ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΤΕ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ
ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
«ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΚΑΙ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ- ΔΙΑΓΡΑΦΙΩΝ (LOGGING) ΣΤΗΝ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΚΑΙ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΩΝ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ
ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO
2) ΣΤΗΝ Β.Δ. ΕΛΛΑΔΑ»
ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΑΡΑΠΙΔΗΣ
ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΔΡ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Κ. ΚΑΡΓΙΩΤΗΣ
ΚΑΒΑΛΑ 2013
ΕΓΚΡΙΝΕΤΑΙ
Ο ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ
Ευάγγελος Κ. Καργιώτης
Κενή σελίδα
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ
ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΤΕ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ
ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ
«ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΜΕΘΟΔΩΝ ΚΑΙ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ- ΔΙΑΓΡΑΦΙΩΝ (LOGGING) ΣΤΗΝ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΚΑΙ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟ ΚΟΙΤΑΣΜΑΤΩΝ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ
ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO
2) ΣΤΗΝ Β.Δ. ΕΛΛΑΔΑ»
ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ ΜΑΡΑΠΙΔΗΣ
ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΔΡ. ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Κ. ΚΑΡΓΙΩΤΗΣ ΚΑΒΑΛΑ 2013
Τ.Ε.Ι. ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΑΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ
ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ © 2013
Η παρούσα Πτυχιακή Εργασία και τα συμπεράσματά της σε οποιαδήποτε μορφή αποτελούν συνιδιοκτησία του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου του ΤΕΙ Καβάλας και του φοιτητή. Οι προαναφερόμενοι διατηρούν το δικαίωμα ανεξάρτητης χρήσης και αναπαραγωγής (τμηματικά ή συνολικά) για διδακτικούς και ερευνητικούς σκοπούς. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να αναφέρεται ο τίτλος, ο συγγραφέας, ο επιβλέπων και το εν λόγω τμήμα του ΤΕΙ Καβάλας.
Η έγκριση της παρούσας Πτυχιακής Εργασίας από το Τμήμα Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου δεν υποδηλώνει απαραιτήτως και αποδοχή των απόψεων του συγγραφέα εκ μέρους του Τμήματος.
---
Ο υποφαινόμενος δηλώνω υπεύθυνα ότι η παρούσα Πτυχιακή Εργασία είναι εξ’ ολοκλήρου δικό μου έργο και συγγράφηκε ειδικά για τις απαιτήσεις του προγράμματος σπουδών του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου. Δηλώνω υπεύθυνα ότι κατά τη συγγραφή ακολούθησα την πρέπουσα ακαδημαϊκή δεοντολογία αποφυγής λογοκλοπής. Έχω επίσης αποφύγει οποιαδήποτε ενέργεια που συνιστά παράπτωμα λογοκλοπής. Γνωρίζω ότι η λογοκλοπή μπορεί να επισύρει ποινή ανάκλησης του πτυχίου μου.
Υπογραφή
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Η παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματεύεται την αξιοποίηση της μαγνητοτελλουρικής, μεθόδου και των γεωφυσικών καταγραφών – Διαγραφίων για τον εντοπισµό κοιτάσματος δειοξειδίου του άνθρακα (CO2), σε ιζηματογενείς γεωλογικούς σχηµατισµούς στην ΒΔ Ελλάδα.
Για το σκοπό αυτόν χρησιμοποιήθηκαν επτά μαγνητοτελλουρικές γραµµές έρευνας, που πραγματοποιήθηκαν το καλοκαίρι του 2009. Μετά το πρώτο στάδιο της επιφανειακής γεωφυσικής διερεύνησης αποφασίστηκε η ανόρυξη (σε συγκεκριμένες θέσεις που προτάθηκαν) τριών παραγωγικών γεωτρήσεων CO2 εντός των οποίων πραγματοποιήθηκαν και μετρήσεις διαγραφιών κοιτασματολογικών – υδρογεωλογικών εφαρμογών και κατασκευαστικού ελέγχου.
Στα πλαίσια της παρούσας πτυχιακής εργασίας, πραγματοποιήθηκε επεξεργασία και ερμηνεία των μαγνητοτελλουρικών δεδομένων χρησιμοποιώντας τα λογισµικά πακέτα MS GOS της κατασκευάστριας εταιρείας Geometrics Inc. και SURFER 8 αντίστοιχα. Στη συνέχεια έγινε αντιπαραβολή των αποτελεσμάτων της επιφανειακής γεωφυσικής διασκόπησης µε τις Διαγραφίες που πραγματοποιήθηκαν εντός της γεωτρήσεων. Οι διαγραφίες επεξεργαστήκαν με το Λογισμικό πακέτο micro logger της κατασκευάστριας εταιρείας Robertson Geologging Ltd.
Τέλος, προτείνεται η περαιτέρω χαρτογράφηση και απεικόνιση του κοιτάσματος CO2
της υπό µελέτη περιοχής στις τρεις διαστάσεις, με την εκτέλεση επιπλέον γεωφυσικών διασκοπήσεων και δειγματοληπτικών γεωτρήσεων - Διαγραφιών.
ABSTRACT
This thesis discusses the use of magnetotelluric method and logging in mapping and evaluation of carbon dioxide (CO2), in sedimentary geological formations in NW Greece.
For this purpose, were used seven lines of magnetotelluric survey, conducted in the summer of 2009. Following the first stage of the surface geophysical survey a drilling programme (in specific positions and according to the Magnetotelluric survey) of three wells was decided. Moreover logging measurements of geological - hydrogeological and construction applications were performed into the three wells.
In the context of this thesis, a processing and interpretation of magnetotelluric data were performed using the software packages MS GOS of the manufacturer Geometrics Inc.
and SURFER 8 respectively. A correlation between the results of surface geophysical and logging measurements were held. Logging measurements proceed with the micro logger Software package of the manufacturer Robertson Geologging Ltd.
Finally, a further mapping and visualization of the CO2 deposit of the study area (in three dimensions), by performing additional surface geophysical survey and sampling drilling – logging is suggested.
ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ
Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω στον κ. Δρ. Ευάγγελο Καργιώτη, Καθηγητή του Τμήματος Τεχνολογίας Πετρελαίου και Φυσικού Αερίου, του Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος (Τ.Ε.Ι.), τόσο για την ανάθεση του θέµατος, όσο και για την άψογη συνεργασία και πολύτιµη καθοδήγηση που µου προσέφερε κατά τη διάρκεια εκπόνησης της πτυχιακής µου εργασίας.
Επίσης, ευχαριστώ το προσωπικό της εταιρείας ΓΕΩΤΕΚ Α.Τ.Ε. για την βοήθεια που µου προσέφεραν κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας των µετρήσεων της εργασίας, καθώς και τις υποδείξεις τους κατά τη διάρκεια συγγραφής της.
Τέλος, θέλω να ευχαριστήσω την οικογένεια μου, για την αμέριστη συμπαράσταση και κατανόησης τους, κατά την διάρκεια της φοίτησης και της ολοκλήρωσης των σπουδών μου.
.
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ
1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ... 1
1.1 ΓΕΝΙΚΑ ...1
1.2 ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ...2
1.2.1 ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΙ ΚΛΑΔΟΙ ΧΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ... 2
2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΡΕΥΝΑ ΜΕ ΓΕΩΦΥΣΙΚΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ & LOGGING ... 5
2.1 ΣΥΝΤΟΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΙΣΤΟΡΙΑΣ ΤΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ...5
2.2 ΘΕΩΡΙΑ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΕΩΝ ...7
2.2.1 ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ... 7
2.2.2 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ... 8
2.3ΓΕΩΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΕΝΤΟΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ (LOGGING) ...9
2.3.1 ΙΣΤΟΡΙΑ - ΕΙΣΑΓΩΓΗ ... 9
2.3.2 ΤΡΟΠΟΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ... 11
3. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΓΕΩΛΟΓΙΑ ... 15
3.1 ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΕΥΡΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ... 15
4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΕΩΝ ΣΤΟΝ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO2) - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ & ΕΡΜΗΝΕΙΑ... 20
4.1ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΑΓΝΗΤΟΤΕΛΛΟΥΡΙΚΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ – ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ... 20
4.2ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ... 21
4.2.1 ΕΙΔΟΣ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ... 22
4.2.2 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΗΚΑ ... 22
4.3 ΠΕΔΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΜΕ ΤΟ ΟΡΓΑΝΟ STRATAGEM ... 23
4.4 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ... 24
4.5ΑΝΑΛΥΣΗ – ΕΡΜΗΝΕΙΑ ... 25
4.6ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ – ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ... 39
5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΓΕΩΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΕΝΤΟΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ ... 41
5.1 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΣΤΟΝ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO2) ... 41
5.2 ΦΩΡΑΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΔΙΑΓΡΑΦΙΩΝ (Εlectric Logging Probe) ... 42
5.3 ΦΩΡΑΤΗΣ ΔΙΠΛΗΣ ΕΠΑΓΩΓΙΚΗΣ ΕΣΤΙΑΣΗΣ (Dual Focussed Induction Probe) ... 49
5.4 ΦΩΡΑΤΗΣ ΠΛΕΥΡΙΚΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΓΑΜΜΑ (Sidewall Density Gamma Probe) ... 51
5.5 ΦΩΡΑΤΗΣ ΝΕΤΡΟΝΙΩΝ (ΜΟΝΟΥ ΔΙΑΣΤΗΜΑΤΟΣ) Neutron Probe (Single Spacing) ... 52
5.6 ΦΩΡΑΤΗΣ ΠΛΗΡΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗΣ ΗΧΟΥ (Full Waveform/Compensated Sonic Probe) ... 55
5.7 ΦΩΡΑΤΗΣ ΚΑΘΕΤΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ( Verticality Probe ) ... 57
6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ ΣΥΣΧΕΤΙΣΜΟΣ ΜΕ ΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ... 59
7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ – ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ... 69
ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ... 71
ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ
Σχήμα 1.1: Διάγραμμα Πίεσης-Θερμοκρασίας………..……….………1
Σχήμα 2.1:(α) Η µονάδα µετρήσεων γεωφυσικών διαγραφιών των αδελφών Schlumberger, (β) Η πρώτη γεωφυσική διαγραφία ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης………...…10
Σχήμα 2.2: Σχηματική περιγραφή του τρόπου εκτέλεσης μιας Γεωφυσικής Καταγραφής…….11
Σχήμα 2.3: Βάθος ανίχνευσης των κυριότερων µεθόδων γεωφυσικής διαγραφίας…………..….13
Σχήμα 3.1 :Χάρτης Ελληνικών Γεωτεκτονικών Ζωνών………15
Σχήμα 3.2: Απόσπασμα γεωλογικού χάρτη περιοχή μελέτης (Φύλλο Βεύης Ι.Γ.Μ.Ε.)………….17
Σχήμα 3.3: Στρωματογραφική στήλη σχηματισμών περιοχής μελέτης (Φύλλο ΒεύηςΙ.Γ.Μ.Ε.)...19
Σχήμα 4.1 : Διάταξη STRATAGEM EH4………...…21
Σχήμα 4.2 : Οριοθέτηση υδροφόρου ορίζοντα & Εντοπισμός - Χαρτογράφηση ρήγματος……..24
Σχήμα 4.3 : Γενική προβολή της περιοχής έρευνας………26
Σχήμα 4.4: Χάρτης Με Αποτυπωμένες τις 10 Γεωηλεκτρικές Τομογραφίες & τις υφιστάμενες Γεωτρήσεις………..27
Σχήμα 4.5: Σύνθεση μαγνητοτελλουρικών τομών 2Α, 1Α και 5Β………..28
Σχήμα 4.6: Απεικόνιση Γεωηλεκτρικής Τομογραφίας 1Β………...32
Σχήμα 4.7: Απεικόνιση Γεωηλεκτρικής Τομογραφίας 2Β………...33
Σχήμα 4.8: Απεικόνιση Γεωηλεκτρικής Τομογραφίας 3Β………...34
Σχήμα 4.9: Απεικόνιση Γεωηλεκτρικής Τομογραφίας 4Β……….…….35
Σχήμα 4.10: Απεικόνιση Γεωηλεκτρικής Τομογραφίας 5Β………...36
Σχήμα 4.11: Απεικόνιση Γεωηλεκτρικής Τομογραφίας 6Β………....37
Σχήμα 4.12: Απεικόνιση Γεωηλεκτρικής Τομογραφίας 7Β………...38
Σχήμα 5.1: Φωρατής Ηλεκτρικών Διαγραφιών……….43
Σχήμα 5.2 Αρχή μέτρησης S.P………...46
Σχήμα 5.3 Απόκριση ηλεκτροδίου μέτρησης άμεσου δυναμικού SP………46
Σχήμα 5.4 Μορφή των 3ων περιπτώσεων……….48
Εικόνα 5.5 Επηρεασμός του πάχους στρωμάτων και της διείσδυσης πολφού………..……49
Σχήμα 5.6: Φωρατής διπλής επαγωγικής εστίασης ………..…….50
Σχήμα 5.7: Φωρατής πλευρικής πυκνότητας………..………..………...52
Σχήμα 5.8: Φωρατής νετρονίου μονού διαστήματος………...54
Σχήμα 5.9: Φωρατής πλήρους κυματομορφής αντιστάθμισης ήχου………..………..56
Σχήμα 5.10: Φωρατής καθετότητας και διεύθυνσης γεωτρήσεων………57
Σχήμα 6.1 : CBL έλεγχος τσιμέντωσης στην γεώτρηση Φ209Β………58
Σχήμα 6.2. Γεωφυσική καταγραφή Ηλεκτρικών αντιστάσεων – Νετρονίων & Αγωγιμότητας σχηματισμών στην Φ209Β………60
Σχήμα 6.3 : CBL έλεγχος τσιμέντωσης στην γεώτρηση Φ210Α………62
Σχήμα 6.4. Γεωφυσική καταγραφή Ηλεκτρικών αντιστάσεων & Αγωγιμότητας σχηματισμών στην Φ210Α………..64
Σχήμα 6.5. Γεωφυσική καταγραφή Νετρονίων, Αγωγιμότητας, Πυκνότητας, Διαμέτρου & Κατακορυφότητας στην Φ211Α………66
ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ
Πίνακας 2.1: Συγκριτικά πλεονεκτήματα των τεχνικών γεωφυσικής διαγραφίας………14 Πίνακας 4.1: Χαρακτηριστικά γεωφυσικών τομογραφίων………..25
1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ
1.1 ΓΕΝΙΚΑ
Το διοξείδιο του άνθρακα ή αλλιώς ο χημικός του τύπος (CO2) αποτελεί μια χημική ένωση που μπορεί να προέρχεται είτε από την ατμόσφαιρα είτε από μετανάστευση από αλλού (π.χ από ηφαίστεια μέσο ρηγμάτων). Η ένωση αυτή περιέχει 27,3 % w/w άνθρακα και 72,7 % w/w οξυγόνο. Τα χαρακτηριστικά του είναι ευρέως γνωστά (άχρωμο, άοσμο και άγευστο) τα χαρακτηριστικά αυτά ισχύουν όταν έχουμε κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας. Η φυσική κατάσταση του διοξειδίου του άνθρακα διαφέρει ανάλογα με τις τιμές που παίρνει σε θερμοκρασία και πίεση (Σχήμα 1.1). Σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης το διοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο. Σε ατμοσφαιρική πίεση δηλαδή 1Atm και σε περιβάλλον χαμηλής θερμοκρασίας που κυμαίνεται περίπου στους -78,51 0C το διοξείδιο του άνθρακα είναι στερεό. Αν προκύψει αύξηση της θερμοκρασίας από στερεό θα αλλάξει μορφή και θα οδηγηθεί στην αέρια φάση. Σε πίεση ατμοσφαιρική δηλαδή 1 Atm το αέριο εξαχνώνεται στους -78,5 0C.
Η κρίσιμη θερμοκρασία του κυμαίνεται περίπου στους 31,1 0C υγροποιείτε εύκολα αλλά μόνο με συμπίεση της κλίμακας των (7,38 Mpa). Η διαλυτότητα του στο νερό αυξάνεται με την πίεση όπως γίνεται και με όλα τα αέρια.
Σχήμα 1.1: Διάγραμμα Πίεσης-Θερμοκρασίας
1.2 ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ
Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείτε σε πολλούς κλάδους τις βιομηχανίας είτε αυτή είναι χημική, πετρελαίου η και τροφίμων. Βρίσκει εφαρμογή σε πολλά προϊόντα τα οποία χρησιμοποιούν πεπιεσμένο αέρα η ευρεία χρήση του οφείλετε στο ότι είναι φθηνό και άφλεκτο καθώς επίσης και ότι σε χαμηλές θερμοκρασίες μεταβαίνει από την αέρια στην υγρή φάση.
1.2.1 ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΙ ΚΛΑΔΟΙ ΧΡΗΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ
Ποτά : Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείτε σε αεριούχα ποτά και αναψυκτικά (σόδα).
Τρόφιμα : Χαρακτηριστικό παράδειγμα στα τρόφιμα μπορούμε να δώσουμε μια καραμέλα η οποία συμπιεζόταν στα 40bar. Με την τοποθέτηση της καραμέλας στο στόμα διαλυόταν και απελευθέρωνε φυσαλίδες αερίου. Άλλα παραδείγματα στα τρόφιμα είναι η μαγειρική σόδα η οποία απελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα καθώς ζεσταίνεται η όταν εκτεθούν σε οξέα.
Πυροπροστασία : Όπως προαναφέραμε το διοξείδιο του άνθρακα είναι άφλεκτο λογικό είναι να χρησιμοποιείτε για πυρασφάλεια.
Υδραυλικά συστήματα :Το διοξείδιο του άνθρακα είναι το ποιο συνηθισμένο αέριο σε αυτόν τον κλάδο της ρομποτικής που χρησιμοποιούν υδραυλικά συστήματα.
Συγκολλήσεις :Χρησιμοποιείτε για την δημιουργία αδρανούς ατμόσφαιρας όπου εκεί πραγματοποιείτε η συγκολλήσει. Αν και είναι φθηνό αέριο και χρησιμοποιείτε και στην αυτοκινητοβιομηχανία έχει κάποια αρνητικά όπως είναι ότι η συγκολλήσεις που γίνονται με την χρήση διοξειδίου του άνθρακα δεν είναι τόσο ανθεκτικές λόγο με το πέρασμα του χρόνου σχηματίζουν ανθρακικό οξύ.
Φαρμακευτικές και άλλες χημικές διεργασίες : Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται στις φαρμακοβιομηχανίες ως λιγότερο τοξική εναλλακτική λύση στη θέση παραδοσιακών διαλυτών όπως είναι το χλωροφόρμιο (CΗCl3) ή άλλες
οργανοχλωριωμένες ενώσεις. Επίσης, για τους ίδιους λόγους, χρησιμοποιείται στο ξηρό καθάρισμα των ρούχων στα στεγνοκαθαριστήρια.
Γεωργικές και ιατρικές εφαρμογές : Tα φυτά χρειάζονται το διοξείδιο του άνθρακα για την φωτοσύνθεση. Υπερβολική παροχή CO2 μπορεί να δηλητηριάσει τα φυτά.
Σε πολύ μεγάλες συγκεντρώσεις είναι ιδιαίτερα τοξικό για τα ζώα. Μελετάται επίσης η διοχέτευση του διοξειδίου του άνθρακα, που προέρχεται από την ηλεκτροπαραγωγή, σε ταμιευτήρες για την ανάπτυξη φυκιών που θα μπορούσαν στη συνέχεια να μετατραπούν σε καύσιμο βιοντίζελ. Ήδη το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται ως η κύρια πηγή άνθρακα για τα φύκια σπιρουλίνα. Στην ιατρική χρησιμοποιείτε ως πρόσθετο μέχρι 5% στο καθαρό οξυγόνο για την ενίσχυση της αναπνοής όταν υπάρχει αναπνευστικό πρόβλημα (άσθμα).
Εφαρμογές στα λέιζερ : Ο συνηθέστερος τύπος βιομηχανικού αερίου λέιζερ είναι το CO2
Εξόρυξη πετρελαίου : Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται στην άντληση του πετρελαίου συνήθως υπό συνθήκες υπερκρίσιμες. Λειτουργεί ταυτόχρονα ως προωθητικό υπό πίεση αλλά και για να μειώσει σημαντικά το ιξώδες του πετρελαίου επιτρέποντας έτσι την καλύτερη και γρηγορότερη ροή του προς την επιφάνεια της γεώτρησης.
Χρήσεις ως ψυκτικού :Το στερεό και υγρό διοξείδιο του άνθρακα που αλλιώς ονομάζεται και ‘’ξηρός πάγος’’ χρησιμοποιείτε ως μέσο ψύξης κυρίως στην βιομηχανία τροφίμων.
Έλεγχος ph: Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται ως μέσο ελέγχου του ph των κολυμβητηρίων. Με τη συνεχή προσθήκη CO2 στο νερό, διατηρείται το ph σε χαμηλά επίπεδα.
Στην Ελλάδα αξιόλογα κοιτάσματα CO2 εντοπίζονται στην ΒΔ Ελλάδα. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία αναλύονται οι τρόποι εντοπισμού του CO2 με γεωφυσικά επιφανείας και γεωφυσικές καταγραφές εντός γεωτρήσεων (Logging). Στα κεφάλαια που
ακολουθούν αναλύονται ενδελεχώς οι παραπάνω μέθοδοι εντοπισμού και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της εφαρμογής των γεωφυσικών μετρήσεων (επιφανείας & Logging) στο συγκεκριμένο κοίτασμα CO2 στην ΒΔ Ελλάδα.
2. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΕΡΕΥΝΑ ΜΕ ΓΕΩΦΥΣΙΚΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ & LOGGING
2.1 ΣΥΝΤΟΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΗΣ ΙΣΤΟΡΙΑΣ ΤΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ
Η γεωφυσική είναι ένα νέο μέλος στον μεγάλο κόσμο της επιστήμης. Όλες οι σημαντικές πληροφορίες και γνώσεις που αφορούν την «στερεά Γη» καταχωρήθηκαν κατά τον παρόντα αιώνα και κύρια κατά τα τελευταία τριάντα χρόνια. Οι ρίζες της Γεωφυσικής κυμαίνονται κοντά στον δέκατο έβδομο μ.Χ αιώνα και άλλοι κλάδοι της εμφανίζονται ακόμα και στην αρχαιότητα.
Η ιδιότητα μιας μαγνητικής ράβδου να προσανατολίζεται με διεύθυνση βορρά – νότου ήταν γνωστή από το 263 π.Χ έως το 121 μ.Χ. Οι μαγνητικοί πόλοι ανακαλύφθηκαν το 1269 μ.Χ και το 1492 ο Κολόμβος κατά το ταξίδι του στην Αμερική παρατήρησε ότι η πυξίδα του απόκλινε από τον αστρονομικό βορρά. Το 1600 ο W. Gilbert δημοσίευσε το περίφημο βιβλίο του “DeMagnette’’ όπου εισηγείται για πρώτη φορά την άποψη του ότι Γη μπορεί να θεωρείτο σαν ένας τεράστιος μαγνήτης. Οι πρώτες ακριβείς μετρήσεις των στοιχείων του γεωμαγνητικού πεδίου πραγματοποιήθηκαν από τον Gauss το 1834.
Η μεταβολή της έντασης του πεδίου βαρύτητας από τόπο σε τόπο στην επιφάνεια της Γης ανακαλύφθηκε το 1672 από τον J. Richer όπου παρατήρησε ότι ένα ρολόι, που το εκκρεμές του ρυθμίστηκε να κτυπάει τα δευτερόλεπτα στο Παρίσι, έχανε 2.5 λεπτά περίπου στην Γαλλική Γουϊάνα. Η πρώτη σοβαρή προσπάθεια να μελετηθεί το σχήμα της Γης με βαρυτικές μεθόδους έγινε από τον Γάλλο Bouguer κατά το 1735-1743. Η διατύπωση από τον Airy (1855) και τον Pratt (1859) των αντίστοιχων δυο υποθέσεων για την υδροστατική ισορροπία των τεμαχίων του φλοιού αποτέλεσαν τη βάση της θεωρίας της Ισοστασίας.
Μέσο αυτών των ερευνών αποκαλύφθηκε η ύπαρξη της λιθόσφαιρας που αποτέλεσε τη βάση της θεωρίας των λιθοσφαιρικών πλακών.
Η πρώτες προσπάθειες για την μελέτη της δομής του εσωτερικού της Γης έγιναν κοντά στο τέλος του περασμένου αιώνα όταν τέθηκαν σε συστηματική λειτουργιά τα πρώτα αξιόπιστα σεισμόμετρα ενώ οι πρώτες γενικές γνώσεις για τη δομή αυτή αποκτήθηκαν γύρω στο τέλος της πρώτης δεκαετίας του αιώνα μας. Έτσι οι ασυνέχειες που χωρίζουν το φλοιό από τον μανδύα και τον μανδύα από τον πυρήνα ανακαλύφθηκαν το 1909 και 1913 από τον Σέρβο Mohorovicic και τον Γερμανό Gutenberg.
Σημαντικά συνέβαλαν στην ανάπτυξη της Γεωφυσικής τα «Διεθνή Γεωφυσικά Έτη» που είναι χρονικά διαστήματα κατά τα οποία με κοινή συμφωνία επιστήμονες διαφόρων χωρών συνεργάστηκαν για την πραγματοποίηση γεωφυσικής έρευνας με την πλατύτερη σημασία του όρου «Γεωφυσική». Το πρώτο διεθνές γεωφυσικό έτος ήταν το 1882-1883 κατά το οποίο έγιναν μεταξύ άλλων και παρατηρήσεις που αφορούν το βόρειο σέλας και το μαγνητικό πόλο της Γης. Το δεύτερο διεθνές γεωφυσικό έτος ήταν το 1932-1933 κατά το οποίο έγιναν κυρίως έρευνες για την ασύρματη τηλεπικοινωνία. Το τρίτο γεωφυσικό έτος ήταν από 1-7-1957 μέχρι 31-12-1958 που συγκεντρώθηκε σημαντικό γεωφυσικό υλικό και τέθηκαν οι βάσεις για την λύση πολλών γεωφυσικών προβλημάτων.
Το σημαντικότερο ίσως σταθμό στην ιστορία της Φυσικής του Εσωτερικού της Γης αποτέλεσε το «πρόγραμμα του άνω μανδύα». Αυτό προτάθηκε ως ένα πρόγραμμα διεθνούς συνεργασίας για την έρευνα της «στέρεας Γης». Το διάστημα 1960-1964 ήταν η περίοδος σχεδιασμού του προγράμματος αυτού. Αυτό υλοποιήθηκε στο διάστημα 1965-1970 όπου και πραγματοποιήθηκαν όλα τα επιτεύγματα του. Με βάση το πρόγραμμα αυτό μελετήθηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του άνω μανδύα όπου εδράζουν τα αιτία όλων σχεδόν των γεωδυναμικών φαινομένων που παρατηρούνται στην επιφάνεια στης Γης.
Η συλλογή τεραστίου υλικού γεωφυσικών παρατηρήσεων με σύγχρονα γεωφυσικά όργανα μεγάλης ακρίβειας που λαμβάνει χώρα την τελευταία εικοσαετία και η γρήγορη επεξεργασία του υλικού αυτού με την χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή μεγάλης ταχύτητας και μνήμης έρευνα που αφόρα την ανάπτυξη μεγάλων πιέσεων με κύματα στιγμιαίας διάρκειας συνέβαλαν στην ανάπτυξη της Γεωφυσικής επιστήμης, η θεωρητική.
Έτσι στα χρόνια αυτά ανακαλύφθηκαν οι αναστροφές του γεωμαγνητικού πεδίου και εντοπίστηκε οριστικά η πηγή του πεδίου αυτού στον πυρήνα της Γης, επαληθευτικέ η μετάθεση των ηπείρων και η θεωρία της Ισοστασίας διερευνήθηκαν οι πηγές της γεωθερμότητας, επινοήθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν νέες γεωφυσικές μέθοδοι όπως η μελέτη της Γης με βάση την ελεύθερη ταλάντωση αυτής, υποδειχτήκαν νέες θεωρίες όπως είναι η θεωρία των λιθοσφαιρικών πλακών και επεκτάθηκε η γεωφυσική ερεύνα και στην Σελήνη για την οποία με σύγχρονη τεχνολογία αποκτήθηκαν γνώσεις σε λίγους μήνες που είχαν αποκτηθεί για τη Γη σε διάστημα αρκετών δεκαετιών.
2.2 ΘΕΩΡΙΑ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΕΩΝ
Γεωφυσική είναι η επιστήμη που βρίσκει εφαρμογή στους Νόμους της Φυσικής για την μελέτη της Γης. Η γεωφυσική μελετά τις φυσικές ιδιότητες της Γης από το πυρήνα μέχρι και την εξωτερική ατμόσφαιρα. Προλαμβάνει την μελέτη της στερεάς’’ Γης, θάλασσας, ατμόσφαιρας και ιονόσφαιρας. Έχει υπερισχύσει στον διεθνή κόσμο η Γεωφυσική να είναι όμοια με την Φυσική της ΄΄στερεάς΄΄ Γης, δηλαδή της Φυσική του πυρήνα της Γης καθώς για τις άλλες επιστήμες υπάρχουν οι ανάλογες μέθοδοι όπως για παράδειγμα Ωκεανογραφία, Μετεωρολογία, Φυσική της ατμόσφαιρας και άλλα.
Η Γεωφυσική ανήκει στον κλάδο των Γεωεπιστημών όπου ανήκουν οι ακόλουθοι κλάδοι της Γεωλογίας, Γεωγραφίας, Γεωχημείας και Γεωδαισίας.
Όπως η Φυσική χωρίζεται σε διάφορους κλάδους ανάλογα με το ερευνητικό της πεδίο έτσι και η Γεωφυσική χωρίζεται σε επιμέρους κλάδους οι οποίοι είναι :
Σεισμολογίας: Μελετά το φαινόμενο του σεισμού καθώς και την δομή του εσωτερικού της Γης.
Γεωδυναμικής: Μελετά τις κινήσεις των μεγάλων επιφανειακών τμημάτων της Γης.
Βαρυτόμετριας : Μελετά το πεδίο βαρύτητας της Γης.
Γεωμαγνητισμός : Μελετά το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Γεωηλεκτρισμός : Μελετά το ηλεκτρικό πεδίο της Γης.
Γεωθερμίας : Μελετά την θερμική κατάσταση της Γης.
Γεωχρονολογίας : Μελετά τον προσδιορισμό ηλικίας των πετρωμάτων της Γης.
Κοσμολογίας : Μελετά την προέλευση της Γης.
2.2.1 ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ
Η Γεωφυσική είναι μια επιστήμη, συνεπώς η γεωφυσική έρευνα έχει σαν σκοπό την αξιοποίηση των γεωφυσικών γνώσεων για πρακτικούς σκοπούς. Η εφαρμοσμένη γεωφυσική έρευνα έχει μεγάλη πρακτική σημασία διότι με τις γεωφυσικές μεθόδους μπορούμε και :
μελετάμε την δομή και τις γεωδυναμικές διαδικασίες που λαμβάνουν ενεργό δράση στο φλοιό και στον πάνω μανδύα της Γης οι οποίες καθορίζουν τις θέσεις πολλών δομών οικονομικής σημασίας.
εντοπίζουμε στα επιφανειακά στρώματα του φλοιού της Γης δομές που σχετίζονται με τα κοιτάσματα πετρελαίου ή φυσικών αερίων με μεταλλεύματα με πηγές γεωθερμικής ενέργειας με ορυκτούς άνθρακες και άλλα.
Καθώς επίσης μπορούμε να προσδιορίσουμε τις μηχανικές ιδιότητες των επιφανειακών στρωμάτων της Γης που έχουν σχέση με την κατασκευή τεχνικών έργων για παράδειγμα για την κατασκευή φράγματος ή και γέφυρας.
Σκοπός της Εφαρμοσμένης Γεωφυσικής είναι ο εντοπισμός δομών οικονομικού ή άλλου ενδιαφέροντος.
Μέθοδοι της εφαρμοσμένης γεωφυσικής είναι:
Σεισμικές
Βαρυτικές
Μαγνητικές
Ηλεκτρικές
Ηλεκτρομαγνητικές
Ραδιομαγνητικές
Θερμικές
Γεωλογική έρευνα
Υδρογεωλογία
Εντοπισμό κοιτασμάτων
Περιβαλλοντικές μελέτες
Αρχαιομετρία
2.2.2 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ
Η γεωφυσική έρευνα βασίζεται κυρίως στη συλλογή επεξεργασία καθώς και ερμηνεία γεωφυσικών μελετών που γίνονται απευθείας στη φύση με χρήση γεωφυσικών οργάνων. Κατά την διαδικασία αυτή πραγματοποιείτε μέτρηση διαφόρων φυσικών ποσοτήτων και ακολουθεί και η ερμηνεία αυτών σε συνάρτηση με άλλες φυσικές
ποσότητες η οποίες περιγράφουν αμεσότερα τις ιδιότητες της Γης και τις φυσικές διαδικασίες στο εσωτερικό της.
Οι μετρήσεις που πραγματοποιούνται είναι οι ακόλουθες :
Χρόνος διαδρομής
Πλάτη σεισμικών κυμάτων
Ένταση του πεδίου βαρύτητας
Ένταση γεωμαγνητικού πεδίου
Ροη θερμότητας από το εσωτερικό της Γης
Ραδιενέργεια πετρωμάτων
Όλες αυτές οι μετρήσεις γίνονται με τα ανάλογα όργανα όπως :
Σεισμογράφος
Βαρυτόμετρα
Μαγνητόμετρα
Θερμόμετρα
Μετρητές ραδιενέργειας
Τα ποιο σύνηθες μεγέθη φυσικά που ψάχνουμε είναι η πυκνότητα, πίεση, θερμοκρασία του εσωτερικού της Γης. Τα μεγέθη αυτά μας πληροφορούν για πολλές δραστηριότητες των πετρωμάτων της Γης. Στην παρούσα πτυχιακή για τον εντοπισμό του κοιτάσματος CO2 χρησιμοποιήθηκε η ηλεκτρομαγνητική μέθοδος των μαγνητοτελλουρικών ρευμάτων.
2.3 ΓΕΩΦΥΣΙΚΕΣ ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΣ ΕΝΤΟΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ (LOGGING) 2.3.1 ΙΣΤΟΡΙΑ - ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Η µέθοδος των γεωφυσικών καταγραφών - διαγραφιών (geophysical well logging) συνίσταται στην εφαρμογή διαφόρων γεωφυσικών µεθόδων εντός µίας γεώτρησης.
Πρωτοεισήχθηκε στην γεωφυσική έρευνα από τους αδελφούς Schlumberger το 1930 στην Γαλλία µε την εκπόνηση µετρήσεων ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης και φυσικού δυναµικού (Σχήμα 2.1).
Σχήμα 2.1:(α) Η µονάδα µετρήσεων γεωφυσικών διαγραφιών των αδελφών Schlumberger, (β) Η πρώτη γεωφυσική διαγραφία ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης.
Το 1935 παρουσιάστηκε η τεχνική υπολογισµού των κλίσεων των γεωλογικών σχηµατισµών που τέµνουν µία γεώτρηση (dipmeter log). Το 1948 εφαρµόσθηκε η τεχνική των γεωφυσικών διαγραφιών ακτινοβολίας γάµµα (gamma logs) και νετρονίων (neutron logs). Την δεκαετία του 1950 αναπτύχθηκαν οι τεχνικές της εστιασµένης ειδικής αντίστασης (focused resistivity log) και επαγωγής (induction log). Την δεκαετία του 1960 άρχισαν οι πρώτες ψηφιακές καταγραφές και εµφανίσθηκε η σεισµική διαγραφία πλήρους κυµατοµορφής (sonic logs). Τo 1975 παρουσιάστηκε η µέθοδος της γεωαπεικόνισης µέσα σε γεωτρήσεις (borehole televiewer) ενώ το 1980 εµφανίστηκε το radar γεωτρήσεων. Έκτοτε η τεχνική των γεωφυσικών διαγραφιών είχε µία ραγδαία ανάπτυξη.
Η χρησιµότητα των γεωφυσικών διαγραφιών είναι ότι σε πολλές περιπτώσεις είναι η µόνη εναλλακτική µέθοδος συλλογής πληροφοριών για τους σχηματισμούς που διαπερνά µία γεώτρηση και µάλιστα στον ευρύτερο από την γεώτρηση περιβάλλοντα χώρο. Για παράδειγμα στην περίπτωση παλιών γεωτρήσεων όπου δεν υπάρχουν δείγµατα αλλά και σε νέες γεωτρήσεις τις περισσότερες φορές τα δείγματα του γεωτρηπανιστή είναι πολύ δύσκολο να ερµηνευθούν καθ’ ότι µέχρι να φτάσουν στην επιφάνεια διαταράσσονται και αναµειγνύονται µε τα γεωτρητικά ρευστά της γεώτρησης.
Επιπλέον και στην περίπτωση που έχουν ληφθεί αδιατάρακτα δείγµατα (καρότα) η πληροφορία που παίρνουµε από αυτά περιορίζεται στον πολύ κοντά στην γεώτρηση χώρο. Επίσης στην περίπτωση σωληνωµένων γεωτρήσεων η µέθοδος των γεωφυσικών διαγραφιών είναι η µόνη η οποία µπορεί να µας δώσει πληροφορίες για τους γεωλογικούς σχηµατισµούς που περιβάλλουν την γεώτρηση.
2.3.2 ΤΡΟΠΟΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ
Ένα σύστημα εκτέλεσης γεωφυσικών καταγραφών (Σχήμα 2.2) περιλαμβάνει τον παρακάτω εξοπλισμό:
Έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή.
Ένα σύστημα (μονάδα) επιφανείας για την λειτουργία των φωρατών, καθώς επίσης και για την συλλογή & επεξεργασία των καταγεγραμμένων δεδομένων.
Ένα βαρούλκο με καλώδιο επικοινωνίας για την κάθοδο και άνοδο των φωρατών εντός των γεωτρήσεων.
Σχήμα 2.2: Σχηματική περιγραφή του τρόπου εκτέλεσης μιας Γεωφυσικής Καταγραφής
Αντίστοιχα καλώδια σύνδεσης μεταξύ των συστημάτων.
Μία τροχαλία, με σύστημα καταγραφής βάθους.
Έναν εκτυπωτή.
Τους αντίστοιχους φωρατές.
Το σύστημα τροφοδοσίας ηλεκτρικού ρεύματος 220V & 12V (γεννήτρια παροχής ρεύματος ή σταθερή λήψη).
Ένα όχημα μεταφοράς ως κινητό συνεργείο.
Η κεφαλή του Φωρατή, συνδέεται στην κεφαλή του βαρούλκου.
Το συρματόσχοινο του βαρούλκου φέρει εσωτερικά καλώδια, για την ηλεκτρική επικοινωνία του Φωρατή με το σύστημα επεξεργασίας των δεδομένων, το οποίο βρίσκεται στην επιφάνεια.
Το βαρούλκο συνδέεται μέσω καλωδίου, με τη μονάδα επεξεργασίας των δεδομένων.
Η μονάδα επεξεργασίας των δεδομένων συνδέεται μέσω καλωδίου, με ηλεκτρονικό υπολογιστή για απεικόνιση των καταγεγραμμένων δεδομένων στην οθόνη.
Με την βοήθεια της τροχαλίας ο Φωρατής κατέρχεται και ανέρχεται εντός γεώτρησης.
Η τροχαλία φέρει μετρητή βάθους, για δεδομένα καταγραφής βάθους όταν εκτελείται μια οποιαδήποτε Καταγραφή.
Μετά το πέρας της Καταγραφής, τα δεδομένα τυπώνονται σε συνεχόμενο χαρτί με χρήση εκτυπωτή, ο οποίος είναι συνδεδεμένος μέσω καλωδίου με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή.
Οι γεωφυσικές διαγραφίες µπορούν να διαχωριστούν σε δύο γενικές κατηγορίες, τις στατικές ή παθητικές και τις δυναµικές. Οι πρώτες µετρούν υπάρχοντα φυσικά πεδία και παραµέτρους των σχηµατισµών χωρίς την εφαρµογή κάποιου σήµατος διέγερσης ενώ οι δεύτερες µετρούν την απόκριση των σχηµατισµών σε επαγόµενα πεδία.
Οι κυριότερες στατικές µέθοδοι είναι
- Η µέθοδος του φυσικού δυναµικού (SP logging) Η µέθοδος Caliper
- H µέθοδος µέτρησης της ταχύτητας των ρευστών (flowmeterlog) - Η µέθοδος µέτρησης της θερµοκρασίας (Tlog)
Οι κυριότερες δυναµικές µέθοδοι είναι
- Η µέθοδος µέτρησης της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης (resistivitylog) - Η µέθοδος gamma-gamma
- Η µέθοδος Neutron-Gamma
Οι παράµετροι για τις οποίες συνήθως καταγράφουµε πληροφορίες µε τις παραπάνω τεχνικές είναι το πορώδες, ο βαθµός κορεσµού, η µεταλλοφορία, η ποιότητα των πετρωµάτων, η υδραυλική αγωγιµότητα, η θερµική ροή κλπ. Το βάθος ανίχνευσης διαφέρει από µέθοδο σε µέθοδο (Σχήμα 2.3).
Σχήμα 2.3: Βάθος ανίχνευσης των κυριότερων µεθόδων γεωφυσικής διαγραφίας.
Ο Πίνακας 2.1: παρουσιάζει τα συγκριτικά πλεονεκτήµατα των τεχνικών γεωφυσικής διαγραφίας που ευρίσκονται σε χρήση σήµερα.
Πίνακας 2.1: Συγκριτικά πλεονεκτήματα των τεχνικών γεωφυσικής διαγραφίας
3. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΓΕΩΛΟΓΙΑ
3.1 ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΕΥΡΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ
Σχήμα 3.1 :Χάρτης Ελληνικών Γεωτεκτονικών Ζωνών.
Η περιοχή έρευνας γεωλογικά εντάσσεται στην Πελαγονική Γεωτεκτονική Ζώνη (Σχήμα 3.1). Το υπόβαθρο της περιοχής αποτελείται από ανθρακικά πετρώματα Μέσου Τριαδικού – Κάτω Ιουρασικού και κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα της Πελαγονικής Ζώνης.
Τα επιφανειακά ιζήματα που αποτελούν και το κύριο αντικείμενο της έρευνας ανήκουν στην Νεογενή – Τεταρτογενή ιζηματογενή λεκάνη Φλώρινας – Πτολεμαΐδας. Η λεκάνη Φλώρινας – Πτολεμαΐδας αποτελεί την πιο ενδιαφέρουσα νεογενή λεκάνη του Ελληνικού χώρου λόγω των πλούσιων λιγνιτικών κοιτασμάτων της, τα οποία την καθιέρωσαν ως το ενεργειακό κέντρο της Ελλάδας. Ξεκινάει από το Μοναστήρι των Σκοπίων και διαμέσου Φλώρινας, Αμυνταίου και Πτολεμαΐδας φτάνει μέχρι την Κοζάνη με γενική διεύθυνση ΒΒΔ – ΝΝΑ. Έχει συνολικό μήκος 100 χιλιόμετρα περίπου και μέσο πλάτος 15 χιλιόμετρα. Η γεωλογική της τοποθέτηση είναι επίσης ενδιαφέρουσα γιατί είναι παράλληλη στον ορεογραφικό – ορογενετικό άξονα των Ελληνίδων σειρών και η
πρώτη νεογενής λεκάνη πίσω (Ανατολικά) από τη Μέσο ελληνική μολασσική αύλακα και παράλληλη προς αυτήν. Τα ιζήματα της λεκάνης είναι από κάτω προς τα πάνω :
Κροκαλοπαγή
Ψαμμίτες
Μάργες
Ξυλίτες Ανώτερου Μειόκαινου – Κατώτερου Πλειόκαινου
Ψαμμίτες μάργες, μάργες, ψαμμίτες και κυρίως άργιλοι με παρεμβολές λιγνιτικών στρωμάτων ηλικίας Πλειόκαινου
Κροκαλοπαγή, ψαμμίτες και ερυθροπηλοί Πλειστόκαινου.
Όλα αυτά τα ιζήματα της λεκάνης είναι χερσαία, ποταμοχειμάρια και λιμναία, τα οποία περιλαμβάνουν τους λιγνίτες. Παράλληλα στους σχηματισμούς αυτούς εντοπίζονται σημαντικά κοιτάσματα CO2, όπως αναλύονται στην παρούσα πτυχιακή εργασία.
Στα σχήμα 3.2 παρατίθεται απόσπασμα του γεωλογικού χάρτη της περιοχής μελέτης καθώς και το υπόμνημα του. Ειδικότερα, παρατίθεται και η στρωματογραφική στήλη (βλέπε σχ. 3.3) της περιοχής όπου υποδεικνύει την έντονη παρουσία των ιζηματογενών σχηματισμών του τεταρτογενούς και του νεογενούς, με πάχος που ξεπερνά τα 500 μέτρα.
Σχήμα 3.2: Απόσπασμα γεωλογικού χάρτη περιοχή μελέτης (Φύλλο Βεύης Ι.Γ.Μ.Ε.) Περιοχή Μελέτης
ΥΠΟΜΝΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΥ ΧΑΡΤΗ
ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΕΣ
ΟΛΟΚΑΙΝΟ
Σύγχρονες Προσχώσεις: ασύνδετα κυρίως υλικά στις κοίτες των ποταμών και χειμάρρων.
Αλλουβιακές Αποθέσεις: άργιλοι, άμμοι, χαλίκια.
ΠΛΕΙΣΤΟΚΑΙΝΟ
Κροκαλοπαγή, Ψαμμίτες, Άμμοι και
Κοκκινοχώματα: ποταμοχειμαρρώδους προελεύσεως, προς το εσωτερικό της λεκάνης οι σχηματισμοί γίνονται πιο λεπτομερείς.
ΝΕΟΓΕΝΕΣ
ΠΟΝΤΙΟ (;)
Ασβεστόλιθοι, Μάργες: λευκοκίτρινοι μέχρι λευκόφαιοι, συμπαγείς απολιθωματοφόροι μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι, μάργες
που εναλλάσσονται με τεφροπράσινες αργιλικές μάργες και αργίλους. Στα βαθύτερα στρώματα αναπτύσσονται μαργαίκοί ασβεστόλιθοι, μάργες με λεπτές διαστρώσεις λιγνίτη, αργιλούχες
μάργες με εναλλαγές λιγνιτομιγών αργίλων και πλήθος σωματιδίων και στρωμάτων λιγνίτη και ξυλίτη.
Σχήμα 3.3: Στρωματογραφική στήλη σχηματισμών περιοχής μελέτης (Φύλλο Βεύης Ι.Γ.Μ.Ε.)
4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4
ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΓΕΩΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΑΣΚΟΠΗΣΕΩΝ ΣΤΟΝ ΕΝΤΟΠΙΣΜΟ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ (CO2) - ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ &
ΕΡΜΗΝΕΙΑ
4.1 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΜΑΓΝΗΤΟΤΕΛΛΟΥΡΙΚΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ – ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Για την χαρτογράφηση και τον εντοπισμό του κοιτάσματος CO2 στην ΒΔ Ελλάδα χρησιμοποιήθηκε το γεωφυσικό όργανο STRAGEM ΕH4 (Electrical Conductivity Imaging System – Hybrid Source Magnetotellurics) της GEOMETRICS INC. Το συγκεκριμένο όργανο βασίζεται στη θεωρία της διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για την μέτρηση της πραγματικής εδαφικής αντίστασης σε μεγάλα βάθη με στόχο τον καθορισμό γεωλογικών σχηματισμών, δομών, υδροφόρων, υφάλμυρων οριζόντων, γεωθερμικών πεδίων κτλ. Τα αποτελέσματα υπολογίζονται από την μέτρηση της συχνότητας φυσικών πεδίων που προέρχονται από ηλεκτρομαγνητικές ανωμαλίες στην ατμόσφαιρα. Οι συχνότητες αυτές έχουν ένα ευρύ φάσμα το οποίο κυμαίνετε μεταξύ 10 Hzκαι 70 Hz. Το συγκεκριμένο φάσμα με βάση τη θεωρία διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων δίνει τη δυνατότητα μέτρησης της ηλεκτρικής αντίστασης σε μεγάλα βάθη (βάθος διείσδυσης δ=500√ρ/f). Οι συχνότητες αυτές διαχωρίζονται σε δυο επιμέρους φάσματα καταγραφής τα όποια είναι :
Χαμηλού φάσματος (10Hzμέχρι 1 kHz)
Υψηλού φάσματος (1 kHz μέχρι 70 kHz)
Σε ορισμένες περιπτώσεις τα πεδία αυτά δεν είναι απολύτως διαθέσιμα. Η υβριδική τεχνολογία του Stratagem EH4 (Σχήμα 4.1) βοηθάει να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα.
Υβριδική τεχνολογία σημαίνει ότι χρησιμοποιείται ένας συνδυασμός φυσικών ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και τεχνητών, που εκπέμπονται από τον πομπό. Σε κάθε σημειακή μέτρηση μετρώνται δύο ηλεκτρομαγνητικά πεδία, κάθετα μεταξύ τους.
Ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται για την καταγραφή των μετρήσεων των ηλεκτρικών πεδίων και υψηλής ευαισθησίας μαγνητικοί αισθητήρες για την μέτρηση των αντίστοιχων μαγνητικών πεδίων. Ο υπολογισμός των ηλεκτρικών πεδίων γίνεται με μέτρηση της διαφοράς δυναμικού μεταξύ δύο ηλεκτροδίων (π.χ. ηλεκτρόδια Ex0 και Ex1), ενώ τα αντίστοιχα μαγνητικά μετρώνται με την χρήση κατάλληλων μαγνητόμετρων (π.χ. Ηy). Τα μετρήσιμα πεδία, αρχικά καταγράφονται από μια
αναλογική κονσόλα (Analog Front End) και στη συνέχεια οδηγούνται στην κεντρική μονάδα για ψηφιακή μετατροπή και επεξεργασία. Με τις μετατροπές των χρόνων αφίξεων στα αντίστοιχα πλάτη συχνοτήτων (μετασχηματισμοί Fourier), του ηλεκτρικού και του κάθετου στο ηλεκτρικό μαγνητικού πεδίου, υπολογίζονται καμπύλες φαινόμενης αντίστασης σε σχέση με τις αντίστοιχες συχνότητες, οι οποίες στη συνέχεια ανάγονται σε καμπύλες πραγματικής αντίστασης σε σχέση με το βάθος.
Σχήμα 4.1 : Διάταξη STRATAGEM EH4
4.2 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ
Το Stratagem EH4 αποτελεί νέα τεχνολογία στη μέτρησης της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης σχηματισμών (Γεωηλεκτρικές Βυθοσκοπήσεις & Τομογραφίες), βασιζόμενο, όπως προαναφέρθηκε, στη θεωρία διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων για την μέτρηση της πραγματικής εδαφικής αντίστασης σε μεγάλα βάθη. Παρακάτω αναπτύσσονται τα βασικά χαρακτηριστικά και οι προδιαγραφές του.
Στηρίζεται στη μαγνητοτελλουρική μέθοδο γεωφυσικών διασκοπήσεων.
Δημιουργία πεδίου εκπομπής ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων ακτίνας 50 – 500 m2.
Εκπέμπει και καταγράφει ηλεκτρομαγνητικά κύματα σε φάσμα συχνότητας 1 – 70 kHz.
Διαθέτει 2 ηλεκτρικά και 2 μαγνητικά κανάλια αναλογικής καταγραφής.
Τάση λειτουργίας 12 V.
Αποδίδει ως αποτέλεσμα τόσο σημειακές θέσεις ερευνάς (Γεωηλεκτρικές Βυθοσκοπήσεις VES) όσο και 2D τομογραφίες.
Παρουσιάζει τη μεταβολή της πραγματικής αντίστασης (Ohm.m) σε σχέση με το βάθος
Το βάθος έρευνας κυμαίνεται από 10μ. έως και πλέον του ενός χιλιομέτρου
4.2.1 ΕΙΔΟΣ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ
Η καταγραφή και η επεξεργασία των δεδομένων πραγματοποιείται με το λογισμικό πακέτο αντιστροφής δεδομένων γεωηλεκτρικών βυθοσκοπήσεων (VES) &
Τομογραφιών, «Imagem».
4.2.2 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΗΚΑ
O Μαγνητοτελλουρικός εξοπλισμός Stratagem EH4 κατασκευάζεται από την Εταιρεία GEOMETRICS INC με έδρα τις Η.Π.Α. Συγκεκριμένα αποτελείται:
1. Πομπός (Model TxIM Transmitter):
2 Κεραίες dual lοοp
Controller πομπού με καλώδιο
Καλώδιο γείωσης
2. Αναλογική μονάδα καταγραφής (Analog Front End),(Model AFE – EH4) :
6 Ηλεκτρόδια (ModelBE – 26) με δίπολο καλώδιο 26 μέτρων.
7 ατσάλινοι υποδοχείς ηλεκτροδίων (πάσσαλοι)
2 Μαγνητόμετρα με καλώδιο 5 μέτρων το καθένα
Καλώδιο γείωσης
3. Κεντρική μονάδα καταγραφήςStratagemEH4 (Stratagem Computer Logging Console) :
Αποτελείται από μια οθόνη υγρών κρυστάλλων
Σκληρό δίσκο 1.2 Gbyte
Και μνήμη Ram 8 Mp
Πληκτρολόγιο
Καλώδιο σύνδεσης Κεντρικής μονάδας/AFE 30 μέτρων
Καλώδιο τροφοδοσίας μονάδας
Καλώδιο δικτύου
4.3 ΠΕΔΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΜΕ ΤΟ ΟΡΓΑΝΟ STRATAGEM
Όπως προαναφέρθηκε το STRATAGEM EH4 έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών και συγκεκριμένα στην:
Υδρογεωλογική Έρευνα, Διαχείριση Υδατικών Πόρων (Σχήμα 4.2)
Έρευνα & Οριοθέτηση Γεωθερμικών Πεδίων
Γεωτεχνικές Εφαρμογές
Μεταλλευτική Έρευνα & Σχεδιασμός Εκμετάλλευσης
Περιβαλλοντικές Εφαρμογές
Χαρτογράφηση Υπόγειων Γεωλογικών Σχηματισμών
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
400 450 500 550
400 450 500 550 ΑΠΟΣΤΑΣΗ - ΜΗΚΟΣ ΤΟΜΗΣ (μ.)
ΑΠΟΛΥΤΟ ΥΨΟΜΕΤΡΟ (μ.)
ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ (Ωhm.m)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
ΥΔΡΟΦΟΡΟΣ ΟΡΙΖΟΝΤΑΣ
ΡΗΓΜΑ
Σχήμα 4.2 : Οριοθέτηση υδροφόρου ορίζοντα & Εντοπισμός - Χαρτογράφηση ρήγματος
4.4 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ
Η μαγνητοτελλουρική μέθοδος έχει συγκριτικά πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών γεωφυσικών μεθόδων καταγραφής της ειδικής ηλεκτρικής αντίστασης:
Δεν απαιτούνται εκτεταμένα αναπτύγματα ηλεκτροδίων κατά την εκτέλεση των διασκοπήσεων.
Εύχρηστη, ταχύτατη στην διεξαγωγή των μετρήσεων και παρέχει υψηλής αξιοπιστίας πληροφορίες.
Εφαρμογή της μεθόδου στις πιο δύσβατες περιοχές
