretovaných křivek VES lze sestrojit jako
objektivní výstup izoohmický řez, viz příloha 2b,
který ovšem neumožňuje kvantitativní určení hloubek rozhraní a mocností vrstev.
Interpretací odporových křivek získáme
skutečné rezistivity ρz a mocnosti jednotlivých
horizontů s různou rezistivitou.
Metoda VES umožňuje kvantitativně
určovat rezistivity i hranice vrstev a, při seřazení bodů měření VES do linie, sestavit
geoelektrický, resp. geologicko-geoelektrický řez. Obecně (při běžné rezistivitě podzemní vody)
platí, že, čím jemnozrnnější - více jílovitá je hornina, tím má menší
rezistivitu. To umožňuje posoudit propustnost zemin pod bodem měření.
3.2.2. Použitá aparatura a geometrie měření
Geofyzikální měření metodou vertikálního
elektrického sondování (VES) bylo provedeno
přístrojem GEA-II. Zdrojem proudu v obvodu AB byla dobíjitelná baterie
348 V. K měření bylo použito
Schlumbergerovo uspořádání elektrod při rozestupech proudových elektrod
AB/2= 1.0,
1.3, 1.7, 2.2, 2.8, 3.7, 4.7, 6.1, 8.0, 10.3, 13.4, 17.4, 22.5, 29.2, 37.8,
49.0, 63.5, 83.5 a 107 m, při třech rozestupech měřících elektrod MN/2 =0.2 m,
1.0 m a 5.0m.
3.3
METODA DIPÓLOVÉHO ELEKROMAGNETICKÉHO PROFILOVÁNÍ
DEMP (dipóly z-z horizontálně vzdálené 3.7m) je elektromagnetická profilovací metoda zjišťující zdánlivou konduktivitu (měrnou vodivost) a zdánlivou rezistivitu hornin podél profilu měření. Hloubkový dosah metody je asi 6 m pod povrch terénu, přičemž vliv konduktivity jednotlivých vrstev na naměřenou hodnotu konduktivity s hloubkou klesá. Platí přibližně tato závislost vlivu na naměřenou zdánlivou konduktivitu:
55% signálu je z hloubky větší než 2m
45% signálu je z hloubky větší než 3m 25% signálu je z hloubky větší než 6m a
jen 15% signálu je z hloubky větší než 8m (v homogenním prostředí).
Byla použita aparatura DIKO. Proměřena byla celá
lokalita s krokem měření 5 m.
4. PRŮBĚH TERÉNNÍCH PRACÍ
Práce v terénu
proběhly 25. března 2003. Byly vytyčeny
a proměřeny 3 profily (A, B a C) geofyzikálního měření MRS a VES (podle
požadavků zadavatele), (viz příloha 1). Prostor mezi
profily A a B byl proměřen metodou DEMP. Trasa profilů je v terénu označena
kolky.
5. VÝSLEDKY GEOLOGICKÉHO PRŮZKUMU
Měřením metodou DEMP byly efektivně vymapovány zdánlivé konduktivity (měrná vodivost) s dosahem nalezení anomálie do hloubky 7 m pod povrchem terénu presentované formou map isolinií v příloze 3. V západní části lokality je na této příloze patrná oblast snížených konduktivit (tónována do modra) vlivem mocné vrstvy zahliněných aluviálních štěrků zachycených vrtem J-109 v hloubce 2,4 m. Ve střední části lokality je patrná vodivější zóna (tónována do červena) pravděpodobně spojená s jílovitou výplní tektonicky oslabené oblasti protažené ve směru ZSZ-VJV. Ve východní části lokality je do modra tónovaná oblast nižších vodivostí nad mělčím vápencovým podložím a jeho eluvii.
Měřením metodou MRS a
VES byly proměřované profily rozčleněny na kvazihomogenní bloky, jejichž
geologický popis je opřen o výsledky vrtného průzkumu. Výsledky jsou graficky
prezentovány formou geologicko-geofyzikálních řezů v přílohách 2 a formou map
isolinií v příloze 4.
Geologicko-geofyzikální řez profilu A je prezentován na příloze 2a v měřítku 1:500 / 1:100. Geologicko-geofyzikální řez profilu B je prezentován na příloze 2b v měřítku 1:500/ 1:100. Geologicko-geofyzikální řez profilu C je prezentován na příloze 2c v měřítku 1:500 I 1:100. Rychlosti seismických vln v pokryvu odpovídající ulehlosti a vlhkostí zeminy jsou světle modře vypsány v řezech. Rozhraní podle MRS jsou do řezů zakresleny světle modře. Rezistivity a rozhraní podle VES jsou do řezů vepsány červeně
Byla vymezena tři až čtyři refrakční rozhraní
podle MRS:
1 nejmělčí - povrch méně porušených zemin pod více
kyprými a porušenými eluviálními či deluviálními zeminami či navážkami - slabší refrakční seismické
rozhraní - bylo zachyceno souvisle na všech profilech a je na řezech znázorněno
slabší přerušovanou světle modrou čarou
2. hlubší seismické refrakční
rozhraní - povrch ulehlejších zemin pod více
porušenými zeminami - byl zachycen souvisle jen na profilu A a je na
řezech znázorněn slabší, světle modrou
čarou
3. místy zachycené seismické
refrakční rozhraní - povrch skeletové horniny či pevnějších eluvií nebo hladiny podzemní
vody - je na řezech znázorněn
silnější, světle modrou čarou
4. povrch skalního podloží - nejhlubší a nejsilnější
refrakční seismické rozhraní - je na
přílohách znázorněn silnou světle modrou čarou. Nejde asi o ostrou hranici, ale
spíš o pozvolný přechod. Tomu odpovídá i malý kontrast rychlostí šíření P-vln
na rozhraní a nad ním a pozvolnost
ohýbání hodochron na počátku seis. vlny lomené
od skalního podloží.
Rychlosti šíření seismické
P-vlny v průniku pod nejhlubší refrakční
rozhraní jsou znázorněny formou isolinií rychlosti šíření seismické P-vlny. Hodnoty
těchto rychlostí v průniku pod refrakční
rozhraní jsou nepřímo úměrné rozvětralosti a rozpukanosti - a přímo
úměrné mechanické kvalitě (polo)skalního podloží (viz legenda přílohy 2).
Méně kvalitní a více porušené
skalní podloží lze očekávat tedy v místě, kde se isolinie rychlosti šíření seismické P-vlny zahlubují.
Je to dobře patrné na zóně tektonicky porušeného povrchu méně kvalitní a více
porušené skalní horniny na profilu A mezi metrážemi 70 až 95 m a 125 m, a
na profilu B mezi metrážemi 20 až 65 m a 85 až 115. Osa této anomálie je zakreslena v
příloze 4 fialovou přerušovanou čarou.
Povrch skalního podloží
(pravděpodobně vápenců) je rozpukaný a navětralý zvláště v těchto
porušených zónách do velkých hloubek. Maximální pevnosti
podle MRS dosahuje místy až ve hloubce větší než
10 m pod povrchem podloží (viz isolinie rychlosti šířeni P-vln na příloze 2)
V rychlosti šíření P-vln na povrchu
skalního podloží i v průniku se
projevily anisotropie rychlosti šíření seismických vln
zvláště na křížení profilů A a C. Je to pravděpodobně způsobeno anisotropií směru puklin v povrchu skalní horniny, jež
jsou pravděpodobně rovnoběžné s
tektonicky oslabenou zónou znázorněnou na
příloze 4.
Celkové mocnosti pokryvu na lokalitě se pohybují od 2 do 19 m, viz příloha 4 dole.
Mocnosti
méně pevné části pokryvu (druhé seismické refrakční rozhraní) se na lokalitě pohybují
od 1 m od 10 m (viz přílohy 2).
Mocnosti nejkypřejší části pokryvu (nejmělčí seismické
refrakční rozhraní) se na lokalitě
pohybují od 0,6 m od 3 m (viz přílohy 2).
Naměřené body VES vykazují velkou složitost geoelektrického řezu.
Šrafovány byly žlutozeleně pouze měkčí -
jílovité, jemnozrnnější oblasti, ostatní jsou přibližně litologicky popsány přímo ve kvazihomogenních blocích dle
VES (červená přerušovaná čára) v řezech.
Štěrková aluviální terasa byla
zachycena metodou VES jen v nižších
metrážích profilu A a B a směrem na východ je nahrazena jemnozrnnějšími sedimenty v blízkostí pravděpodobné
širší tektonické zóny (mezi
metrážemi pf A 40 až 100 a pf B 25 až 80m).
Skalní
podloží podle výsledků VES je rezistivitně více proměnlivé a je možné,
že v některých oblastech není tvořeno vápenci.
6. ZHODNOCENÍ KVALITY MĚŘENÍ A INTERPRETACE
Kvalita měření hloubek povrchu
(polo)skalního podloží metodou MRS byla dobrá.
Výsledná interpretace mohla být negativně ovlivněna těmito faktory:
Interpolací nadmořských výšek
povrchu terénu podle geodetického zaměření v nepřesně rekonstruovatelných profilech. Chyba takto
způsobená může být díky skrývce ornice až
kolem +-35 cm (ve svahu). Další možné zkreslení znázorněných dat může být
způsobeno inverzemi rychlostí
seismických vin v nepravidelně rozvětralých horninách, což může způsobit zvýšení interpretované hloubky
povrchu (polo)skalního podloží. Hloubková
chyba způsobená nepřesným určením rychlostí v pokryvu může být díky jeho
laterální nehomogenitě až 10 % Jiné
možné zkreslení je způsobeno pozvolným rozvětráváním povrchu skalních hornin, při kterém povrch
skalních hornin netvoří jasnou hranici, ale
spíše postupný přechod Chyba interpretační metody GRM je asi 5%.
Hloubková chyba způsobená nepřesností
odečtu prvního nasazení příchodu seismických P-vln je do 35 cm.
Celková chyba při určování
hloubek rozhraní je tedy odhadována na asi 10% hloubky +35 cm, kromě hlubší
části řezu, kde může být i větší.
7. SHRNUTÍ VÝSLEDKŮ - ZÁVĚR
Na lokalitě byla podél
proměřených profilů A, B a C zjištěna metodou MRS. VES a DEMP geologická stavba, která je znázorněna formou
geologicko-geofyzikálních řezů v přílohách 2a, 2b a 2c a formou map isolinií v přílohách
3 a 4.
Byla vymezena tři až čtyři refrakční rozhraní
podle MRS:
·
nejmělčí - povrch méně porušených zemin pod více
kyprými a porušenými eluviálními či
deluviálními zeminami či navážkami
·
hlubší seismické refrakční rozhraní - povrch
ulehlejších zemin pod více porušenými
zeminami
·
pouze místy zachycené seismické refrakční
rozhraní - povrch skeletové horniny či
pevnějších eluvií nebo hladiny podzemní vody
·
povrch skalního podloží.
Interpretace MRS a VES byla
opřena o výsledky předchozího průzkumu provedeného zadavatelem.
Na profilu A a B byla
lokalizována zóna méně kvalitních a více porušených skalních hornin v oblasti prudkého poklesu povrchu
skalního podloží. Tento úsek je interpretován
jako úsek pravděpodobné tektonické zóny s nižšími rezistivitami podle
VES, podrobně viz kapitola 5.
Zprávu vypracoval: Mgr, Viktor Valtr
Zodpovědný řešitel: RNDr. Viktor Valtr, CSc.
V Brně, dne 28. 4. 2003
