Geofizička istraživanja

Za potrebe rješavanja geotehničkih problema, koji se odnose na građevinske ili zahtjeve zaštite životne sredine, značajnu primjenu u praksi imaju geofizička istraživanja. Ova istraživanja obuhvataju niz metoda kojima se utvrđuje strukturna građa tla. Pomoću geofizičkih metoda se indirektnim postupkom određuju inženjerske karakteristike materijala. Ove metode služe za utvrđivanje rasporeda, debljine i svojstava pojedinih slojeva ispod površine terena, na kojem je predviđena izgradnja određene konstrukcije.

Geofizička mjerenja se vrše sa površine tla, u bušotinama, iskopima ili u kombinaciji ovih tačaka gde se postavljaju izvori i detektori. Obim ispitivanja, vrste metoda i tehnika rada uglavnom zavise od cilja ispitivanja, raspoloživih sredstava, geoloških i topografskih uslova. Danas se koristi veliki broj geofizičkih metoda, ali najveću primjenu u Crnoj Gori, imaju geoelektrična tomografija i seizmička refrakcija.

Geoelektrična tomografska istraživanja pripadaju grupi tehnološki vrlo savremenih metoda namijenjenih ispitivanju strukturne građe tla, obično do dubine od oko 100 do 200 metara. Ove metode se primjenjuje u različitim varijantama, saglasno cilju istraživanja, a zavisno od načina kompozicije dispozitiva elektroda koje se koriste za ostvarivanje električnog kontakta sa tlom, odnosno za saopštavanje električnog polja tlu i istovremenom osmatranju njegovog odziva. Ova metoda je zasnovana na efektu razlike električnih provodljivosti različitih vrsta stijena i materijala na pobudu vještački generisanih električnih polja.

Proces geoelektričnog tomografskog ispitivanja izvodi se višestrukim profiliranjem istog prostora, uz sukcesivno povećanje raspona elektrodnog dispozitiva, ostvarujući gusto električno prozračivanje cijelog profila terena – u horizontalnom i vertikalnom pravcu. Ovaj oblik geoelektričnog ispitivanja može se obavljati u 2D ili 3D varijanti, odnosno u vidu dvodimenzionog i trodimenzionog skeniranja terena. Ukupna dužina skenirajućih profila je proizvoljna, a utvrđuje se saglasno potrebama planiranog ispitivanja sa aspekta zahvata po dubini i po dužini profila. Stepen tačnosti i rezolutnosti ove metode zavise od dubine istraživanja, a načelno se može izraziti kao 1-2 % od dubine ispitivanja, što zavisi od konkretnih uslova za njenu

Proces numeričkog geoelektričnog modelovanja u kompjuterskoj obradi rezultata terenskih instrumentalnih geoelektričnih opservacija, obavlja se na vrlo kompleksnom matematičkom modelu tla, kojim se realni geološki presjek terena aproksimira grupom od nekoliko hiljada prizmatičnih dvodimenzionalnih (odnosno trodimenzinalnih) blokova. Numeričkim simultanim invertovanjem razlika između rezultata mjerenja i rezultata proračuna geoelektričnog odziva formiranog matematičkog modela tla, u iterativnom postupku se obavlja konvergentno optimizovanje istinitih vrijednosti specifičnih električnih otpornosti tla za sve blokove u modelu. Rezultujući model se prikazuje u odgovarajućoj grafičkoj formi, tako da se može direktno geološki interpretirati, s obzirom na referentne vrijednosti električnih otpornosti različitih geoloških formacija.

Najčešće oblasti primjene ove metode su: hidrogeološka ispitivanja podzemnih voda, geotehnička ispitivanja – za potrebe fundiranja, ispitivanja stabilnosti kosina (klizišta), istraživanje strukturne i geološke građe terena, inženjersko-geološka ispitivanja pregradnih mjesta na rječnim tokovima itd.

Seizmička refrakcija je površinska ne-invazivna geofizička metoda, koja se često koristi u terenskim istraživanjima mehaničkih svojstava tla i stijena. Temelji se na mjerenju vremena širenja elastičnih seizmičkih talasa, od izvora do seizmičkih prijemnika (geofona), kroz geološke strukture pod površinom. Seizmički talasi se na svom putu prelamaju na granicama različitih geoloških sredina, zbog razlike u njihovim elastičnim svojstvima i specifičnoj gustini. Kada seizmički talas pri prostiranju u jednoj sredini dopre do sredine sa različitom brzinom njegovog prostiranja, dio njegove energije se na toj granici reflektuje, a drugi se prelama (refraktuje) sljedujući osnovne zakone optičke fizike, koji se primjenjuju i u oblasti prostiranja elastičnih deformacija materijala. Kod seizmičkih refrakcionih istraživanja, osmatra se dio seizmičke energije koja je od njenog izvora do tačke osmatranja, odnosno seizmičkog prijemnika, prenijeta procesom refraktovanja.

Kao izvor seizmičkog talasa u seizmičkim refrakcionim istraživanjima na relativno malim rastojanjima, koristi se mehanička pobuda ostvarena najčešće čekićem mase oko 10 kg. Nakon pobude, talasi se šire u svim pravcima kroz tlo izazivajući njegove elastične deformacije i nakon određenog vremena stižu do tačaka na površini, gde se geofonima detektuje njihov nailazak. Obradom podataka mjerenja vremena putovanja talasa od izvora do geofona, poznavajući udaljenost geofona od izvora, principijelno se može sračunati brzina širenja elastičnih talasa kroz tlo na putu između tačke pobude i tačke prijema seizmičkog talasa.

Na osnovu brzine prostiranja seizmičkih talasa kroz geološku sredinu mogu se izvoditi proračuni vrijednosti vrlo značajnijih fizikalnih parametara te sredine, kao što su: čvrstoća i kvalitet stijene, specifična gustina i poroznost, koeficijent vodopropusnosti, elastični parametri deformabilnosti itd.

Analizom talasne forme, odnosno, vremenskih, amplitudinih i frekventnih karakteristika P i S seizmičkih talasa mogu se odrediti dinamičke konstante elastičnosti, ali i uspostaviti jasna distinkcija između različitih geoloških materijala, koji imaju iste ili slične brzine uzdužnih talasa.