Oddelenie gravimetrie a geodynamiky

webstránka oddelenia ústavu vied o zemi sav

Výskumná činnosť

Zemská kôra a litosféra

Výskum zameraný na stavbu a vlastnosti zemskej kôry a litosféry je založený na hustotnom a integrovanom 2D a 3D modelovaní tiažových anomálií, geoidových výšok, topografie, a tepelného toku pri využití dostupných údajov a poznatkov z ostatných geofyzikálnych, geologických a iných geovedných disciplín akými sú reflexná a refrakčná seizmika, geotermika, geomorfológia, tektonika, a podobne. Tento výskum je špeciálne zacielený na región Karpatsko-Panónskej oblasti.

Metodika obrátenej úlohy

Výskum zameraný na vývoj a inovácie v metódach riešenia obrátenej úlohy gravimetrie a všeobecne obrátenej úlohy v potenciálových poliach. Na našom oddelení sa vyvíja metodika takzvanej harmonickej inverzie. Vyvíjali sme aj takzvanú TFM metodiku založenú na špeciálnom druhu filtrovanbia tiažových údajov pomocou konvolučných integrálov na báze Stokesovho integrálu pre výpočet geoidu z tiažových anomalálií, kde polomer oblasti integrácie predstavuje voľný parameter, takzvaný parameter orezávania. V rámci medzinárodnej spolupráce sa podieľame na rozvoji a rozširovaní aplikovateľnosti modernej a pružnej metodiky pozostávajúcej z nasledovných procedurálnych krokov: odstránenie regionálneho trendu definovaného ako 2D harmonická funkcia, separácia signálu zdrojov vo vertikálnom zmysle pomocou trojitého harmonického pokračovania, aproximácia zdrojov pomocou hmotných úsečiek, nelineárna inverzia založená na iteratívnej procedúre pomocou takzvaných lokálnych korekcií, výsledkom ktorej sú homogénne telesá convexného tvaru a/alebo 3D povrchy štruktúrnych hustotných diskontinuít.

Geotermika

Výskum primárne zameraný na modelovanie teplotného poľa litosféry Západných Karpát a okolitých tektonických jednotiek. Vývoj vhodných modelovacích metód a numerických postupov pre interpretáciu geotermálnych dát v zložitých geologických štruktúrach ovplyvnených relatívne mladými tektonickými udalosťami t. j.  riešenie priamych a nepriamych geotermických úloh v stacionárnom alebo nestacionárnom režime. Vyhľadávanie zdrojov geotermálnej energie na území Slovenska pomocou geotermických metód. 

Geodynamika

Výskum zameraný na štúdium zemských slapov a deformácií zemskej kôry, a na monitorovanie a interpretáciu extenzometrických meraní. Zvlášť sa zaujímame o neperiodickú zložku extenzometrických údajov s jej využitím pre štúdium pomalých tektonických deformácií kôry, a o odvodenie reologických vlastností zemskej kôry.
Zaoberáme sa aj interpretáciou deformácií zemského povrchu a zmien tiaže pozorovaných v aktívnych či prebúdzajúcich sa sopečných oblastiach.

Mikrogravimetria

Výskum zameraný na interpretáciu presných detailných mikrogravimetrických pozorovaní s využitím v archeologickom priekume a pri štúdiu geohazardov, so zacielením na detekciu plytkých dutín akými sú krypty, hrobky, chodby a bunkre na územiach kultúrneho či historického významu, alebo nezmapovaných poddolovaných oblastí v obývaných oblastiach či pod infraštruktúrou. Mikrogravimetriu podľa možnosti kombinujeme s georadarom. Počítame detailnú a presnú topografickú korekciu, takzvanú opravu na účinok múrov budov, pomocou photogrametrických metód a nami vyvinutého výpočtového programu Polygrav, ktorý využíva modely na základe 3D mnohostenov zrekonštruovaných z fotografií pomocou špeciálneho fotogrametrického softvéru.

Slapová stanica Vyhne

Naše oddelenie prevádzkuje slapovú stanicu vo Vyhniach na juhu stredného Slovenska vo vulkanitoch Neogénu Štiavnických vrchov. Ústrednou pozorovacou aparatúrou je extenzometer založený na 20-metrovej kremennej tyči, umiestnený v banskej štôlni sv. Antona Paduánskeho.

 

 

Mapa zostrojená na základe geotermických údajov a magnetotelurických dát na vyznačených pozíciách

Korelačná mapa rozloženia  hustoty zemského tepelného toku  ( farebná škála v mW/m² )   a  rozloženia hrúbky lithosféry (v km) na základe geothermických dát (zelené plné a čiarkované izolínie) resp. z magnetotelurických dát pre miesta určenia (modré hviezdičky a číselné hodnoty). 

  • Prístupy konštrukcie podkladových materiálových modelov a modelov tektonických prvkov
  • Metodika riešenia obrátených úloh
  • Analytické a numerické riešenia matematicko-fyzikálnych úloh stacionárneho a časovo-premenlivého prenosu tepla v nehomogénnom 1D až 3D prostredí
  • Konštrukcia potrebného programového vybavenia
  • Aplikácia metodiky geotermického modelovania na štúdium tepelného stavu litosféry v skúmaných územiach
  • Konštrukcia grafických výstupov v podobe vertikálnych a horizontálnych rezov i máp rozloženia teploty a zložiek hustoty tepelného toku na rôznych geologických rozhraniach.

 

Mikrogravimetrické prieskumy za účelom detekcie dutín realizované v interiéri budov vyžadujú vysokú presnosť počas zberu údajov a moderné procedúry na ich spracovanie. Vypracovali sme novú metódu na výpočet účinkov stavieb, ktorá využíva geodetické merania a fotogrametrický softvér PhotoModeler. Výhody nového prístupu sú dokumentované  na prípadovej štúdii z malého slovenského kostola, kde boli v lete 2009 identifikované dve krypty použitím metód mikrogravimetrie a georadaru. Ukázali sme, že metódy blízkej fotogrametrie ponúkajú možnosť zdokonaliť postup spracovania mikrogravimetrických údajov.

 Kostol sv. Kataríny

Zrúcanina kláštora a kostola sv. Kataríny je významným príkladom slovenského kultúrneho dedičstva. Integrovaný geofyzikálny prístup za účelom identifikácie a popisu podzemných archeologických štruktúr bol použitý v hlavnej lodi bývalého kostola. Kombinácia mikrogravimetrie a georadaru je veľmi efektívny nástroj pre takéto mapovanie. Výsledky z 36 georadarových profilov boli zobrazené vo forme horizontálnych a vertikálnych časových rezov. Na mape reziduálnych Bouguerových anomálií boli nájdené viaceré tiažové minimá. Na odhad hĺbky a tvaru anomálnych zdrojov boli použité poloautomatické metódy, konkrétne Eulerova dekonvolúcia a harmonická inverzia.

Pozorovateľné (merateľné) zmeny tiažového zrýchlenia na povrchu zeme a merateľné  vertikálne posuny polohy zemského povrchu (deformácie zemského povrchu) slúžia ako ukazovatele dynamických procesov prebiehajúcich v útrobách Zeme. Medzi takéto procesy patria aj pohyby magmy a fyzikálne a chemické zmeny v jej vlastnostiach, ktoré predchádzajú sopečným erupciám. Pozorovanie, analýza a interpretácia zmien tiaže a deformácií zemského povrchu prispievajú k nášmu rozumeniu sa fyzike magmy a procesom, ktoré sú spojené so sopečnou činnosťou na našej planéte.

V roku 2004  zažil  ostrov  Tenerife v súostroví  Kanárskych ostrovov  nemalé vzrušenie  spôsobené  seizmickým nepokojom a výronom sopečných plynov v okolí sopky Teide. Pálčivou otázkou, ktorú bolo treba vyriešiť, bolo či sa schyľuje k erupcii. K erupcii nakoniec nedošlo, avšak namerané geofyzikálne údaje prezradili dosť o tom, čo sa v roku 2004 udialo v útrobách centrálneho sopečného komplexu ostrova Tenerife.

Keďže sme mali k dispozícii údaje o zmenách tiaže nameraných počas seizmického nepokoja v centrálnej časti ostrova, pustili sme sa do opätovnej interpretácie týchto dát s cieľom vydolovať z nich viac ako naši predchodcovia. Interpretovali sme zmeny tiaže namerané v období máj 2004 až júl 2005 Jo-om Gottsmannom a jeho kolegami. Naším cieľom bolo použiť na interpretáciu nami rozvíjanú inverznú metodiku a pokúsiť sa identifikovať prípadný magmatický zdroj. Pri interpretácii sme použili našu vlastnú dekompozíciu tiažového signálu na časti pochádzajúce od plytkých zdrojov a od hlbokých zdrojov. Táto dekompozícia bola úspešná a potvrdila podozrenie, že hlbší zdroj je magmatického pôvodu a plytšie zdroje sú hydrotermálne roztoky iniciované injektážou magmy v hlbších oblastiach pod sopkou. Tieto naše výsledky odkryli, že v 2004 došlo na sopke Teide k pokusu o erupciu, ktorá však zlyhala v hĺbke asi 6 km pod hladinou mora.

TFM metodika

Napísal(a) | Zverejnené v: Metodika obrátenej úlohy |

Metodika filtrovania postupným orezávaním  (TFM metodika) patrí k  metódam interpretácie  tiažových údajov, ktoré sú založené na zvýraznení hľadaného signálu a na rozpoznávaní vzorov. Túto metodiku začal vyvíjať Dr. Vajda počas svojho doktorandského štúdia na University of New Brunswick v Kanade v roku 1993. Začalo to skúmaním, či orezaný Stokesov integrál, ktorý sa využíva pre výpočet geoidových výšok z tiažových anomálií, a má jeden voľný parameter, takzvaný parameter orezania, ktorý predstaveuje polomer oblasti, z ktorej vstupujú tiažové anomálie do konvolučného Stokesovho povrchového integrálu pri numerickej integrácii, môže prezradiť niečo o hustotnom rozdelení, ktoré generuje tiažové pole v danej oblasti. Motiváciou pre tento výskum bol fakt, že fyzikálny zmysel neúplného (orezaného) geoidu vypočítaného cez neúplný (orezaný) Stokesov integrál sa mení v závislosti od hodnoty parametra orezania, v spektre hodnôt od 0 do pi, od škálovanej tiažovej anomálie až po geoid, a teda sa očakávalo, že sa bude správať ako skener krivosti plochy tiažového polľa, v ktorej je zapísaná informácia o hustotnom rozdelení pod povrchom zeme, a svojím spôsobom aj ako hĺbkový tomograf.