Siste to sidene av oppgavesett inneholder en samling av ligninger som kan være behjelpelig.

Transkript

1

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 i slutten av oppgavesettet. Hvis du tegner og merker på figurene, husk å levere disse sammen med besvarelsene! Lykke til!

3 DEL A: anvendt geofysikk generell 1. For alle de anvendelsene oppført nede, indiker (1) 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. Arkeologi, kartlegging av arkeologiske steder, avsløre underjordiske mønstre: nedgravde vegger, tomrom, tunneler, gamle gater, etc. b. Hydrocarbon leting; c. Platetektonikk, alderen til oseansk skorpe og hastighet av havbunnsspredning ved midt-oseanske rygger;. Forklar kort (-3 settninger, ligninger ved behov eller en liten tegning om dette vil være behjelpelig) betydningen/meningen av følgende begrep: 6 poeng a. Isostasi b. CMP profiling c. Akustisk impedans 3. Sammenlign følgende fysikalske egenskaper og nevn hvilke geofysiske metoder brukes for å måle disse eller utnytter forandringer i disse: tetthet, magnetisk suszeptibilitet, resistivitet, konduktivitet, elastiske moduli. 8 poeng 3

4 DEL B: Tyngdekraft 1. Hvorfor varierer tyngdekraften med breddegrad? Gjør det klar om tyngdekraften er sterkere på Nordpolen eller Equator. (6 poeng). 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? 3. Et stort område av kontinentet som består av 30 km med skorpe med gjennomsnittlig tetthet,8 Mg/m 3 og 90 km av materiale med tetthet 3,1 Mg/m 3 er dekket med is (tetthet 0,9 Mg/m 3 ) på 1,6 km tykkelse. Området er i isostatisk likevekt. Så smelter isen. Hvor mye har høyden av bergoverflaten av kontinentet endret seg når likevekt er blitt gjenvunnet? (tettheten av astenosfæren er 3, Mg/m 3 ). (4 poeng).8 Mg/m3 3.1 Mg/m km ice with 0.9 Mg/m 3 x.8 Mg/m Mg/m 3 3. Mg/m 3 x 4. Figuren (Figur 1) nede viser et kort av Bouguer tyngdekrafts anomalien over en velkjent massiv sulfitt forekomst i Kanada. Konturintervall er 0.6 mgal. (6 poeng) a) Hva antyder den positive Bouguer anomalien over tettheten av malm strukturen? b) Bruk profil A-B. Hva er half width (x½ ) av Bouguer anomalien? c) Antar at malm strukturen er en sfære. Beregn dybden av malm strukturen! d) Hva er overskuddmassen av strukturen? 4

5 DEL C: Magnetisme 1. Forklar de 5 viktigste magnetiske felt elementene (Total felt, vertikal and horisontal komponenter, inklinasjon og deklinasjon). Bruk også ei tegning. ( poeng). 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) 3. Forklar hva er ment med indusert magnetisasjon og remanent magnetisasjon. Utkast den fysikalske grunnlag for hver type magnetisasjon. (8 poeng) 4. Figuren under viser en en tversnitt gjennom jorden ved den magnetiske Nordpol (se Figur ). (4 poeng) a) Skisser total felt anomali som ville bli målet langs linjen A-A (overfør figuren på arket). Antar kun indusert magnetisme. Forklar den magnetiske anomalien som er observert!. Du kan også antar at pipene (igneous dikes) strekker seg ut til stor dybde (monopol felt). b) Er det noen forskjell mellom den magnetiske anomalien ved Nord- eller Sørpol? 5

6 DEL D: Seismologi / Refraksjonsseismikk 1. En bølge har en frekvens av 40 Hz. Hva er dennes periode? Hva er bølgelengden hvis bølgen sprer seg gjennom en medium med en hastighet av,0 km/s? Gjenta samme beregning for en bølge med en frekvens av 80 Hz. (3 poeng). En strål går gjennom et lag med en seismisk hastighet av 3 km/s, og treffer en laggrense til en annen lag med hastighet 4 km/s hastighet i en vinkel av 45. I betraktning av transmisjon, i hvilken vinkel forlater strålen denne laggrensen? Er 45 en pre-critical eller postcritical infallsvinkel? (3 poeng) 3. Sammenlign og kontrast seismisk refraksjon og seismisk refleksjon. (6 poeng). 4. Figur 3 viser geometrien av en refraksjonsseismisk kartlegging. 3 skudd (S1, S og S3) ble avfyrt og registrert på geofonene som ligger fra A til B langs overflåten. Skisser ankomsttidene som vil bli observert på vedlagte tid-distanse diagram. Inkluder både direkte bølger og refraksjoner for de to skuddene. Indiker den relative stigningen for hver kurve der det er relevant. Også indiker relative ankomsttidene der det er nødvendig. (8 poeng) 6

7 DEL E: Refleksjonsseismikk 1. s marine luftkanon system gir frekvenser opp til 50 Hz.. (6 poeng) a) Hva bør du bruke som minimums samplings rate i feltet? Forklar ditt svar! b) Hovedfrekvensen av dette system er omtrent 100 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 1600 m/s? c) Havbunnen ligger i en vanndybde av 1500 m. Hva er den optimale horisontale oppløsningen du kan oppnå i denne dybden?. Demping av seismiske bølger (attenuation of seismic waves). Hva er det og hva som forårsaker det? (4 poeng) 3. Figur 4 viser en Common Mid-point (CMP) gather (seismogram) over en undergrunnsmodell med horisontale lagpakker. Noen travel times (ankomsttider) for reflekterte stråler vises i tabellen under Figur 4. (10 poeng) a) Identifiser og merk hver eneste seismiske signal som vises i seismogram. b) Skisser en enkel hastighetsmodell for undergrunnen som kan forklare dataene. c) Beregn hastighet (v 1) og tykkelse (z 1) i det øverste laget. d) Bekreft svaret ditt for v 1 ved å bruke en annen signal i seismogram. e) Beregn RMS hastighet (V rms,) for andre reflection (ref ). f) Beregn hastighet (v ) og tykkelse (z ) i andre laget. 7

8 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 N m kg - 1 milligal = 10-5 ms - M S = excess mass x½ = half width Cylinder Sphere g z Ga z g z x½ = z g z ( x z ) GMS z max GM S x½ = 0.766z g 3 z z ( x z ) max Ga z 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) Simplified isostatic equilibrium equation: g (h h + h 3 h ASTH ASTH BLOCK A = g (h h h ASTH ASTH BLOCK B ASTH= asthenosphere, numbered indices denote number of discs in blocks latitude : azimuth V : vehicle speed h : elevation over sealevel : density Eötvös correction: Latitude corrections: Free-air correction: Bouguer correction: Alle er gitt i mgal! g EC V cos sin V g L sin g F h g B h 8

9 Seismisk kartlegging (seismic surveying) sin i1 sin i Snell s law: v1 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 1 to layer, at normal incidence Z Z1 Amplitude reflection coefficient, R = Z Z1 Z1 Amplitude transmission coefficient, T = Z Z Energy reflected: Er = R Energy transmitted Et = T 1 Refraction seismology: Layer thickness h: h x v v v v t c h v v 1 v v1 Reflection seismology: t t t Normal moveout equation: n t nvrms, n x Dix equation: v n V rms, n t n t n V t rms, n1 n1 t n1 1 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 9

10 Figur 1 Se oppgave B4! 10

11 Figur Se oppgave C4! 11

12 Figur 3 Se oppgave D4! A B 1

13 Figur 4 Se oppgave E3! x(m) ref 1 (ms) ref (ms)