Geophysical exploration

GEOPHYSICAL EXPLORATION

GEOPHYSICAL EXPLORATION

Geophysical exploration consists of measuring from the surface certain physical properties of the underlying material and of interpreting the measurements in terms of geological structure and lithology. It is emphasized at the start that the data of geophysical measurements are valuable to the engineer only when correctly interpreted in geological terms. The properties investigated by the physical measurements are density, elasticity, electrical conductivity, and magnetism.

The four principle methods of geophysical exploration are: gravitational, magnetic, seismic, and electrical. Of these, seismic and electrical methods have the widest range of application in civil engineering practice.

Gravitational Methods

Differences in densities of adjacent rock masses give rise to measurable differences of gravitation. In its outer part at least, the earth is not homogeneous. Hence gravitational measurements often make possible the establishment of boundaries between masses of different density.

Because the earth is a rotating body, slightly flattened at the poles, gravity values vary with latitude. These values also vary according to terrain and elevation. Corrections must therefore be applied to reduce the observed values to a common basis. In reducing observed values to sea level, the influence of rock masses between sea level and the elevation of the station is taken into account. Anomalies of gravity, i.e., the differences between the theoretical and the corrected observed values, are represented in plans by contours of equal gravity anomaly values called isogams, and in section by anomaly profiles.

Magnetic methods

Rocks not only vary in density but also in magnetism. Hence, just as gravitational anomalies may be discovered and represented on maps, magnetic anomalies may be determined and used as a basis for interpretation for subsurface conditions. The earth itself is a gigantic magnet, with poles far below the surface. The projections of its magnetic poles are near but not coincident with the poles of the axis of rotation. A magnetic needle freely suspend will take a definite position in space depending on the lines of magnetic force of the earth's field at that place and time. A needle perfectly balanced on a vertical axis before it is magnetized will not remain in horizontal position after magnetism except at points on the magnetic equator. North of this equator the needle inclines to the north the inclination steepens with increasing distances from the magnetic equator, and the needle will be perpendicular to the earth's surface directly over the magnetic pole. In the southern magnetic hemisphere the dip of the needle is reversed. A counterweight commonly a silver or brass wire, is adjusted to balance the needle in a horizontal meridian, and the angle which the magnetic meridian makes with the true meridian at that place is the declination. The declination at any given place, however, is not constant. Long time changes and annual, daily, and irregular variations are recognized. Annual changes in declination are small, on the order of one minute. Daily fluctuations are on the order of 3 to 12 minutes. Because of the variations in declination it is necessary to establish control in magnetic work just as in barometric surveying.

Electrical Meth ods

The electrical properties of earth materials, consolidated or unconsolidated vary widely. Generally speaking, rocks, with the exception of the metallic ores, are electrically conductive in proportion to volume, size, continuity, and distribution of voids and fluids present. Various types of unconsolidated materials differ significantly in voids and contained fluids; and consolidated rocks, for example, sandstone and granite differ in porosity and fluid content. These differences affect the conductivity or its reciprocal resistivity. The contrasts between consolidated and unconsolidated materials are usually of a higher order than differences within the two groups; hence, electrical exploration for depths of unconsolidated materials is generally successful.

Whereas some rock masses, as sulfide ore bodies, give rise to spontaneous electric currents, most electrical exploration for engineering ends is carried on by artificially energizing the ground.

Seismic Methods

The elastic properties of earth materials vary widely. Seismic methods of geophysical exploration are based on the variation of elastic properties. Differences in the elastic coefficients of different layers give rise to reflection and refractions of seismic waves, which are treated in the same manner as are the comparable phenomena of geometrical optics. The instruments are designed to measure and record the speed of propagation of such waves in earth materials. The velocity measurements make possible inferences as to the attitude, nature, distribution and structure of subsurface materials. The speed of the seismic waves in rock is influenced in large measure by the degree of consolidation.

Two methods are of common use in seismic exploration. These are known as reflection shooting and refraction shooting. Reflection shooting is generally used for deep exploration, commonly greater than 2000 feet. Refraction methods are better adapted to lesser depth. In refraction determination, a blasting cap or small charge of dynamite is exploded at or near the surface at a point known as the shot-point. From the shot-point, elastic waves travel outward in all directions. In profiling, detectors (seismometers) are spaced at intervals in line with the shot-point. The disturbances, commonly amplified, are recorded photographically on moving film. Time intervals are recorded on the film strip by time lines which are obtained from a tuning-fork device, electrically driven. The lines have peep slits which coincide when the lines are in the neutral position; hence two lines are photographically recorded on the films for each complete cycle. The instant of detonation electrically transmitted from the shot-point to receivers and is indicated on the film strip. In one method a wire on the blasting cap is hooked up with the galvanometers of the receptors in such a way that when it is broken by the detonation a kick is given to the galvanometers, and the time of explosion is simultaneously recorded on the curves for each receptor.

GEOLOGIC MAPS

Many engineering projects are preceded by geological investigation, the reports of which must be read and understood by engineers in order to take advantage of the information discovered. One essential part of a geological report is the map. Whether the engineer himself will be called upon the prepare such geological reports and maps or not, ability to digest and interpret them is an essential part of an engineer's geological training. For problems of engineering that require or are assisted by geological information-tunneling, water-supply, sanitary systems, bridge and dam formations, reservoir basin studies, erosion controls of construction materials, building sites, and many others-geological maps and sections supply essential data. To make best use of geological maps, the engineer should be able to read from the map what is reasonable certain and what is surmise on the part of the map maker. He should be able also, to construct geologic sections in any desired directions, and to determine from the map and sections certain quantitative lithologic and structural data.

Types of Geologic Maps

Four types of geologic maps include those most generally used. These are (1) surficial maps, (2) outcrop maps, (3) areal maps, and (4) structural maps.

Surficial Maps

Surficial geological maps show the character and distribution of the various types of surficial materials. Agricultural soil maps are really a form of surficial geological maps. Many local soil types of maps have been established but requisite engineering data are difficult to read from most of the agricultural soil maps, and geological data are more or less obscured. Anyone concerned with the engineering aspects of soils, however, should aquaint himself with the agricultural soils maps and with methods by which those maps are constructed. Geologic surficial maps that differentiate the types of surface material according to geological categories, as stream gravels, stream alluvium, glacialmarine clays, glacial gravels, and the like are the most useful in engineering work, for from their distribution, areal extent and characteristics of many deposits can be inferred. Within the glaciated regions, these surficial maps are of especial interest to the engineer. Surficial maps are particularly useful in the search for construction materials, and in guiding certain other types of engineering work, for example, drainage and water supply studies, airport and highway locations and other similar endeavors.

Outcrop Maps

An outcrop map shows the areas where ledge, or bedrock is exposed. The rock types are differentiated and structural data are usually indicated on the map. Because many outcrops are of small extent, outcrop maps must be of moderate or large scale. It is always convenient in using a map to know where the bedrock exposures can be found. For engineering use in particular outcrop maps are valuable. An example of use is the location of road metal: if a certain quartzite is known to outcrop at specific localities, much time and effort can be saved in choosing a suitable quarry site by going directly to the outcrop areas, guided by the outcrop map.

Areal Maps

Areal geological maps are plan views of the geology. They show both the observed distribution of geologic units or formations mapped and also the inferred distribution beneath the soil and vegetation cover as if the latter were swept entirely away. In some areas, because of complex structure and few exposures, extrapolation of observed boundaries of rock types is little better than guesswork. In other areas, the distribution of concealed formations may be closely inferred by study of soils, topography, vegetation and by the structural requirements. On maps of large or moderate scale, the advantages of both outcrop maps and areal maps may be combined by indicating the outcrop areas or places where outcrops are especially numerous, by differences in the shade of color or weight of patterns. The differentiation of materials mapped can be shown by several methods. The two most commonly used devices are patterns and colors. It will be noted that, in general, the symbols for sedimentary rock types consist of dots or straight lines; for metamorphic rocks, wavy lines; and for igneous rocks, checks, crosses, or rhombic patterns. On the maps of the U.S. Geological Survey and of many other organizations, colors are used to represent the geological periods. Symbols (letters) are also used to designate the ages.

Structural Maps

Many areal geology maps include structural symbols superposed on the patterns or colors representing the lithologic units. Where the structure is simple and there are but few structural observations recorded, this combination is helpful for quick comprehension of the geology. In complicated areas, however, or where wealth of structural details has been accumulated, separate structural maps are more satisfactory. This is particularly desirable if the rock units are represented by symbols in black and white. A variety of methods are used in representing geological structures on maps. The two most commonly employed are structural symbols and structural contours.

Геофизическая разведка

Геофизическая разведка

Геофизические исследования состоит в измерении с поверхности некоторых физических свойств основного материала и интерпретации измерений с точки зрения геологического строения и литологии. Следует подчеркнуть в самом начале, что данные геофизических измерений имеют важное значение для инженера только тогда, когда правильно интерпретировать геологические условия. Свойств исследованных физических измерений плотность, эластичность, электропроводность и магнетизм.

Четыре метода принцип геофизических исследований являются: гравитационные, магнитные, сейсмические и электрические. Из них, сейсмические и электрические методы имеют широкий спектр применения в гражданской инженерной практике.

Гравитационные методы

Различие в плотности соседних массивов приводит к измеримым различия гравитации. В своей внешней части по крайней мере, земля не является однородной. Таким образом, гравитационные измерения часто делают возможным установление границ между массами различной плотности.

Потому что Земля представляет собой вращающееся тело, слегка сплюснутый у полюсов, значения силы тяжести зависит от широты. Эти значения также варьироваться в зависимости от местности и высоты. Исправления должны быть применены таким образом, чтобы уменьшить наблюдаемых значений общих основаниях. При уменьшении значения наблюдаемого уровня моря, влияние горных пород между уровнем моря и высота станции принимаются во внимание. Аномалии силы тяжести, т. е. разница между теоретическим и исправить наблюдаемые значения, представлены в планах контуры равного значения аномалий силы тяжести называют isogams, а в разделе по аномалия профилей.

Магнитные методы

Скалы не только различаются по плотности, но и в магнетизме. Таким образом, как и гравитационные аномалии могут быть обнаружены и представлены на картах, магнитные аномалии, которые могут быть определены и использованы в качестве основы для интерпретации подземных условиях. Земля сама по себе является гигантским магнитом, с полюсами значительно ниже поверхности. Прогнозы его магнитных полюсов рядом, но не совпадающих с полюсами оси вращения. Магнитная стрелка свободно приостанавливать займет определенное положение в пространстве в зависимости от магнитных силовых линий поля Земли в этом месте и времени. Игла прекрасно сбалансированы по вертикальной оси до того, как намагниченные, не будет оставаться в горизонтальном положении, после того, как магнетизм, кроме точек на магнитном экваторе. К северу от экватора иглы склоняется к северу наклон круче с увеличением расстояния от магнитного экватора, и игла будет перпендикулярно к поверхности Земли непосредственно на магнитный полюс. В южном полушарии магнитная наклона иглы наоборот. Противовесом обычно серебра или латунной проволоки, корректируется, чтобы сбалансировать иглы в горизонтальном меридиане, и угол, который магнитного меридиана делает с истинного меридиана в этом месте является склонение. Склонение в любом данном месте, однако, не является постоянной. Длинные изменения времени и ежегодный, ежедневно, и нерегулярные изменения признаются. Ежегодные изменения в склонении малы, порядка одной минуты. Суточные колебания составляют порядка от 3 до 12 минут. В связи с изменениями в склонении необходимо для установления контроля в магнитных работы как в барометрический съемки.

Электрические Meth СОД

Электрических свойств горных пород, консолидированных и рыхлых сильно разнятся. Вообще говоря, камни, за исключением металлических руд, электрически проводящими пропорционально объему, размеру, непрерывность и распределение пустот и жидкости представляют. Различные типы рыхлых материалов значительно отличаются в пустотах и ​​содержащихся жидкостей, а также консолидированные породы, например, песчаника и гранита отличаются пористостью и содержание жидкости. Эти различия влияют на проводимость или взаимные сопротивления. Контрасты между консолидированной и неконсолидированной материалы, как правило, более высокого порядка, чем различия в двух группах, следовательно, электрический разведки недр рыхлых материалов, как правило, успешно.

В то время как некоторые рок-музыку, а органы сульфидных руд, приводят к спонтанной электрические токи, большинство электрических разведки концов инженерных ведется искусственно энергией земли.

Сейсмические методы

Упругих свойств горных пород отличаются друг от друга. Сейсмические методы геофизических исследований основаны на изменении упругих свойств. Различия в упругих коэффициентов различных слоев приводит к отражению и преломления сейсмических волн, которые рассматриваются так же, как и сопоставимые явления геометрической оптики. Приборы предназначены для измерения и регистрации скорости распространения таких волн в земле материалов. Измерения скорости позволяют выводы относительно отношения, природа, структура и распределение подземных материалов. Скорость сейсмических волн в породе в большой степени влияет на степень консолидации.

Два метода общего пользования в сейсморазведке. Они известны как съемка отражения и преломления съемки. Отражение съемки обычно используется для глубокой разведки, обычно превышает 2000 метров. Преломление методы лучше приспособлены к меньшей глубине. В преломлении определения, капсюль-детонатор или небольшой заряд динамита взорвали на или вблизи поверхности в точке известна как выстрел точки. От выстрела точки, упругие волны распространяются во всех направлениях. В профилирования, детекторы (сейсмометры) расположены с интервалом в соответствии с выстрелом точки. Нарушения, обычно усиливаются, регистрируются фотографически на движущуюся пленку. Временные интервалы записываются на пленку полосы сроки, которые получают из камертона устройство с электрическим приводом. Линии должны заглянуть щели которых совпадают, когда линии находятся в нейтральном положении, поэтому две линии фотографически записаны на пленки для каждого полного цикла. В момент детонации электрическим передается от выстрела точкой для приемников и указано на фильм полосы. В одном из методов провод на капсюль подключен с гальванометра на рецепторы таким образом, что, когда он нарушается взрыва удар уделяется гальванометров, и в момент взрыва одновременно записываются на кривых каждый рецептор.

Геологические карты

Многие инженерные проекты предшествуют геологических исследований, докладов, которые должны быть прочитаны и поняты инженерами для того, чтобы воспользоваться информацией обнаружено. Одна существенная часть геологического отчета карте. Будет ли сам инженер будут призваны подготовить такие геологические отчеты и карты, или нет, способность усваивать и интерпретировать их является неотъемлемой частью геологической подготовки инженера. Для задач, требующих инженерного или помощь геологической информации, туннелирование, водоснабжения, канализации, мостов и плотин образований, резервуар бассейна исследований, эрозия контроля строительных материалов, строительных площадках, и многие другие-геологические карты и разрезы поставлять существенные данных. Для того, чтобы наилучшим образом использовать геологические карты, инженер должен уметь читать с карты, что является разумным и определенным что предположение со стороны производителя карты. Он должен уметь также для построения геологических разрезов в любом желаемом направлении, а также определить на карте и участков определенных количественных литолого-структурных данных.

Типы геологических карт

Четыре типа геологических карт относятся наиболее широко используется. Это (1) поверхностные карты, (2) обнажение карты (3) площадные карты, и (4) структурные карты.

Поверхностных карт

Поверхностных геологических карт показать характер и распределение различных типов поверхностных материалов. Сельскохозяйственные почвенных карт действительно форма поверхностных геологических карт. Многие местные виды почв карты были созданы, но необходимые технические данные читаются с трудом от большинства сельскохозяйственных почвенных карт, а также геологические данные более или менее скрытыми. Любой, связанные с инженерным аспектам почв, однако, должны познакомить себя с сельскохозяйственным карты почв и методы, которыми эти карты построены. Геологические карты, поверхностных различий типов поверхности материала в соответствии с геологическими категориями, как поток гравия, поток наносов, glacialmarine глины, гравия ледникового и т.п. являются наиболее полезными в инженерные работы, ибо от их распространения, площадное распространение и характеристики многих депозиты могут быть случайными. В ледников регионов, эти поверхностные карты имеют особый интерес для инженера. Поверхностных карты являются особенно полезными в поиске строительных материалов, и в руководстве некоторых других видов инженерных работ, например, дренажных и исследования, водоснабжение, аэропорт и шоссе местах и ​​других подобных начинаний.

Обнажение карт

Карта показывает, обнажение тех областях, где выступ, или основа подвергается. Типы пород дифференцированы и структурные данные, как правило, указан на карте. Потому что многие выходы имеют небольшие размеры, обнажение карты должна быть умеренной или большой масштаб. Это всегда удобно в использовании карте знать, где основой экспозиции может быть найдено. Для машиностроения, в частности, использование карт обнажения ценны. Пример использования является расположение щебня: если определенный кварцит, как известно, обнажение в определенных местах, много времени и сил может быть сохранен в выборе подходящего места карьер, перейдя непосредственно к обнажение области, руководствуясь обнажение карте.

Ареал карт

Ареал геологические карты плане вид на геологию. Они показывают, как наблюдаемое распределение геологических образований или единиц отображается, а также вывод распределения под почвенно-растительного покрова, как если бы последние были сметены полностью прочь. В некоторых районах из-за сложной структуры и несколько экспозиций, экстраполяция наблюдаемых границ рок типов немного лучше, чем догадки. В других областях, распределение скрытой образований могут быть тесно выведено исследование почвы, рельефа, растительности и структурных требований. На картах крупных или умеренных масштабах, преимущества обеих картах обнажение и площадные карты могут быть объединены с указанием обнажение районы или места, где выходы особенно много, различия в тени, цвета и веса моделей. Дифференциация материалов отображается может быть показано несколькими способами. Два наиболее часто используемых устройств узоров и цветов. Следует отметить, что, в общем, символы осадочные типы пород состоит из точек или прямых линий, а для метаморфических пород, волнистые линии, и магматических пород, чеки, кресты, или ромбические узоры. На картах Геологической службы США и многих других организаций, цветов, используемых для представления геологических периодов. Символы (буквы) также используется для обозначения возраста.

Структурные карты

Многие карты ареала геология включает структурные символы накладываются на модели или цвета представляют литологических единиц. Если структура проста и есть, но мало структурные наблюдения записали, это сочетание полезно для быстрого понимания геологии. В таких сложных областях, однако, или там, где богатство детали строения был накоплен, отдельные структурные карты более удовлетворительным. Это особенно желательно, чтобы горных пород представлены символы в черном и белом. Различные методы, которые используются в представлении геологических структур на картах. Два наиболее часто работают структурные символы и структурные контуры.

Дата добавления: 2015-11-04