Možnosti využití elektrické odporové tomografie ve výzkumu horského reliéfu

RNDr. Petr TÁBOŘÍK

Doctoral thesis

Use of electrical resistivity tomography in the research of mountain relief

Abstract:

Geomorfologie se v posledních desetiletích stala multidisciplinárním vědním oborem, využívajícím nejrůznějších metod výzkumu. Při komplexním studiu reliéfu se snažíme pochopit reliéfotvorné procesy a podmínky jejich vzniku. Informace o charakteru a vlastnostech horninového prostředí však často zůstávají skryty. Pomocí geofyzikálních metod, které představují ve většině případů neinvazivní a nedestruktivní způsob průzkumu situace pod povrchem, můžeme získat velmi cenné informace o horninovém prostředí. Jednou z takových metod je elektrická odporová (rezistivitní) tomografie (ERT). Je založena na principu více-elektrodového měření, jehož výsledky umožňují zobrazit rozložení měrného odporu (rezistivity) pod povrchem, které reprezentuje různé typy hornin či různé podpovrchové struktury a jejich vlastnosti. Cílem disertační práce je otestování a komplexní zhodnocení ERT pro účely výzkumu horského reliéfu. Za tímto účelem byly realizovány ERT průzkumy v počtech (řádově) stovek dílčích měření a desítek kilometrů profilů. Účel a přínos studia příkladových studií byl jednak metodologický a jednak průzkumný. V rámci geofyzikálních průzkumů byla testována různá uspořádání elektrod, dále rozlišení, hloubkový dosah nebo spolehlivost výsledného inverzního modelu. Výsledky rovněž přispěly k poznání vůdčích reliéfotvorných procesů v rámci studia vývoje krajiny. V řadě případů potvrdily stanovenou hypotézu, nebo dokonce přinesly nové poznatky. ERT prokázala, že je vhodnou metodou v celé řadě geomorfologických aplikací, jako je detekce jeskynních systémů a dalších poruch ve skalním masivu, určování mocností sedimentů a akumulací různé geneze či detekce zlomových zón, zvláště tam, kde se zlom shoduje s odporovým rozhraním mezi dvěma odlišnými litologickými celky. Metoda ERT prokázala velkou variabilitu a univerzálnost pro geomorfologický výzkum (často ve velmi náročném terénu) a její možnosti a omezení (limity) byly zhodnoceny ve vztahu ke geomorfologickému výzkumu. Cílem disertačního projektu bylo s pomocí interdisciplinárního přístupu zhodnotit: 1) možnosti využití ERT pro geomorfologický výzkum jako základní nepřímé metody stanovení situace pod zemským povrchem, 2) možnosti využití různých konfigurací elektrod pro specifické úkoly v rámci geomorfo-logického průzkumu (otázka volby uspořádání elektrod), 3) s tím související využití ERT pro morfostrukturní analýzu a posouzení vlivů tektoniky na geologické podloží i na procesy formující reliéf, 4) vliv uspořádání elektrod (rozestup) na hloubkový dosah a rozlišení měření v závislosti na jeho účelu, 5) geoelektrické modelování jako důležitý rozhodovací nástroj při volbě vhodného uspořádání elektrod, 6) možnosti využití ERT při geoelektrickém monitoringu, 7) limity použití ERT a porovnat vybrané výsledky s výsledky dalších geofyzikálních metod (výhody a nevýhody metody), 8) metodu ERT pro výzkum horského reliéfu se stanovením vhodnosti jejího použití ve specifických podmínkách horského reliéfu (celkové zhodnocení).

Abstract:

During last decades, geomorphology has become a multidisciplinary science using numerous research methods. Within complex research of the landscape, we try to understand landforming processes and conditions of their occurrence. However, the information on the rock character and its properties remains unrevealed. With utilization of geophysical methods, which represent non-invasive and non-destructive way of the subsurface survey, we can obtain very valuable information on the rock environment. Electrical Resistivity Tomography (ERT) is such a method. It is based on multi-electrode sounding, whose results can show subsurface resistivity distribution reflecting mainly different rock types, various subsurface structures and features. The goal of the thesis is testing and integrated evaluation of ERT utilization especially in research of mountain relief. Therefore, hundreds of ERT measurements and tens kilometres of profiles were carried out in numerous case studies. The purpose and contribution of research of these case studies is methodological as well as investigative. Within geophysical surveying the various electrode arrays, resolution, depth range or the reliability of the final inverse model were tested. Moreover, the results contributed to study the leading landforming processes in the landscape evolution. In numerous cases the results confirm a given hypothesis or brought completely new knowledge. They clearly showed that ERT is suitable for a wide scale of geomorphological applications, such as detection of fissure cave systems and other slope failures, determination of sediment thickness of various geneses, detection of fault zones, especially where the faults coincide with lithological boundary of different resistivity. The ERT method proved a high variability and universality for geomorphic research (often in very complicated terrain) and its possibilities and limitations were evaluated with regards to geomorphological research.

Keywords

geofyzikální průzkum, elektrická odporová tomografie, měrný odpor, uspořádání elektrod, horský reliéf, geomorfologický výzkum

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 10. 2012

Accessible from:: 24. 10. 2012

Thesis defence

• Supervisor: Doc. RNDr. Tomáš Pánek, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geography / Environmental Geography