Geoelektrika

Geoelektrika je jednou z nejmladších geofyzikálních disciplín. I když první kroky k aplikaci geoelektrických metod v geologii byly učiněny již před více než 100 lety, k rozvoji geoelektriky dochází až na počátku 20. století. U nás se s rozsáhlejšími výzkumy začalo až po 2. světové válce. Pro geoelektriku je charakteristický velký počet dílčích metod, z nichž mnohé mají řadu modifikací, což umožňuje horniny diferencovat podle měrného odporu (odporové a nízkofrekvenční elektromagnetické metody), permitivity (vysokofrekvenční elektromagnetické metody) a polarizovatelnosti (elektrochemické metody).

Obr. 1: Odporová stejnosměrná aparatura MIMI-II (fa Geofyzika Brno)

Geoelektrické metody dělíme zjednodušeně na stejnosměrné, elektrochemické a elektromagnetické. Nejvýznamnější stejnosměrné metody jsou metody odporové, založené na využití Ohmova zákona. V případě odporového profilování se s měřící aparaturou a s uspořádáním s neměnným rozestupem měřících i proudových elektrod pohybujeme podél profilu a zjišťujeme zdánlivý měrný odpor v konstantní hloubce, u vertikálního elektrického sondování sledujeme změnu zdánlivého měrného odporu s hloubkou, při čemž střed uspořádání elektrod zůstává na místě a elektrody se symetricky vzdalují od středu na obě strany profilu. Odporové profilování se uplatňuje při mapování kontaktů hornin s různým měrným odporem, při vyhledávání vodičů, tenkých nevodičů apod. Vertikální sondování slouží zejména ke studiu horizontálně zvrstveného prostředí např. při hydrogeologickém průzkumu v sedimentárních pánvích. Odporovým metodám jsou svými teoretickými základy a technikou terénních měření blízké potenciálové metody. Rozdíl spočívá v tom, že sledovaným parametrem je elektrický potenciál nebo jeho gradient. Do této skupiny patří i metoda nabitého tělesa, při níž jako jedna proudová elektroda slouží vodivé rudní těleso zastižené vrtem nebo báňským dílem. V poslední době se uplatňují odporové metody především v multi-elektorodové modifikaci. Díky softwarovému vybavení lze toto měření interpretovat i jako „prozařování“ – ERT (electrical rezistivity tomography).

Obr. 2: Aparatura ARES II ("multikabel" - fa GF Instruments, ČR)

Při vyhledávání přirozených vodičů 1. řádu (grafit, sulfidická mineralizace) se uplatňují elektrochemické metody. V metodě spontánní polarizace měříme přirozená stejnosměrná elektrická pole filtračního a difúzního charakteru v okolí přirozených vodičů samovolně vznikající nad ložisky v důsledku oxidačně redukčních procesů. Pokud nejsou splněny podmínky pro vznik pole spontánní polarizace, např. vzhledem k velké hloubce vodivých těles nebo nepříznivé struktuře vodivých minerálů (vtroušené zrudnění), můžeme vyhledávaný objekt polarizovat uměle proudovými impulsy – metoda vyzvané polarizace.

Elektromagnetické metody mají ve srovnání s předcházejícími typy metod složitější teoretické základy, protože na rozdíl od stacionárního pole zde vystupuje jako další faktor časová závislost. Jejich podstatná výhoda spočívá v tom, že většinou nevyžadují galvanické spojení se zemí, proto se ve velkém rozsahu uplatňují při aerogeofyzikálních průzkumech. Pro jednoduchost dělíme elektromagnetické metody podobně jako metody odporové na elektromagnetické profilování a elektromagnetické sondování. Od 90. let minulého století se elektromagnetické metody aplikují stále častěji při měření georadarem (radar využívající velmi vysoké frekvence).

Elektrické vlastnosti hornin (viz též petrofyzika) mohou být zkoumány v laboratoři na vzorcích, nebo v terénu, kde jsou horniny v přirozených úložních podmínkách. Měrný odpor hornin zjištěný laboratorně (obr. 3) je většinou podstatně vyšší než hodnoty naměřené přímo v terénu, což je způsobeno nemožností zachovat přirozený stav odebraného vzorku, zejména jeho vlhkost a mineralizaci vod zaplňujících póry. Výsledky laboratorních měření slouží tedy pouze jako orientační, nejspolehlivější údaje o elektrických vlastnostech hornin poskytuje měření ve vrtech (karotáž).

Obr. 3: Měrné odpory vybraných minerálů; Mareš, S. et al. (1979): Úvod do užité geofyziky

Česká geologická služba archivuje měření vertikálního elektrického sondování (VES) od padesátých let dvacátého století, situace nejvýznamnějších geoelektrických průzkumů je znázorněna ve webové mapové aplikaci geofyzikální měření ČR. Měření VES se uplatňuje při vyhledávání vodních zdrojů i řešení geologické a inženýrsko-geologické problematiky, kdy jsou nezbytné informace o hloubkách a charakteru horninového podloží pod sedimentárním pokryvem. Na obrázcích 4 a 5 jsou uvedeny příklady zpracování měření metodou VES. V rámci projektu Rebilance zásob podzemních vod ve vybraných rajonech ČR byly v posledních letech analyzovány geofyzikální zprávy z archivu ČGS-Geofondu obsahující metodu VES, které řešily problematiku geologické a hydrogeologické stavby ve vybraných hydrogeologických oblastech. Nově byly proměřeny metodou VES další plochy, především v oblasti české křídové pánve, která představuje jeden z nejvýznamnějších současných i potenciálních zdrojů pitné vody.

Obr. 4: Ukázka interpretovaného geoelektrického řezu dle VES; archivní materiály z hydrogeologického průzkumu v oblasti Linhartovy (okres Bruntál) z roku 1989

Obr. 5: Ukázka mapy izohyps podloží kvartéru dle VES; archivní materiály z hydrogeologického průzkumu v oblasti Linhartovy (okres Bruntál) z roku 1989