EKSAMENSOPPGAVE. Geo-2006, Innføring i anvendt geofysikk Dato: Torsdag 26. mai 2016 Klokkeslett: Kl 09:00 13:00 Sted: Åsgårdvegen 9 Tillatte

Transkript

1 EKSAMENSOPPGAVE Eksamen i: Geo-006, Innføring i anvendt geofysikk Dato: Torsdag 6. mai 06 Klokkeslett: Kl 09:00 3:00 Sted: Åsgårdvegen 9 Tillatte linjal og kalkulator hjelpemidler: Type innføringsark (rute/linje): Antall sider 0 sider inklusiv forside plus 3 vedlegg inkl. forside: Kontaktperson under eksamen: Stefan Bünz Telefon/mobil: / NB! Det er ikke tillatt å levere inn kladd sammen med besvarelsen

2 Husk å bruke korrekte enheter! Vennligst vis utregningen av formlene siden poenger vil bli gitt for metoden liksom sluttresultatet. Siste to sidene av oppgavesett inneholder en samling av ligninger som kan være behjelpelig. Figurene er samlet som 3 vedlegg til oppgavesettet. Du kan tegne og merke på figurene, og levere disse sammen med besvarelsene! Lykke til!

3 DEL A: anvendt geofysikk generell. For alle de anvendelsene oppført nede, indiker () den primære geofysiske metoden som bør bli brukt, () hvorfor denne metoden er spesielt godt egnet, og (3) en eller to av de limitasjonene for denne metoden. 6 poeng a. Dybden til berggrunn i en gammel elvdal fylt med alluvium materiale b. Kartlegging av mulige hullrom i undergrunn c. Malm leting;. Hva er regionale og residuale anomalier og hvorfor / når må de skilles? poeng 3. Beskriv / forklar følgende begrep i seismisk terminologi (bruk en tegning hvis relevant): akustisk impedans, impedanse log, reflectivity function. poeng 4. Multiple Choice Vennligst skriv bare stor bokstav for spørsmålet og liten bokstav for svaret i besvarelsen (for eksempel: Aa eller Cd). 0 poeng A. The lithosphere includes: a. crust and uppermost, rigid mantle b. outer core and inner core c. asthenosphere and mesosphere d. outer core and lower mantle B. The factor(s) that most affect the gravitational force between two objects are a. size and distance b. mass and size c. density and distance d. mass and distance C. Hvor vil Bouguer anomalien være mest negativ? a. A b. B c. C 3

4 D. Which of the following is not true? The value of g varies over the surface of the earth a. Because the density of the rocks varies laterally b. Because the surface is not flat c. With longitude d. With the distance from the poles E. Which of the following is not true? The value of g varies over the surface of the earth a. because the density of the rocks varies laterally b. because the surface is not flat c. with longitude d. with the distance from the poles F. What is the declination of Earth's magnetic field? a. Angle between magnetic north pole and geographic north pole b. Angle between vertical and horizontal component of the field c. The deviation of the magnetic field of old rocks from the field G. The shear modulus measures a. the resistance to flow of a liquid b. the resistance to change in shape c. the resistance to change in volume of a liquid d. the resistance to change in volume of a solid H. How do rock particles move during the passage of an S wave through the rock? a. back and forth parallel to the direction of wave travel b. perpendicular to the direction of wave travel c. in a rolling elliptical motion d. in a rolling circular motion I. What does a seismograph measure? a. Ground acceleration b. Elastic vibrations c. acoustic sound waves d. all of the above J. P-wave paths through the mantle are curved upward because a. The temperature increases with depth b. The P-wave velocity increases with depth c. The P-wave velocity decreases with depth d. The mantle is solid 4

5 DEL B: Tyngdekraft. Hvorfor varierer tyngdekraften med breddegrad? Gjør det klar om tyngdekraften er sterkere på Nordpolen eller Equator. (4 poeng). Gitt verdien av lille-g ved ekvator er 9,7803 m/s, hva er verdien av tyngdekraften på Nordpolen eller Sydpolen?...(3 poeng) 3. Hvilken korrektur bruker du ( corr), og er det positivt eller negativt for beregninger av Bouguer gravitasjonsavvik (Δg b )? (4 poeng) Bouguer gravitasjonsavvik (Bouguer gravity anomaly): Δg b g obs + corr - g base a) hvis du drar nord eller sør fra ekvator til pol? b) hvis du er over havnivået på land med fjell i undergrunnen? c) hvis du er under havnivået? d) hvis du er over havnivået med fly? 4. Figur viser et kort av Bouguer tyngdekraftsanomalien målt over en fyllplass. (6 poeng) a) Hva indikerer den negative Bouguer anomalien mht tettheten av materiale i fyllplassen? b) Hvor er den dypeste delen av fyllplassen? Marker med X på Figur! c) Tetthetskontrasten mellom fyllplassen og berggrunn er 300 kg/m 3. Beregn mektighet av fyllplassen ved det dypeste stedet! d) Forklar to antagelser som du måtte gjøre i din analyse i c). Hvordan ville disse antagelsene påvirke resultatene i c)? 5. Kan to sfæriske kropper av ulik størrelse og tetthet produsere de samme tyngdekrafts anomaliene? Forklar og bruk en tegning som inkluderer den målte gravitasjonsanomalien. (3 poeng) 5

6 DEL C: Magnetisme. Hva forårsaker at Jordens magnetfelt varierer over tidsskaler av timer til dager? Hvorfor er dette et problem for magnetisk kartlegging? Hvilke korreksjoner er vanligvis gjort med innsamlete magnetiske data? (6 poeng). Forklar hva er ment med indusert magnetisasjon og remanent magnetisasjon. Utkast den fysikalske grunnlag for hver type magnetisasjon. (8 poeng) 3. Skisser den magnetiske anomalien av en underjordisk sfære med indusert magnetisasjon på den magnetiske sørpolen og ved ekvator. Er det noen forskjell mellom den magnetiske anomalien ved Nord- eller Sørpolen? (6 poeng) 6

7 DEL D: Seismologi / Refraksjonsseismikk. En bølge har en frekvens av 80 Hz. Hva er dennes periode? Hva er bølgelengden hvis bølgen sprer seg gjennom en medium med en hastighet av,4 km/s? Gjenta samme beregning for en bølge med en frekvens av 60 Hz. ( poeng). Sammenlign og kontrast seismisk refraksjon og seismisk refleksjon. (6 poeng) 3. Forklar, ved hjelp av et tid-distanse diagramm, hvor direkte, refrakterte og reflekterte ståler kan nå en mottaker på overflaten, gitt at undergrunnen består av et lag overliggende høyere hastighet materiale. Merk den kritiske distansen og cross-over distansen i diagrammet. Forklar hvorfor ikke alle strålene kan mottas på alle avstander fra skuddpunktet. (4 poeng) 4. Figur viser geometrien av en refraksjonsseismisk kartlegging. skudd (S) ble avfyrt og registrert på geofonene (inverterte trekanter). Skisser ankomsttidene som vil bli observert på vedlagte tid-distanse diagram (bruk eventuell eget ark). Inkluder både direkte bølger, refraksjoner og refleksjoner for skuddet. Indiker den relative stigningen for hver kurve der det er relevant. Også indiker relative ankomsttidene der det er relevant. (8 poeng) 7

8 DEL E: Refleksjonsseismikk. s marine mini-gi luftkanon system gir frekvenser opp til 400 Hz. (6 poeng) a) Hva bør du bruke som minimums samplings rate i feltet? Forklar ditt svar! b) Hovedfrekvensen av dette system er omtrent 60 Hz. Hva er den beste vertikale oppløsningen du kan oppnå med denne frekvensen når du antar at bølgen sprer seg gjennom et materiale med en hastighet av 600 m/s? c) Havbunnen ligger i en vanndybde av 500 m. Hva er den optimale horisontale oppløsningen du kan oppnå i denne dybden?. Er dip av en reflektor i et ikke-migrert seismisk seksjon mer eller mindre enn den faktiske dip av reflektoren? Forklar ved hjelp av en skisse. (4 poeng) 3. Vil kompresjonsbølger (P-bølger) eller skjærbølger (S-bølger) gi bedre oppløsning på tynne lag? Begrunn svaret. (4 poeng) 4. Strukturen vist i Figur 3 er undersøkt med et skudd og 0 geofoner, 5 til hver side i avstand av 00 m mellom hver stasjon. (6 poeng) Tegn de seismiske trassene som vil bli observert i figur 3 eller på eget ark. Vær kvantitativ der det er mulig. Inkluder: i. den direkte bølgen (eksakte gangtider til den seismiske bølgen) ii. første refleksjon (null-offset gangtid, eksakt NMO), kvalitativ amplitude iii. andre refleksjons (null-offset gangtid, kvalitativ NMO), kvalitativ amplitude iv. multiple refleksjon i første lag (null-offset gangtid, kvalitativ NMO), kvalitativ amplitude 8

9 Ligninger og formeler som kan være behjelpelig Tyngdekraft (Gravity) a radius of sphere or cylinder Δρ density contrast z depth of the sphere or cylinder x horizontal distance from sphere/cylinder G 6.67 x 0- N m kg - milligal 0-5 ms - M S excess mass x½ half width Cylinder Sphere Gπa z ρ max Gπa ρ g z x½ z g z ( x + z ) z GM S z max GM g z x½ 0.766z g 3 z z ( x + z ) S Gravitational attraction of slab with thickness Δh (m) and density contrast Δ ρ (kg m -3 ) Δg z πgδh Δ ρ (ms - ) Change in g z when elevation changes by Δz (m) Δg z 0.3 Δz (milligals) φ : latitude α : azimuth V : vehicle speed h : elevation over sealevel ρ : density Eötvös correction: Latitude corrections: Free-air correction: Bouguer correction: Alle er gitt i mgal! δg EC V cosφ sinα V δg L 0.808sin φ δg F h δ g B 0.49 ρ h IGF (Internation Gravity Reference) Teoretisk gravitasjon g base g 0 ( sin ø sin 4 ø) [m/s ] 9

10 Seismisk kartlegging (seismic surveying) Snell s law: sin i sin i 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 Energy reflected: Er R Energy transmitted Et T Amplitude reflection coefficient, R Amplitude transmission coefficient, T Z Z Z + Z Z Z + Z Refraction seismology: Layer thickness h: h x v v v v t c 0 h v + v v v Reflection seismology: Travel time equation: t 0 intercept time at zero offset: t t t Normal moveout equation: n Dix equation: v n V t rms, n n t n V t rms, n n t n x t nvrms, 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 0

11 Figur Se oppgave B4!

12 Figur Se oppgave D4! S 000 m/s 500 m/s Time Distance

13 Figur 3 Se oppgave E4! 3