Petrofyzikální metody

Petrofyzikální metody se zakládají na stanovení tzv. látkových parametrů (hustotní parametry a pórovitost, magnetická susceptibilita, termomagnetická analýza, přirozená radioaktivita hornin) a „směrových“ parametrů (magnetická anizotropie, rychlosti elastických vln, rezistivita). Studium magnetické anizotropie představuje samostatnou standardní metodu strukturní analýzy, která umožňuje studovat skladbu hornin a to včetně jejich vmístění a orientace. Všechny sledované petrofyzikální parametry podávají rychlou informaci o základním látkovém složení hornin, alteracích a homogenitě horninového typu (masívu) a jsou nedílnou součástí geologických interpretací a polních geofyzikálních metod.

Některé hlavní úkoly, k jejichž řešení přispívají petrofyzikální metody

• Provedení geologických a dalších prací na testovací lokalitě Melechovský masiv. (SÚRAO)
• ČAČR: 205/05/0245 Zákonitosti distribuce beryllia v horninovém prostředí Králického Sněžníku
• PPŽP MŽP ČR 6312/03: „Geochemické procesy v horninovém prostředí oblastí s ložisky a těžbou uhlovodíků“
• GAČR: Migrace fluid redistribuce prvků, geochemické a petrofyzikální změny nad ložiskem uhlovodíků Ždánice, registr.č. projektu 205/03/1256.
• FR-TI1/367: Výzkum vlivu mezizrnné propustnosti granitů na bezpečnost hlubinného ukládání do geologických formací a vývoj metodiky a měřící aparatury, 2009-2013, spolupráce pro Stavební geologii-Geotechniku a.s. (poskytovatel MPO, Program TIP)
• Výzkum pole vzdálených interakcí (SÚRAO)
• GAAV, A300460602: Model svrchní kůry oherského riftu
• TAČR TA01020348: Reverzibilní skladování energie v horninovém masivu, spolupráce pro ISATech s.r.o., 2011-2013
• FR-TI3/325: „Výzkum termální zátěže hornin - perspektivy podzemního skladování tepelné energie“
• GAČR 205/06/1431: Model látkové bilance těžkých kovů a radiogenních elementů v oblasti malých povodí kolem vodní nádrže Vír
• MŽP ČR VaV/630/4/02: „Výzkum sedimentů přehrad, nádrží a jezer – zhodnocení rizik a návrhy opatření
• MŽP ČR: Komplex úkolů týkajících se průzkumu a zhodnocení cesia (137Cs) a přirozených radionuklidů ve vybraných oblastech ČR
• Vysvětlivky pro jednotlivé listy map v rámci geologického mapování 1:25 000

V rámci řešených úkolů jsou postupně vytvářeny nové a modifikovány používané metodické postupy. Jde zejména o projekty týkajících se úložišť nebezpečných odpadů a skladování energie v horninovém prostředí.

• Především pro tyto účely jsou řešeny látkové změny v horninovém masívu (hornině) na podkladě jednoduše stanovitelných parametrů jako je pórovitost, mineralogická a objemová hustota a magnetická susceptibilita.
• Jako dobrý indikátor alterací, ale i strukturních parametrů slouží rezistivita a rychlosti elastických vln.
• Speciální magnetické vlastnosti (anizotropie a termomagnetické parametry) přináší nosnou informaci o strukturních poměrech v masívu a o minerálních alteracích.
• Spektrální radiometrie umožňuje stanovení eTh, eU, U(Ra) a K s nezávislým posouzením rovnováhy mezi 238U a 226Ra je dobrým indikátorem subrecentních a recentních migrací U, tedy i komunikací fluid v hornině.
• Doplnění spektra fyzikálních vlastností o specializovaná stanovení mikroporózity a anizotropie pórového prostoru přináší informace o geometrii pórového prostoru, možných směrech mikrotrhlin a směrech komunikací fluid. Soubor použitých metod umožňuje základní charakteristiku horninového masívu jako fyzikálně homogenního, nebo nehomogenního tělesa.

Součástí řešených úkolů jsou také nové metodické postupy odběrů a zpracování vzorků, jako jsou např. odběrové sondy a pracovní postupy pro odběry sedimentů z hlubokých nádrží, postupy měření a zpracování terénních i laboratorních dat při radiometrických stanovení ¹³⁷Cs a další.

Výzkum v oblasti migrace uhlovodíků

Spektrum využití fyzikálních vlastností hornin je široké. Jako příklad vhodné interpretace dat lze uvést výsledky z úkolů týkajících se výzkumu v oblasti migrace uhlovodíků. Ty přinesly nové poznatky o vlivu uhlovodíků na distribuci U(Ra) a K ve ždánicko-hustopečském souvrství. Bylo zjištěno, že oba prvky jsou účinkem uhlovodíků v procesu epigeneze vytěsňovány a změny jejich obsahů nad ložisky a mimo ně jsou měřitelné a interpretovatelné. V roce 2010 byly tyto výsledky navrženy komitétem ENI AWARD, Milano, Italy, do soutěže o mezinárodní ceny za nové poznatky v oblasti výzkumu uhlovodíků.

Obr. 1: Linearizovaná hloubková závislost pórovitostí pro některé litostratigrafické členy slezské a podslezské jednotky

Tyto změny fyzikálních vlastností v souvislosti s uhlovodíky souvisí zejména s procesy kompakce a lithifikace sedimentů v pánevních oblastech. Je známou skutečností, že v komplexu sedimentů - při nakupení mocnosti - ubývá pórovitosti s hloubkou vlivem gravitačního zatížení hmotností nadloží. Nejvýrazněji se tato„kompakce“ projevuje v případě prachovců a jílovců, méně výrazná je u psamitů. Příkladem může být linearizovaná hloubková závislost pórovitostí pro některé litostratigrafické členy slezské a podslezské jednotky, tak jak je prezentována na Obr. 1. Závislosti představují souborné zpracování několika set vzorků z početné skupiny vrtů v této oblasti.

Výzkum v oblasti České křídy

V oblasti České křídy lze na 3D sloupcovém grafu na Obr. 2 vyjádřit velikosti pórovitosti vztažené k úrovni recentního povrchu (umístění vrtů v souřadnicové síti JTSK) podél osy České křídové pánve, tedy přibližně ve směru Ústí n.L.(SZ) - Vysoké Mýto (JV ). Vrty jsou vždy podle rozmístění uskupeny podle čtverců 20 x 20 km (každý čtverec je v grafu reprezentován jedním sloupcem). Pro každý vrt je vždy vypočtena pórovitost jílovců s prachovci (Por) pro nadmořskou výšku povrchu, podle absolutní výšky (h) odběru každého vzorku s použitím lineárního vztahu Por = a + b.h, kde a, b jsou regresní koeficienty. Výsledky jsou vždy průměrovány pro vrty umístěné ve zmíněném čtverci. Graf obsahuje zpracování cca 1600 měření trojím vážením ve 42 vrtech. Z grafu je patrné, že pórovitost jílovců, vztažená k recentnímu povrchu, klesá podél osy pánve od SZ k JV, a to sice s místními oscilacemi, podle výšky tektonicky diferencovaných ker, avšak výrazně. JV část grafu, u které jsou pórovitosti nižší, jsou sloupce barevně odlišeny. Je známo, (např. Malkovský et al. 1974), že počínaje starosávskou fází dochází k výzdvihu Českého masivu – včetně pohybu jednotlivých ker. V důsledku toho je jv. část křídové tabule vyklenuta více než část sz.. Oddenudovaná mocnost na je tedy na jv. větší. Proto též kompakce jílovců v úrovni povrchu je na JZ vyšší, projevuje se nižší pórovitostí.

Prezentované jednoduché zákonitosti mají zásadní význam při hodnocení vodních zdrojů, vyhledávání uhlovodíků, podzemních zásobníků, úložišť odpadů, energetických zdrojů a pod. Spolu se strukturními studiemi s využitím anizotropie magnetické suceptibility, rezistivity a rychlostí elastických vln, podávají komplexní petrofyzikální obraz zájmového území.

Procento pórovitosti jílovců křídy v úrovni recentního povrchu; průměry ve vrtech ve čtvercích 20x20km podél osy křídové pánve v souřadnicové síti podle průměrů pórovitosti v jednotlivých vrtech pro jeden čtverec. Osa pánve Ústí n.L. (SZ) - Vysoké Mýto (JV).