Gravimetrie geologica

Fig.1.2 Lucrri gravimetrice efectuate de autor: - de detaliu: 1. Bazinul Maramure, Zona Ocna ugatag - Botiza;* 2. Depresiunea Transilvaniei, Zona Blaj - Sebe - Sibiu - Avrig; 3. Depresiunea Panonic, Zona Sud Salonta - Nord Arad; - de mare detaliu: 4. Zona Bia Bihor; 5. Zona Abrud; - microgravimetrice: 6. Zona masivului de sare de la Ocna Mureului; - n subteran: 7. Maca Bioara - Cacova Ierii; 8. Movila Spat - Dealul Cortelu; 9. Boldu - Roata; 10. Baia Bora; 11. Moldova Nou; - marine de fund i de bord: 12. Shelful continental romnesc al Mrii Negre. * participare n calitate de inginer stagiar 5

Constantin tefan SAVA

Contribuii la dezvoltarea metodei gravimetrice De mai multe decenii prospeciunea gravimetric constituie un mijloc eficient pentru rezolvarea celor mai variate probleme geologice. Corpurile geologice cu volume suficient de mari, n contrast de densitate fa de mediul n care se afl i plasate destul de aproape de suprafa, pot fi puse n eviden cu ajutorul msurtorilor gravimetrice efectuate ntr-o reea de puncte adecvat. Cercetrile gravimetrice sunt efectuate n condiii dintre cele mai variate: n zone cu relief linitit sau accidentat, pe mare sau pe fundul mrii, n aer, n lucrri miniere sau n guri de sond, n spaiul cosmic cu ajutorul sateliilor artificiali i chiar pe Lun, aceasta datorit perfecionrii aparaturii i dispozitivelor de transport ale acesteia, precum i procedeelor noi de nregistrare a rezultatelor msurtorilor propriu zise. Precauiile care trebuie avute n vedere n timpul msurtorilor i modul de tratare a rezultatelor acestora sunt diferite, funcie de locul n care se execut. Atta timp ct prospeciunile gravimetrice s-au desfurat n zone de es, nimeni nu i-a pus n mod serios problema cercetrii mai atente a semnificaiei i punctului de aplicaie al anomaliei Bouguer. Pe msur ce a fost demonstrat aplicabilitatea metodei gravimetrice n cadrul prospeciunilor pentru minereuri, substane care se afl n general n regiuni muntoase, s-a pus n mod acut problema cunoaterii influenei reliefului asupra hrii gravimetice. Problema mbuntirii tehnicii de construcie a hrii anomaliei gravimetrice Bouguer, aa cum era privit n concepia clasic, s-a aflat o lung perioad de timp n atenia cercettorilor implicai n acest domeniu de activitate. Pe de o parte, s-a pus problema utilizrii gradientului vertical anomal al gravitii, aprnd astfel necesitatea cunoaterii evoluiei pe vertical a acestei mrimi, iar pe de alt parte, sa pledat pentru utilizarea densitii variabile pentru stratul intermediar, elaborndu-se numeroase procedee de determinare a valorilor acesteia. Luarea n considerare a gradientului vertical anomal pentru "reducerea n aer liber" ar trebui s se substituie unei continuri n jos. ns, continuarea este altceva dect o simpl nmulire ntre o valoare de gradient i o diferen de cot. De asemenea, utilizarea densitii variabile pentru stratul intermediar echivaleaz practic cu o operaie de dezvelire gravimetric. Ambele operaii amintite mai sus,dac ar fi 6

Gravimetrie geologica efectuate n aa fel nct s se ating scopul lor declarat, ar fi lipsite de sens. Cunoaterea amnunit a constituiei stratului intermediar n zonele cu relief accidentat ar face inutil prospeciunea gravimetric. n cazul real cunoatem destul de puin, sau chiar nimic, despre alctuirea geologic a acestui strat. De asemenea, dispunem de date destul de sumare asupra densitii rocilor i formaiunilor geologice. Chiar dac s-ar putea elimina din gravitatea observat efectul maselor ntre suprafaa terenului i planul de referin "transportul" valorii de gravitate, astfel obinute, n jos, este practic imposibil de realizat, datorit faptului c nu putem cunoate gradientul vertical al anomaliilor produse de neomogenitile din profunzime. Dificultile relatate mai sus au fcut s apar numeroase preocupri pentru redefinirea anomaliei cmpului gravitii. Considerm esenial introducerea noiunii de model teoretic al Pmntului. Calculul atraciei exercitate dup direcia vertical n punctul de staie de modelul teoretic al Pmntului, implic n etapa actual o serie de aproximaii, dar care, cel puin principial, ar putea fi eliminate complet. Valoarea atraciei gravitaionale exercitate de un Pmnt cu forma celui real, dar omogen din punctul de vedere al densitii, se compar n punctul de staie cu valoarea de gravitate observat acolo i care constituie o realitate fizic. Din diferena acestor dou valori rezult ceea ce putem numi "anomalia cmpului gravitii" sau mai pe scurt "anomalia gravitii". Cu toate c n literatura de specialitate nu s-a pus problema eliminrii noiunii de "anomalie gravimetric Bouguer", considerm c aceast chestiune nu este lipsit de interes, mai ales, pentru evitarea oricror confuzii. De fapt, nu este cazul s punem problema eliminrii noiunii de "anomalie gravimetric Bouguer", care aparine gravimetriei geodezice, ci s evitm introducerea fr discernmnt a noiunilor respective n prospeciunea gravimetric. Reinem, deci c Geodezia i gravimetria geodezic studiaz forma i dimensiunile Pmntului (elipsoid - geoid). Un citat referitor la "reducerea gravitii" dintr-un cunoscut tratat de geodezie (Dragomir et al., 1977): "Determinarea ondulaiilor geoidului prin intermediul formulei Stokes, a avut ca premiz iniial faptul c potenialul perturbator este o funcie armonic n spaiul exterior geoidului. Ca o consecin s-a presupus c n afara geoidului nu sunt mase de atracie.De asemenea, condiia limit presupune cunoaterea gravitii pe suprafaa geoidului. n practic ns, msurarea gravitii se efectueaz pe suprafaa fizic a Pmntului, ntre aceast suprafa i geoid 7

Constantin tefan SAVA existnd mase de atracie a cror densitate este cunoscut doar aproximativ. In continuare aceste mase vor fi denumite mase topografice. Pentru aducerea valorii gravitii de pe suprafaa fizic pe geoid i pentru a evalua influena maselor topografice asupra acesteia, se aplic valorii g msurat o corecie denumit reducere gravimetric. Funcie de modul cum este luat n considerare atracia maselor topografice, se deosebesc mai multe tipuri de reduceri gravimetrice: n aer liber, Bouguer, corecia de relief, izostatic", este ct se poate de elocvent pentru susinerea concepiei pe care am adoptat-o... Schimbarea concepiilor n legtur cu definirea anomaliei cmpului gravitii are implicaii profunde, att n etapa de prelucrare a datelor ct i n etapa de interpretare a hrii gravimetrice. Toate procedeele de prelucrare i transformare a materialului gravimetric primar sunt elaborate n vederea abordrii unor distribuii plane de valori. Cazul real, al distribuiei valorilor anomale pe suprafaa topografic a pmntului ne pune n faa a dou alternative: ori realizm continuarea anomaliei gravitii ntr-un plan i astfel, putem utiliza toate procedeele clasice de prelucrare i transformare a materialului gravimetric primar, ori elaborm noi procedee de prelucrare i transformare care s poat fi aplicate unor distribuii neplane de valori. Prima alternativ ni se pare mai atrgtoare Este necesar, ns, ca procedeele de aducere n acelai plan a valorilor anomaliei gravitii (preliminary processing Ianas & Sava, 1975) s fie mbuntite nct s poat conserva precizia iniial a hrii gravimetrice!

8

Gravimetrie geologica

Fig.1.3 Modul de calcul al anomaliei gravitii pe suprafaa terenului.

9

Constantin tefan SAVA

Fig.1.4 Modul de calcul al anomaliei gravitii n subteran.

10

Gravimetrie geologica Datorit creterii fr precedent a volumului de cunotine, a aprut necesitatea stabilirii unor noi delimitri ntre domeniile de cercetare nou abordate, care nu mai corespund cu domeniile clasice. Astfel au aprut aa-numitele tiine, discipline de grani: gravimetrie geodezic, geologie fizic etc. Dac avem Gravimetrie geodezic, Geologie fizic .a., dece nu am avea i Gravimetrie geologic? Prospeciunea gravimetric, sau, Gravimetria geologic, determin, deci, variaiile gravitii pe suprafaa Pmntului n scopul obinerii de informaii privitoare la structura geologic a crustei terestre. Admite un sistem de referin geodezic pentru stabilirea poziiei punctelor de msur, admite o variaie normal a gravitii pe suprafaa elipsoidului de referin, adopt o modalitate de obinere a gravitii normale, n punctele n care au fost efectuate msurtorile, pe, sub, sau n afara suprafeei reale a Pmntului i definete ca anomalie a gravitii:

g = g - unde:

g - anomalia gravitii,g - gravitatea msurat,

- gravitatea calculat ca efect al unui Pmnt teoretic, identic ca form cucel real, dar omogen din punctul de vedere al densitii. Punctul de aplicaie al valorilor g este, deci, "staia" n care a fost efectuat msurtoarea cu gravimetrul! Aceast abordare se rsfrnge imediat asupra modului n care utilizm noiunea de model n activitatea noastr. Modelele sunt cu att mai eficiente cu ct se aproprie mai mult de situaia real din natur, n care anomalia cmpului gravitii este obinut pe suprafaa real a pmntului i este produs de mase anomale de forme neregulate. Imaginile pe care le prezentm, au fost realizate cu procedee care permit evaluarea cu uurin a anomaliei gravitii n tot spaiul n care se afl plasat sursa studiat, reprezentnd deci "seciuni gravimetrice" - cazul cercetrilor efectuate n lucrri miniere i n sonde. De la acest caz general se poate trece cu uurin la cazul "particular" al hrii gravimetrice pe o suprafa cu form oarecare-cazul lucrrilor efectuate n zone cu relief accidentat, inclusiv cele efectuate pe fundul mrii. 11

Constantin tefan SAVA

Fig.1.5 Anomalia g a unei prisme verticale finite ( =1g/cm3) a. harta pe un plan orizontal; b. seciune vertical a prismei i profilul anomaliei g.

Fig.1.6 Anomalia z a unei sfere ( = 1500 x10-6uCGS; I = 660) a. harta pe plan orizontal; b. seciune vertical a sferei i profilul anomaliei z.

12

Gravimetrie geologica

Fig.1.7 Anomalia g a unui cilindru vertical finit: a. seciune vertical axial; b. profil orizontal; c. profil vertical axial.

Fig. 1.8 Anomalia z a unui ansamblu format din doi cilindri orizontali infiniti.

Fig.1.9 Seciune vertical a anomaliei g a unei prisme orizontale infinite ( = 0,10 g/cm3).

Fig.1.10 Seciune vertical a anomaliei z a unui cilindru orizontal infinit.

13

Constantin tefan SAVA

14Fig.1.11 Anomalia g a unei sfere ( = 0,25 g/cm3) a. harta pe o suprafa cu relief pozitiv (cota centrului sferei hs = 100 m); b. harta pe o suprafa cu relief negativ (hs = -200 m).

Gravimetrie geologica

15

Fig.1.12 Anomalia z a unei sfere ( = 1500 x10-6 uCGS, I = 660) a. harta pe o suprafa cu relief pozitiv (cota centrului sferei hs = 100 m); b. harta pe o suprafa cu relief negativ (hs = -200 m).

Constantin tefan SAVA

16

Fig.1.13 Anomalia g a unui cilindru orizontal infinit ( = 0,25 g/cm3) a. harta pe o suprafa cu relief pozitiv (cota axului cilindrului hc = -175 m); b. harta pe o suprafa cu relief negativ (hc = -225 m).

Gravimetrie geologica

17

Fig.1.14 Anomalia z a unui cilindru orizontal infinit ( = 1500 x10-6 uCGS, I = 660) a. harta pe o suprafa cu relief pozitiv (cota axului cilindrului hc = -175 m); b. harta pe o suprafa cu relief negativ (hc = -225 m).

Constantin tefan SAVA

Fig.1.15 Seciune vertical a anomaliei g a unui cilindru orizontal infinit cu form neregulat ( =1g/cm3).

18

Gravimetrie geologica Pledez pentru introducerea n practica prospeciunii gravimetrice, alturi de reprezentrile clasice ale anomaliei gravimetrice sub form de profil i sub form de hart, construite pe baza distribuiilor plane (!) de valori (Fig.1.5 i 1.6), a seciunilor gravimetrice (Fig.1.7-10, 15) i a hrilor trasate pe suprafaa real a terenului (Fig.1.11-14)! Pledez, de asemenea, pentru utilizarea gradienilor anomaliei gravitii, n special a gradientului orizontal, deosebit de utili pentru evidenierea distribuiei n spaiu a maselor perturbatoare i a contactelor dintre acestea. Prelucrarea i transformarea direct a hrii gravimetrice obinute pe suprafaa real a pmntului se dovedete a fi o operaie extrem de dificil. De fapt nici nu dispunem de procedee care s poat fi aplicate n practic. Considerm c aducerea n prealabil a valorilor anomaliei gravitii n acelai plan orizontal constituie o soluie raional. Dup realizarea acestei operaii, hrii gravimetrice obinute i pot fi aplicate toate procedeele de prelucrare i transformare cunoscute. Dintre toate prelucrrile posibil de aplicat hrilor gravimetrice, acord o importan deosebit aa-numitei "corecii geologice" sau "dezveliri gravimetrice". Dup eliminarea succesiv sau chiar simultan a efectelor gravimetrice ale formaiunilor geologice cunoscute, harta gravimetric astfel obinut este capabil s dezvluie trsturi necunoscute pn n acel moment ale structurii geologice de adncime. Aa cum vom vedea, chiar i evaluarea efectului apei n cazul cercetrilor marine, inclus n toate tratatele de specialitate n formula de calcul a anomaliei Bouguer (!?), poate fi asimilat cu o "corecie geologic"! Care este deosebirea, spre exemplu, ntre cazul eliminrii din harta gravimetric a efectului formaiunilor sedimentare noi din Depresiunea Transilvaniei i cel al eliminrii efectului apei din orice harta gravimetric marin?

19