EKSAMENSOPPGAVE. Geo-2006, Innføring i anvendt geofysikk. 10 sider inklusiv forside plus 5 vedlegg

Transkript

1 Fakultet for naturvitenskap og teknologi EKSAMENSOPPGAVE Eksamen i: Geo-006, Innføring i anvendt geofysikk Dato: Fredag 5. mai 08 Klokkeslett: Kl 09:00 3:00 Sted: Adm.bygget, rom K.04 Tillatte hjelpemidler: linjal og kalkulator Type innføringsark (rute/linje): Antall sider inkl. forside: Kontaktperson under eksamen: 0 sider inklusiv forside plus 5 vedlegg Andreia Plaza-Faverola Telefon/mobil: / NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladdepapir som del av eksamensbesvarelsen. Hvis det likevel leveres inn, vil kladdepapiret bli holdt tilbake og ikke bli sendt til sensur. Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no

2 BOKMÅL Husk å bruke korrekte enheter! Vennligst vis utregningen av formlene siden poenger vil bli gitt for metoden liksom sluttresultatet. Side 9 av oppgavesett inneholder en samling av ligninger som kan være behjelpelig (vedlegg/annex ). Figurene er samlet som 4 vedlegg til oppgavesettet (siden 0-3). Du kan tegne og merke på figurene, og levere disse sammen med besvarelsene! Lykke til! UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no

3 Del I: Tyngdekrafts- og magnetiske metoder (0 poeng) Bokmål. Sammenlign tyngdekrafts- og magnetiske metoder i betydningen de fysiske prinsippene bak hver metode, de geologiske parameterne målt med hver metode, korreksjoner benyttet før tolkning av dataene og hovedapplikasjonene. (5 poeng). Skisser de magnetiske- og tyngdekraftsmessige anomaliene skapt av et sfærisk objekt laget av jern innebygd i et skiferlag. Ta i betraktning en nord-sør profil lokalisert ved 45 nord. Tegn objektet og de magnetiske linjene om nødvendig. (5 poeng) 3. Du er i undersøkelsesområdet som vist i figur. Ved din referansestasjon (A) er den totale magnetic field (F 0) 557 nt. Ditt magnetometer målte et totalt felt (Fobs) på 5593 nt ved en stasjon (B) som er 0,83 km nord og 0,5 km vest for referansestasjonen. Hovedfeltet øker nord og vest for referansestasjonen med verdiene gitt i figur. Hva er den magnetiske anomalien ved stasjon B etter korreksjon for horisontal posisjon? Hva er tyngdeverdien ved kontrollstasjonens lokasjon? ( breddegrad=60 minutter = km; lengdegrad=85 km) (5 poeng) Hint: bruk formlene gitt i vedlegg. Legg merke til at magnetfeltgradientene er angitt i figur som nt per km. Du kan jobbe med kilometere direkte! 4. Forklar hva er indusert magnetisme og restmagnetisme. Beskriv tre klassifikasjoner av mineraler basert på deres magnetiske mottakelighet. Hvilken type mineral er det mest vanlige mineralet som fører til indusert magnetisme av bergarter i jordskorpen? (5 poeng) Del II: Seismologi og seismisk refraksjon (0 poeng). En stråle går gjennom et lag med en seismisk hastighet av 000 m/s, når grenseflaten til et dypere lag som har en seismisk hastighet av 3000 m/s og brytes langs grenseflaten. Beregn ved hvilken vinkel strålen når grenseflaten (innfallsvinkel). Hva er begrepet å referere til innfallsvinkelen i dette tilfellet? Hvor mye energi ville ha blitt reflektert dersom strålen når grenseflaten ved 60? (Skisser strålene og vinklene) (5 poeng).. Figur viser geometrien til en refraksjonsundersøkelse. Kilden er representert med en sol og geofonene med trekanter. Forklar hver t og hver x indikert i tid vs. distansediagram. Fullfør diagrammet ved å skissere de direkte og de refrakterte ankomstene for de nedflanks skuddene i undersøkelsen. Beskriv hvordan du vil beregne hastigheten for det dypere laget. (5 poeng) 3. Forklar hvorfor seismologi har vært til hjelp for å karakterisere egenskapene til den indre og ytre kjernen i Jorden. Hva er en skyggesone i en seismologisk kontekst og hvorfor forekommer det? Bruk en skisse om nødvendig. (5 poeng) 4. Definer fokal mekanisme. I figur 3 ser du en fokal mekanisme av en reversforkastning. Fortell hvordan den første bevegelsen av grunnen ville ha vært (oppad og nedad) under geofonene, og 3 (figur 3). (5 poeng) UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 3

4 Del III: Refleksjons-seismikk (30 poeng). En seismisk puls har en frekvens på 00 Hz. Hva er dens periode? Hva vil bølgelengden være når pulsen forplanter seg gjennom et medium med en seismisk hastighet på 000 m/s? Hva er den minimale tykkelsen på et lag for at du skulle kunne få et bilde ved å benytte denne seismiske pulsen? Hvis du vil få et bilde av et lag som er bare 3 m tykt, hva er minimum frekvens du vil behøve (omtrent)? (0 poeng). Forklar følgende seismiske terminologi: a) akustisk impedans; b) refleksjonskoeffisient; c) seismisk reflektor; d) seismisk refleksjon; e) seismisk trase. (5 poeng) 3. Forklar prosessen med å stable seismiske traser og prosessen med migrasjon. Hva er fordelene med hver av disse stegene av seismisk prosessering? (Bruk en skisse om nødvendig) (5 poeng) 4. Figur 4 viser en vanlig midtpunkt (CMP) samling fra en seismisk undersøkelse utført over en geologisk modell med 3 flate lag ( hoved refleksjoner). I tabellen som følger figuren, er gangtider gitt for 6 forskyvningspunkter (offset points). (0 poeng): a) Identifiser alle ankomstene som finnes i samlingen. b) Hva kan du si om det dypeste laget basert på polariteten til den andre refleksjonen? c) Kalkuler den seismiske hastigheten (v) og tykkelsen (z) for det øvre laget. d) Kalkuler RMS hastigheten (Vrms,) for det andre laget (ref ). e) Kalkuler intervallhastigheten (v) og tykkelsen (z) for det andre laget. Del IV: Geofysiske metoder, generelle spørsmål (30 poeng). For alle applikasjonene nevnt nedenfor, indiker: Hvilke(n) geofysisk(e) metode(r) ville du benyttet (gi gode argumenter for svaret) (0 poeng) a. Hydrokarbon undersøkelser b. Kartlegge underjordiske vannførende sjikt c. Identifikasjon av mineralansamlinger d. Undersøkelse av egenskapene til Jordens hovedlag e. Kartlegge infrastruktur under overflaten. Flervalg ( poeng hver=0 poeng) (Gi ditt svar på denne måten: for eksempel Ff) A. Angi hvilken som er sann. Dersom en S-bølge treffer et flytende lag: a. Den vil forplante seg raskere b. Den vil bli absorbert og forplantningen stoppes c. Den vil spaltes opp d. Den vil brytes UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 4

5 B. Det følgende er sant: a. Bouguer-anomalien er høy og positiv ved opphøyde regioner på kontinentet. b. Bouguer-anomalien er negative under høye fjell og positiv over havene. c. Bouguer-anomalien er generelt negativ over havene. C. Hvordan beveger bergartspartikler seg ved passeringen av en P-bølge gjennom bergarten? a. Frem og tilbake parallelt med retningen til bølgeforplantningen. b. Vinkelrett med retningen av bølgevandringen. c. I en rullende elliptisk bevegelse. d. I en rullende sirkulær bevegelse. D. Et sediment-lag blir mindre motstandsdyktig mot elektrisk strøm dersom: a. Mengden av kvarts øker. b. Mengden av saltvann i de porøse rommene øker. c. Tettheten minker. d. Mengden av gass i de porøse rommene øker. E. Typiske naturlige ledere for elektro-magnetiske strømmer er: a. Gassladede sedimenter, massive magnetitt-ansamlinger. b. Halitt/bergsalt (litifisert salt), kull, magnetitt. c. Magnetitt-ansamlinger, skiferformasjoner, vulkanske gangintrusjoner. F. Hva er hellingen for Jordens magnetfelt? a. Vinkelen mellom den magnetiske nordpol og geografiske nordpol. b. Vinkelen mellom den vertikale og horisontale komponenten av Jordens magnetfelt. c. Avviket mellom magnetfeltet til gamle bergarter med hensyn til Jordens magnetfelt. G. Kaliber og egenpotensial er logger typisk oppnådd langs: a. En iskjerne. b. En sedimentkjerne. c. En sedimentkjerne og et borehull. d. Et borehull. H. Hva måler en seismograf? a. Akselerasjon i grunnen. b. Elastiske vibrasjoner. c. Akustiske lydbølger. d. Alle de nevnt ovenfor. I. Følgende faktor alene forklarer ikke endringer i tyngdekrafts-verdien (på Jorden): a. Variasjoner i bergarters tetthet. b. Topografi og batymetri. c. Breddegrad. d. Lengdegrad. J. Følgende redskap detekterer radioaktiviteten i sedimentære formasjoner: a. Nøytronet. b. Laterologg/motstandslogg. c. Spektral gammastråle. d. Kaliber. UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 5

6 Formler og hint til problemene: Vedlegg Gravity method: IGF (International Gravity Reference) gφ(967) = ( sinø sin4ø) [m/s]; where ϕ is latitude. Magnetic method: ΔF=F obs-(f 0+ΔF/Δϕ+ΔF/Δθ); where ΔF/Δϕ is the gradient of field increase multiplied by the distance from the reference station (latitude direction); and ΔF/Δθ gradient of field increase multiplied by the distance from the reference station (longitude direction) (the gradients are given in figure ). Wave propagation: sin i sin i Snell s law: = v v Horizontal resolution (width of the Fresnel zone): Seismic impedance, Z = ρv Seismic Wave Speeds and Rock Properties: v p = 4μ k + 3 ρ = λ + μ ρ vs = μ ρ Seismic wave travelling from layer to layer, at normal incidence Amplitude reflection coefficient, R = Amplitude transmission coefficient, T = Z Z + Z Energy reflected: Er = R ; Energy transmitted Et = T Z Z Z + Z Reflection seismics t 0 intercept time at zero offset: t = t t = x t V Normal moveout equation: n Dix equation: v n V = t rms, n n t n V t rms, n n n t n rms, n where v n = interval velocity of n th layer and V rms,n = r.m.s velocity of n th reflector t n = normal incidence travel time for n th reflector UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 6

7 Figure See question 3 in Part I (Se spørsmål 3 i Del I) UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 7

8 Figure See question in Part II. You can draw on this same figure and add to your answer sheet. (Se spørsmål i Del II. Du kan tegne på denne figuren og legge ved dine svarark) UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 8

9 Figure 3 See question 4 in Part II. (Se spørsmål 4 i Del II) UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 9

10 Figure 4 See question 4 in Part III. (Se spørsmål 4 i Del III) UiT / Postboks 6050 Langnes, N-9037 Tromsø / / postmottak@uit.no / uit.no 0